DE102007054536A1

DE102007054536A1 - Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes

Info

Publication number: DE102007054536A1
Application number: DE102007054536A
Authority: DE
Inventors: Kerstin Rohde; Henning Gerder; Bernd Dr. Kellner
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: US8109268B2; DE102007054536B4; US20080167568A1; CN101221058A; CN101221058B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes, insbesondere für eine Respirationsvorrichtung. Die Anordnung umfasst einen Durchflusssensor, welcher ein Lumen zum Führen des Gasvolumenstromes umschließt und der Durchflusssensor einen Ultraschallsender mit einem Schallerzeuger (20) und einem Ultraschallempfänger aufweist. Die Anordnung weist einen Verbindungssensor (17, 19) auf, welcher ausgebildet ist, eine Verbindung, insbesondere eine Einbaulage oder eine Korrektheit der Verbindung oder beides, des Ultraschallsenders mit der Senderaufnahme zu erfassen und/oder eine Verbindung des Ultraschallempfängers mit der Empfängeraufnahme zu erfassen und in Abhängigkeit von der Verbindung wenigstens eine seiner elektrischen Eigenschaften zu ändern, oder ein Verbindungssignal zu erzeugen, welches die Verbindung repräsentiert und dieses ausgangsseitig auszugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes, insbesondere für eine Respirationsvorrichtung. Die Anordnung umfasst einen Durchflusssensor, welcher ein Lumen zum Führen des Gasvolumenstromes umschließt und der Durchflusssensor einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger aufweist. Der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger sind jeweils derart voneinander beabstandet angeordnet, dass der Ultraschallempfänger von dem Ultraschallsender ausgesendete Ultraschallwellen empfangen kann und die Ultraschallwellen das Lumen wenigstens abschnittsweise durchqueren.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zum Erfassen eines Gasvolumenstromes mittels eines Durchflusssensors ist, insbesondere bei medizinischen Anordnungen mit einem Durchflusssensor zum Vermeiden von Kreuzinfektionen, der Durchflusssensor desinfizierbar und/oder austauschbar ausgestaltet. In einer kostengünstigen Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes müssen der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger daher zu einem Austausch des Durchflusssensors von diesem getrennt werden.
Aus der DE 42 22 286 C1 ist ein Ultraschallspirometer bekannt, welches einen austauschbaren Durchflusssensor aufweist, wobei der Durchflusssensor ein Messrohr besitzt, in welches passgenau ein steriles, leicht austauschbares Rohr eingesetzt werden kann. Das sterile, passgenau eingesetzte Rohr weist an einem Übergang zu einer Ultraschall-Messfenster auf, welche durchlässig für Schallwellen, aber weitgehend undurchlässig für Keime und sonstige Verschmutzungen sind.
Die Messfenster können durch einen Schaumstoff, durch ein Elastomer, oder durch eine sehr dünnen Platte, insbesondere einer Mylarfolie gebildet sein.
Aus der DE 101 56 854 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit eines Gases in einer medizinischen Anwendung mittels Ultraschall-Laufzeitmessung mit einem Messrohr und zwei in das Messrohr einsetzbaren Ultraschallwandlern bekannt. Die Ultraschallwandler sind über Membrane von einem Messrohrinnenraum getrennt. Die Membrane sind erfindungsgemäß gasdicht ausgeführt und derart in das Messrohr eingesetzt, dass dieses eine gasdichte Rohrverbindung bildet. Die trennbar mit dem Messrohr verbundenen Ultraschallwandler kontaktieren die Membrane bündig.
Aus dem Stand der Technik weisen Anordnungen mit einem Durchflusssensor zum Erfassen eines Gasvolumenstromes, Ultraschallwandler auf, welche eine Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes, insbesondere mittels Doppler-Interferometrie, erfassen können. Die Anordnung kann dazu eine Auswerteeinheit umfassen, welche mit dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger verbunden und ausgebildet ist, eine Schallweglänge und/oder Schalllaufzeit eines von dem Ultraschallsender gesendeten, und von dem Ultraschallempfänger empfangenen Ultraschalls zu erfassen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Genauigkeit eines Messergebnisses von einer Verbindung und Anordnung der Ultraschallwandler zueinander abhängt. Weiter wurde erkannt, dass ein Verschleiß einer Aufnahme für einen trennbar mit einem Messabschnitt der Gasleitung verbundenen Ultraschallwandler im Falle eines Verschleißes der Aufnahme Messfehler verursacht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine verbesserte Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangsgenannten Art gelöst, wobei der Durchflusssensor eine Senderaufnahme für den Ultraschallsender und eine Empfängeraufnahme für den Ultraschallempfänger aufweist und die Senderaufnahme ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallsender verbunden zu werden und die Empfängeraufnahme ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallempfänger verbunden zu werden. Die Anordnung weist einen Verbindungssensor auf, welcher ausgebildet ist, eine Verbindung, insbesondere eine Einbaulage oder eine Korrektheit der Verbindung oder beides, des Ultraschallsenders mit der Senderaufnahme insbesondere berührungslos zu erfassen und/oder eine Verbindung des Ultraschallempfängers mit der Empfängeraufnahme zu erfassen und in Abhängigkeit von der Verbindung wenigstens eine seiner elektrischen Eigenschaften zu ändern, oder ein Verbindungssignal zu erzeugen, welches die Verbindung repräsentiert und dieses ausgangsseitig auszugeben. Durch den Verbindungssensor kann in einer Anordnung der vorbeschriebenen Art vorteilhaft ein korrekter Zusammenbau eines Ultraschallsenders und/oder eines Ultraschallempfängers mit der Senderaufnahme bzw. der Empfängeraufnahme des Durchflusssensors erfolgen. Der Verbindungssensor kann somit vorteilhaft ein Positionierungssensor für den Ultraschallsender sein. Beispielsweise kann die Anordnung ein Schaltglied aufweisen, welches mit dem Ultraschallsender und mit dem Verbindungssensor verbunden ist und den Ultraschallsensor und/oder eine Gaspumpe zum Erzeugen des Gasvolumenstromes in Abhängigkeit von dem Verbindungssignal aktivieren kann.
Die Ausrichtung des Ultraschallsenders gegenüber Senderaufnahme und/oder des Ultraschallempfängers gegenüber der Empfängeraufnahme wird so vorgenommen, dass der Ultraschallsender und/oder der Ultraschallempfänger durch Drehbewegung um die Längsachse so positioniert werden, bis das Verbindungssignal vorliegt. Das Verbindungssignal gibt an, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger so aufeinander ausgerichtet sind, dass der Gasvolumenstrom erfasst werden kann.
Weiter vorteilhaft kann durch den Verbindungssensor ein Ultraschallsender Anwendung finden, welcher eine Abstrahlcharakteristik mit ungleichmäßiger räumlicher Verteilung aufweist. Beispielsweise kann so ein Ultraschallsender eine Abstrahlverteilung, insbesondere eine Schallintensitätsverteilung eines abgestrahlten Schalls in Abhängigkeit von einem Raumwinkel, aufweisen, welche eine Spaltfunktion repräsentiert und daher in wenigstens einer Querrichtung zu einer Schallausbreitungsrichtung eine keulenförmige Abstrahlcharakteristik aufweist.
Beispielhafte Ausführungsformen für eine elektrische Eigenschaft eines Verbindungssensors sind ein ohmscher Widerstand, eine Kapazität oder eine Induktivität oder eine Kombination aus diesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungssensor ein magnetischer Sensor, welcher mit dem Ultraschallsender verbunden ist und ein Magnetfeld im Bereich der Senderaufnahme erfassen kann. Der Verbindungssensor kann in dieser Ausführungsform durch einen Hall-Sensor oder einen Reedkontakt gebildet sein. Der Durchflusssensor kann dazu im Bereich der Senderaufnahme einen Permanent-Magneten aufweisen, welcher ausgebildet ist ein permanentes Magnetfeld zu erzeugen. Der Permanentmagnet ist beispielsweise ein Ferromagnet. Durch einen Verbindungssensor kann vorteilhaft eine Lage eines Zusammenbaus eines Ultraschallsenders mit einer Aufnahme für den Ultraschallsender in korrekter Weise erfolgen. Dadurch kann vorteilhaft ein Ultraschallsender mit einem radialsymmetrischen Gehäuse eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ultraschallempfänger ein Ultraschallwandler, welcher zusätzlich als Ultraschallsender betrieben werden kann und/oder der Ultraschallsender ein Ultraschallwandler, welcher zusätzlich als Ultraschallempfänger betrieben werden kann. Dadurch kann vorteilhaft ein reziprokes Erfassen einer Schallweglänge oder einer Schalllaufzeit erfolgen. Durch das reziproke Erfassen kann weiter vorteilhaft ein fehlerhafter Zusammenbau einer Erfassungs- oder einer Messanordnung erfasst werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Senderaufnahme und/oder die Empfängeraufnahme eine konisch ausgebildete Kontaktfläche auf. Durch die konisch ausgebildete Kontaktfläche kann vorteilhaft eine ausreichende Dichtung einer Kontaktfläche des Ultraschallsenders mit einer Kontaktfläche der Senderaufnahme bzw. des Ultraschallempfängers mit der Empfängeraufnahme sichergestellt werden. Weiter vorteilhaft kann durch eine konisch ausgebildete Kontaktfläche ein korrektes Ausrichten des Ultraschallsenders und/oder des Ultraschallempfängers erfolgen.
Ein Ultraschschallsender kann bevorzugt mit einer Frequenz im Bereich zwischen 350 kHz und 500 kHz, bevorzugt zwischen 400 kHz und 450 kHz Ultraschallwellen erzeugen und aussenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungssensor als Ultraschall-Sender und Empfänger-Paarung ausgebildet, eine Schallweglänge zu erfassen. Dadurch kann vorteilhaft ein Querschnitt einer eingesetzten Gasleitung erfasst werden. Beispielsweise kann die Gasleitung, insbesondere der Durchflusssensor, durch eine Messküvette gebildet sein. Die Messküvette kann vorteilhaft sterilisierbar, weiter vorteilhaft als steriler Einwegartikel ausgebildet sein. Durch ein Erfassen der Schallweglänge kann vorteilhaft eine für Erwachsene vorgesehene Messküvette von einer für eine Neonatalbeatmung vorgesehene Messküvette unterschieden werden. Dazu kann die Anordnung vorteilhaft einen Messküvetten-Diskriminator aufweisen, welcher ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer erfassten Schallweglänge ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches einem verwendeten Messküvettentyp entspricht.
Die Erfindung betrifft auch eine Respirationsvorrichtung mit einer Anordnung der vorbezeichneten Art. Die Respirationsvorrichtung kann vorteilhaft einen Respirator zum Erzeugen eines Inspirations-Gasstromes und eines Exspirations-Gasstromes aufweisen. Der Respirator kann vorteilhaft zum Erzeugen des Exspirations- und/oder des Inspirations-Gasstromes einen Verdichter, insbesondere einen Radialverdichter aufweisen. Die Respirationsvorrichtung kann vorteilhaft zwei oder drei Durchflusssensoren aufweisen.
Beispielsweise kann die Respirationsvorrichtung einen Durchflusssensor zum Erfassen eines Exspirations-Gasstromes, einen Durchflusssensor zum Erfassen eines Inspirations-Gasstromes und bevorzugt einen weiteren Durchflusssensor zum Erfassen eines Gasstromes in einem zur Exspiration und Inspiration gemeinsam genutzten Lumens aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch einen Durchflusssensor, insbesondere für eine Respirationsvorrichtung. Der Durchflusssensor weist eine Senderaufnahme für einen Ultraschallsender und eine Empfängeraufnahme für einen Ultraschallempfänger auf, wobei die Senderaufnahme ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallsender verbunden zu werden und die Empfängeraufnahme ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallempfänger verbunden zu werden. Die Senderaufnahme und/oder die Empfängeraufnahme weist bevorzugt eine konisch ausgebildete Kontaktfläche auf. Durch die konisch ausgebildete Kontaktfläche kann vorteilhaft ein exakter Zusammenbau eines Ultraschallwandlers mit einer Aufnahme für den Ultraschallwandler erfolgen. Weiter vorteilhaft wird durch die konisch ausgebildete Kontaktfläche die Wahrscheinlichkeit eines verkanteten Zusammenbaus verringert. Bevorzugt ist im Bereich der Senderaufnahme und/oder der Empfängeraufnahme ein Sensorelement für einen Verbindungssensor angeordnet, welches magnetisch erfasst werden kann.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Endabschnitt eines Ultraschallsenders;
2 zeigt schematisch ein Richtdiagramm einer Schallintensitätsverteilung eines in 1 dargestellten Ultraschallsenders.
3 zeigt schematisch ein Richtdiagramm einer Schallintensitätsverteilung des in 1 dargestellten Ultraschallsenders;
4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Lumen einer Gasleitung zum Führen eines Gasvolumenstromes im Bereich eines Durchflusssensors;
5 zeigt schematisch eine in 4 dargestellte schwingfähige Fläche in einer rotierten Anordnung;
6 zeigt schematisch das in 4 und in 5 dargestellte Lumen zusammen mit einem Ultraschallsender;
7 zeigt schematisch den in 6 dargestellten Ultraschallsender mit einem akustischen Schallerzeuger und einem Reedkontakt;
8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Ultraschallsender in einem Längsschnitt;
9 zeigt schematisch eine Aufsicht auf ein breiteres Ende des in 8 dargestellten Ultraschallsenders;
10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Durchflusssensor.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Endabschnitt eines Ultraschallsenders 5. Der Ultraschallsender 5 weist ein zylinderförmig ausgebildetes Gehäuse auf. Der Ultraschallsender 5 weist eine schwingfähige Fläche 3 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein Ende des zylinderförmigen Endabschnitts des Ultraschallsenders 5 bildet. Die schwingfähige Fläche 3 weist eine runde, in diesem Ausführungsbeispiel kreisrunde Flächenbegrenzung auf. Dargestellt ist eine gestrichelte Schnittlinie zu einem Schnitt A, A', welche in einer durch die schwingfähige Fläche 3 gebildeten Ebene verläuft. Dargestellt ist auch eine gestrichelte Schnittlinie zu einem Schnitt B, B', welche senkrecht zu der gestrichelten Schnittlinie des Schnitts A, A' und in der durch die schwingfähige Fläche 3 gebildeten Ebene verläuft. Ein Richtdiagramm einer Intensitätsverteilung des von dem Ultraschallsender 5 erzeugten Luftschalls ist in den 2 und 3 dargestellt.
2 zeigt ein Richtdiagramm einer Schallintensitätsverteilung eines von dem in 1 dargestellten Ultraschallsender 5 abgestrahlten Luftschalls in einer Schnittebene, welche senkrecht zu der schwingfähigen Fläche 3 verläuft und in welcher die Schnittlinie des Schnittes B, B' in 1 verläuft. Die in 2 dargestellte Intensitätsverteilung 7 repräsentiert eine von der schwingfähigen Fläche 3 erzeugte Schallintensität in Abhängigkeit von einem Raumwinkel. Deutlich erkennbar ist eine schmale Keulenform der Intensitätsverteilung 7, welche eine Spaltfunktion mit einem Hauptmaximum und zwei Nebenmaxima repräsentiert.
3 zeigt schematisch ein Richtdiagramm einer Schallintensitätsverteilung 9 des von der schwingfähigen Fläche 3 in 1 erzeugten Luftschalls in einer Schnittebene, welche senkrecht zu der schwingfähigen Fläche 3 verläuft und in welcher die Schnittlinie des Schnittes A, A' liegt. Deutlich sichtbar ist eine Kugelcharakteristik der Schallintensitätsverteilung 9, welche eine von der schwingfähigen Fläche erzeugte Schallintensität in Abhängigkeit von einem Raumwinkel repräsentiert.
4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Lumen 15, insbesondere einer Gasleitung oder eines Durchflusssensors, zum Führen eines Gasvolumenstromes im Bereich eines Durchflusssensors. Dargestellt ist die schwingfähige Fläche 3 des in 1 dargestellten Ultraschallsenders 5. Dargestellt ist auch eine Empfangsfläche 13, in welcher der von der schwingfähigen Fläche 3 ausgesendete Luftschall empfangen werden kann. Beispielsweise kann in der Empfangsfläche 13 ein Ultraschallempfänger angeordnet werden. Dargestellt ist auch ein Schnitt 11 durch die in den 2 und 3 bereits dargestellte Intensitätsverteilung des von der schwingfähigen Fläche 3 abgestrahlten Luftschalls, welche einen elliptisch geformten Umfang aufweist. Die schwingfähige Fläche 3 ist in Umfangsrotation um die Längsachse des Ultraschallsenders 5, welche senkrecht zur schwingfähigen Fläche 3 verläuft derart ausgerichtet, dass die elliptisch ausgebildete Schnittfläche des Schnitts 11 in einer Projektion, beginnend von der schwingfähigen Fläche 3, auf die Empfangsfläche 13 abgebildet wird. Der von der schwingfähigen Fläche 3 ausgesendete Luftschall kann somit innerhalb der Empfangsfläche 13 empfangen werden. Dargestellt ist auch ein Ausrichtungspfeil 4 der schwingfähigen Fläche 3.
5 zeigt schematisch das in 4 dargestellte Lumen 15 und die in 4 dargestellte schwingfähige Fläche 3 in einer Anordnung 3', welche im Vergleich zu der in 4 dargestellten schwingfähigen Fläche 3 um die Längsachse des in 1 dargestellten Ultraschallsenders 5 um 90 Grad rotiert ist. Die in den 2 und 3 dargestellte Intensitätsverteilung ist nun ebenfalls um 90 Grad rotiert, was durch die rotierte Schnittanordnung 11' des in 4 dargestellten Schnittes 11 dargestellt ist. Der von der schwingfähigen Fläche 3 ausgesendete Luftschall wird nicht mehr vollständig auf die Empfangsfläche 13 abgestrahlt, in diesem Ausführungsbeispiel kann es daher zu unerwünschten Reflexionen an Berandungsflächen eines das Lumen 15 umfassenden Gasleitungsgehäuses kommen. Diese unerwünschten Reflexionen können ein Ergebnis eines Erfassens und/oder eines Messens eines durch das Lumen 15 fließenden Gasvolumenstromes mittels Ultraschall verfälschen oder das Erfassen unmöglich machen. Das in 4 und 5 dargestellte Lumen 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel – zum Verdeutlichen der geometrischen Verhältnisse – mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt ausgebildet. Denkbar und vorteilhaft ist auch – anders als in den 4 und 5 dargestellt – ein runder Querschnitt eines Lumens zum Führen eines Gasvolumenstromes.
6 zeigt schematisch das in 4 und in 5 dargestellte Lumen 15 und die Empfangsfläche 13. Dargestellt ist ein zylinderförmig ausgebildeter Ultraschallsender 16. Der Ultraschallsender 16 weist einen akustischen Schallerzeuger 20 auf. Der Ultraschallsender 16 weist auch einen Reedkontakt 19 auf. Dargestellt ist auch ein Magnet 17, insbesondere ein Ferromagnet, – welcher beispielsweise mit einem das Lumen 15 führenden Gehäuse verbunden ist – und welcher ausgebildet ist, ein Magnetfeld derart zu erzeugen, dass ein im Wirkungsbereich des Magneten 17 angeordneter Reedkontakt 19 elektrisch wirksam geschlossen werden kann. Der Reedkontakt 19 ist im Bereich eines äußeren Umfanges des zylinderförmig ausgebildeten Ultraschallsenders 16 angeordnet. Der Reedkontakt 19 ist somit von einer zentrisch durch den Ultraschallsender 16 verlaufenden Längsachse radial nach außen beabstandet. Wenn der Ultraschallsender 16 durch Drehen um die Längsachse und durch längsaxiales Positionieren bewegt wird, so kann der Reedkontakt 19 elektrisch wirksam schließen, wenn der Reedkontakt 19 – durch entsprechendes Bewegen des Ultraschallsenders 16 – in den Wirkungsbereich des Magneten 17 gebracht wird. Auf diese Weise kann ein exaktes Positionieren des Ultraschallsenders 16 sichergestellt werden, insbesondere wenn ein Aktivieren des akustischen Schallerzeugers 20 in Abhängigkeit von einem elektrisch wirksamen Schließen des Reedkontaktes 19 erfolgt.
7 zeigt schematisch den in 6 dargestellten Ultraschallsender 16 mit dem akustischen Schallerzeuger 20 und dem Reedkontakt 19, welcher im Wirkungsbereich des Magneten 17 angeordnet ist. Der akustische Schallerzeuger 20 ist mit dem Reedkontakt 19 elektrisch in Serie geschaltet. Der akustische Schallerzeuger kann somit in Abhängigkeit von einem Schließen des Reedkontaktes 19 aktiviert werden.
8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Ultraschallsender 34 in einer Längsschnittdarstellung. Der Ultraschallsender 34 weist eine konische Bauform derart auf, dass ein Außendurchmesser eines Gehäuses des Ultraschallsenders 34 entlang einer Längsachse 40 linear abnimmt. Der Ultraschallsender 34 weist einen runden Querschnitt auf und bildet somit einen Abschnitt eines Kreiskegels. Im Bereich eines schmaleren Endes des Ultraschallsenders 34 ist ein akustischer Schallerzeuger 30 angeordnet. Der akustische Schallerzeuger 30 ist mit einem Reedkontakt 32 in Serie geschaltet, wobei der Reedkontakt 32 von der zentrisch verlaufenden Längsachse 40 radial nach außen beabstandet ist und im Bereich des Umfangs des Ultraschallsenders 34 angeordnet ist. Dargestellt ist auch ein Magnet 28, welcher außerhalb des Ultraschallsenders 34 angeordnet ist und ausgebildet ist, den Reedkontakt 32 elektrisch zu schließen, wenn sich der Reedkontakt 32 im Wirkungsbereich des Magneten 28 befindet. Der Ultraschallsender 34 kann somit in Abhängigkeit von einem elektrisch wirksamen Schließen des Reedkontaktes 32, insbesondere in Abhängigkeit von dem auf den Reedkontakt wirkenden Magnetfeld aktiviert werden. Der aktivierte Ultraschallsender 34 kann einen Luftschall im Ultraschallfrequenzbereich erzeugen und aussenden.
Der Ultraschallsender 34 weist im Bereich eines breiteren Endes eine Nut 36 auf. Die Nut 36 ist zum Einführen in eine entsprechende Aussparung eines Gehäuses zum Führen eines Gasvolumenstromes vorgesehen. Die Aussparung kann dazu derart ausgebildet sein, dass eine Drehbewegung 42 des Ultraschallsenders 34 um die Längsachse 40 in einem vorbestimmten Winkelbereich – beispielsweise 30 Grad – erfolgen kann, so dass der Ultraschallsender 34 durch eine mittels der Nut 36 gebildete mechanische Codierung bereits vorpositioniert werden kann. Das Vorpositionieren kann beispielsweise beim Einführen des Ultraschallsenders 34 in eine entsprechende Aufnahme eines Durchflusssensors zum Erfassen eines Gasvolumenstromes entlang der Längsachse 40 erfolgen. Durch eine weitere Drehbewegung 42 des Ultraschallsenders 34 um die Längsachse 40 kann ein exaktes Ausrichten des Ultraschallsenders 34 in Umfangsrichtung erfolgen.
9 zeigt schematisch eine Aufsicht auf das breitere Ende des Ultraschallsenders 34. Dargestellt ist die Nut 36, die Längsachse 40 und die Drehbewegung 42. Gestrichelt dargestellt ist auch eine in Umfangsrichtung um die Längsachse 40 umlaufende, geschlossene Nut 38. Eine solche umlaufende Nut 38 kann als Codierung zum Unterscheiden zwischen Ultraschallsender und Ultraschallempfänger dienen. Die umlaufende Nut 38 ist auch in 8 dargestellt. Beispielsweise kann ein Ultraschallempfänger die geschlossene Nut 38 aufweisen, der Ultraschallsender kann die Nut 36 aufweisen.
10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Durchflusssensor 60 in einer Längsschnittdarstellung. Der Durchflusssensor 60 weist ein Gehäuse 64 auf, welches ein Lumen 65 umschließt und zum Führen eines Gasvolumenstromes in dem Lumen 65 ausgebildet ist. Das Gehäuse 64 kann beispielsweise eine als Einwegartikel ausgebildete Messküvette bilden. Das Gehäuse 64 des Durchflusssensors 60 weist wenigstens eine Senderaufnahme 76 für einen Ultraschallsender und eine Empfängeraufnahme 74 für einen Ultraschallempfänger auf. Das Gehäuse 64 weist auch Magneten 68 und 68' auf, welche im Bereich der Aufnahme 76 für einen Ultraschallsender angeordnet sind. Das Gehäuse 64 weist auch eine Senderaufnahme 78 für einen weiteren Ultraschallsender und eine Empfängeraufnahme 80 zum Aufnehmen eines weiteren Ultraschallempfängers auf. Beispielhaft dargestellt ist auch eine konische Kontaktfläche 73 der Senderaufnahme 78 und eine konische Kontaktfläche 70 der Empfängeraufnahme 78. Beispielsweise kann die konische Aufnahmefläche 70 derart ausgebildet sein, dass der in 8 dargestellte Ultraschallsender 34 entlang der Längsachse 40 und entlang einer durch die Senderaufnahme 78 verlaufende Längsachse 72 in die Senderaufnahme 78 eingeführt werden kann.
Das Lumen 65 verläuft entlang einer Längsachse 62. Ein in dem Lumen 65 geführter Gasvolumenstrom kann somit entlang der Längsachse 62 bewegt werden. Die Senderaufnahme 78 und die Empfängeraufnahme 80 sind entlang der Längsachse 72 einander gegenüberliegend derart angeordnet, dass die Senderaufnahme 78 und die Empfängeraufnahme 80 das Lumen 65 wenigstens abschnittsweise zwischen sich einschließen. Ein in der Senderaufnahme 78 angeordneter Ultraschallsender kann somit Ultraschallwellen durch das Lumen 65 hindurch senden, welche von einem in der Empfängeraufnahme 80 angeordneten Empfänger empfangen werden können. Ein Magnet 66, bzw. 66' ist im Bereich der Empfängeraufnahme 80 angeordnet. Dadurch kann in der Empfängeraufnahme 80 ein Ultraschallwandler angeordnet werden, welcher sowohl als Ultraschallsender als auch als Ultraschallempfänger wirken kann. Eine Längsachse 71 verläuft längsaxial durch die Empfängeraufnahme 74 und längsaxial durch die Senderaufnahme 76. Die Längsachse 71 und die Längsachse 72 sind jeweils in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die Längsachse 71 und die Längsachse 72 orthogonal zueinander angeordnet. Die Längsachse 71 bildet zur Längsachse 62 des Lumens 65 einen vorbestimmten Winkel. Die Längsachse 72 bildet zu Längsachse 62 des Lumens 65 einen vorbestimmten Winkel. Der vorbestimmte Winkel beträgt beispielsweise kleiner oder gleich 90 Grad. Dadurch durchlaufen Ultraschallwellen, welche im Bereich der Senderaufnahme 76 ausgesendet werden, das Lumen 65 mit einer Komponente in Querrichtung und erreichen die Empfängeraufnahme 74 und einen dort angeordneten Ultraschallempfänger nach einem abschnittsweisen Durchqueren des Lumens 65. Durch eine überkreuzte Anordnung der Längsachsen 71 und 72 können entlang dieser gesendete Ultraschallwellen in jeweils zueinander verschiedenen Richtungen das Lumen 65 durchqueren.
Die Magnete 66, 66', 68, 68' dienen in Verbindung mit in der 10 nicht dargestellten Reedkontakte 19 zum Positionieren von ebenfalls nicht dargestellten Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern. Es ist möglich, in einer 4-Wandler-Anordnung lediglich die Sendeelemente mit dem Reedkontakt auszustatten, so kann beim Start des Systems eindeutig erkannt werden, ob sich beispielsweise durch falschen Zusammenbau 2 Sendeelemente gegenüberstehen.
Unabhängig von dem berührungslosen Erfassen ist auch ein galvanisches Erfassen der Verbindung mittels Berühren denkbar, zu dem ein Verbindungssensor wenigstens einen zum Berühren vorgesehenen galvanischen Kontakt aufweisen kann.

1: Aufsicht
3, 3': schwingfähige Fläche
4: Ausrichtungspfeil
5: Ultraschallsender
7, 9: Intensitätsverteilung
11, 11': Schnitt
13: Empfangsfläche
15: Lumen
17: Magnet
19: Reedkontakt
20: akustischer Schallerzeuger
28: Magnet
30: akustischer Schallerzeuger
32: Reedkontakt
34, 16: Ultraschallsender
36: Nut
38: umlaufende Nut
40: Längsachse
42: Drehbewegung
60: Messküvette
62: Längsachse
64: Gehäuse
66, 66': Magnet
68, 68': Magnet
70, 73: konische Kontaktfläche
71, 72: Längsachse
74, 80: Empfängeraufnahme
76, 78: Senderaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4222286 C1 [0003]
- DE 10156854 A1 [0005]

Claims

Anordnung zum Erfassen eines Gasvolumenstromes, mit einem Durchflusssensor (60), welcher ein Lumen (15, 65) zum Führen des Gasvolumenstromes umschließt und mit einem Ultraschallsender (16, 34, 35) und einen Ultraschallempfänger, welche jeweils derart voneinander beabstandet angeordnet sind, dass der Ultraschallempfänger von dem Ultraschallsender (16, 34, 35) ausgesendete Ultraschallwellen empfangen kann und die Ultraschallwellen das Lumen (15, 65) wenigstens abschnittsweise durchqueren, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (60) eine Senderaufnahme (76, 80) für den Ultraschallsender und eine Empfängeraufnahme (74, 78) für den Ultraschallempfänger aufweist und die Senderaufnahme (76, 80) ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallsender verbunden zu werden und die Empfängeraufnahme ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallempfänger verbunden zu werden, und die Anordnung einen Verbindungssensor (17, 19) aufweist, welcher ausgebildet ist, eine Verbindung, nämlich die Lage des Zusammenbaus, des Ultraschallsenders gegenüber der Senderaufnahme (76, 80) und/oder die Lage des Zusammenbaus des Ultraschallempfängers gegenüber der Empfängeraufnahme (76, 80) zu erfassen und durch längsaxiales Positionieren ein Verbindungssignal zu erzeugen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssensor (19, 32) ausgebildet ist, die Verbindung, des Ultraschallsenders mit der Senderaufnahme (76, 80) und/oder die Verbindung des Ultraschallempfängers mit der Empfängeraufnahme (76, 80) berührungslos zu erfassen.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssensor ein Reedkontakt (19) ist, welcher mit dem Ultraschallsender (16, 34) verbunden ist und ein Magnetfeld im Bereich der Senderaufnahme (76, 80) erfassen kann.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssensor ein Reedkontakt (32) ist, welcher mit dem Ultraschallempfänger verbunden ist und ein Magnetfeld im Bereich der Empfängeraufnahme (74, 78) erfassen kann.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallempfänger ein Ultraschallwandler ist, welcher zusätzlich als Ultraschallsender betrieben werden kann und/oder der Ultraschallsender ein Ultraschallwandler ist, welcher zusätzlich als Ultraschallempfänger betrieben werden kann.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderaufnahme (76) und/oder die Empfängeraufnahme (78) eine konisch ausgebildete Kontaktfläche (70, 73) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssensor ausgebildet ist, eine Schalllaufzeit und/oder Schallweglänge zu erfassen.
Respirationsvorrichtung mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Durchflusssensor (60), mit einer Senderaufnahme (76, 80) für einen Ultraschallsender (16, 34, 35) und mit einer Empfängeraufnahme für einen Ultraschallempfänger, wobei die Senderaufnahme (76, 80) ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallsender verbunden zu werden und die Empfängeraufnahme (74, 78) ausgebildet ist, trennbar mit dem Ultraschallempfänger verbunden zu werden, gekennzeichnet durch, ein Sensorelement (66, 68) für einen Verbindungssensor, welches ausgebildet ist, magnetisch erfasst zu werden und welches im Bereich der Senderaufnahme (76, 80) und/oder Empfängeraufnahme (74, 78) derart angeordnet ist, dass die Lage des Zusammenbaus des Ultraschallsenders und/oder des Ultraschallempfängers gegenüber der Senderaufnahme (76, 80) und/oder der Empfängeraufnahme (74, 78) erfasst werden kann, wobei durch längsaxiales Positionieren ein Verbindungssignal erzeugt wird.
Durchflusssensor (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderaufnahme (76) und/oder Empfängeraufnahme (78) eine konisch ausgebildete Kontaktfläche (70, 73) aufweist.