DE102012004359B4

DE102012004359B4 - Kugelgelenk mit zwei Kugelsegmenten

Info

Publication number: DE102012004359B4
Application number: DE102012004359.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Eifler
Original assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Current assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: DE102012004359A1

Abstract

Gelenkverbindung für strömungsführende Bauteile mit einem innen hohlen Gelenkkopf (1, 1') und einem ersten Führungselement (3) für mindestens einen ersten Teil des Gelenkkopfes (13) und einem zweiten Führungselement (6, 6') für einen zweiten Teil des Gelenkkopfes (16, 16'), wobei das erste Führungselement (3) in einem Grundkörper bereitgestellt wird in den der Gelenkkopf zumindest mit seinem ersten Teil (13) eingesetzt ist und wobei die Gelenkverbindung als Kugelgelenk ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung der schwenkbaren Kopplung zwischen Atemgasschlauch und Patienteninterface dient, wobei die Trennebene der Führungselemente (3) und (6) außerhalb der Ebene durch den Kugelmittelpunkt liegt und so das Führungselement (3) über die Ebene des Kugelmittelpunkt hinausragt und einen großen Umgriff um das Kugelsegment (13) ermöglicht und wobei das Führungselement (3) eine Fixierung (4) zur Vormontage des Kugelsegmentes (13) enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelgelenkverbindung für strömungsführende Bauteile.
Die Erfindung kann für alle schwenkbaren Verbindungen von gas- oder flüssigkeitsführenden Hohlkörpern verwendet werden.
Die DE 10 2010 014 686 A1 offenbart eine Kugelgelenkverbindung für strömungsführende Hochdruckrohrleitungen mit einem innen hohlen Gelenkkopf und einem ersten Führungselement für mindestens einen ersten Teil des Gelenkkopfes und einem zweiten Führungselement für einen zweiten Teil des Gelenkkopfes, wobei das erste Führungselement in einem Grundkörper bereitgestellt wird in den der Gelenkkopf zumindest mit seinem ersten Teil eingesetzt ist.
Die FR 2 130 789 A5 offenbart eine Kugelgelenkverbindung für eine Fluidverbindung in einer Turbomaschine. Die Gelenkverbindung weist zwei unterschiedliche Außendurchmesser auf, wobei der weitere Außendurchmesser als Anschlag ausgebildet ist.
Die Erfindung ist besonders für Anwendungen in der Medizintechnik, beispielsweise für eine schwenkbare Verbindung von Atemmaske und Atemgasschlauch, geeignet.
Atemmasken werden u.a. in Zusammenhang mit Beatmungsgeräten verwendet, um Atemgas zum Patienten zu leiten. Dieses erfolgt typischerweise über einen Atemgasschlauch, der mit dem Beatmungsgerät verbunden ist.
Man unterscheidet Beatmungsmasken in vented (belüftet) und non-vented (unbelüftet). Diese verfügen entweder über ein integriertes Ausatemsystem bzw. Ausatemspalt (vented) oder über ein externes Ausatemsystem (non-vented).
Derartige Atemmasken können sowohl als Nasalmasken als auch als Vollgesichtsmasken (bedecken Mund und Nase) ausgebildet sein.
Typischerweise ist der Schlauchanschuss über ein Gelenk drehbar bzw. schwenkbar im Bereich des Grundkörpers der Maske angeordnet.
Die gemäß dem Stand der Technik bekannten Gelenke zur Realisierung des beweglichen Schlauchanschlusses sind nicht im vollen Umfang zufriedenstellend. Die Gelenke müssen eine große Beweglichkeit bei hoher mechanischer Stabilität gewährleisten, einen hohen Benutzungskomfort aufweisen und leicht zu handhaben sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass eine hohe Funktionalität, hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit und einfache Montage bereitgestellt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gelenkverbindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gelenk kugelsegmentartig ausgebildet ist und in Führungselementen geführt wird, welche als eine zweigeteilte Außenschale mit ersten und zweiten Öffnungsdurchmesser ausgeführt sind.
Durch die kugelartige Ausführung des Gelenkes ergibt sich eine hohe Drehbeweglichkeit und durch die zweigeteilte Außenschale eine einfache Montage und sichere Führung des Gelenks.
Der Aufbau der Kugelgelenkverbindung besteht im Wesentlichen aus drei Bauteilen, dem Kugelgelenk (1), dem ersten Führungs- bzw. Aufnahmeelement (3) im Maskenkörper (2) und dem Sicherungsring (5) mit dem zweiten Führungselement (6).
Atemmasken werden häufig als modulare Systeme ausgebildet, bei einer Vielzahl einzelner Systemkomponenten. Durch einzelne Systemmodule werden z.B. unterschiedliche Größen der Atemmasken bereitgestellt. Darüber hinaus können aber auch verschiedene Funktionalitäten bereitgestellt werden.
Um einem Systemgedanken zur Erzeugung einer Variantenvielfalt Rechnung zu tragen, müssen die Anschlüsse unverwechselbar sein. Hierzu dient die mechanische Codierung der Verbindungselemente.
Sie bleibt auch beim Einkuppeln von außen sehr gut sichtbar und kann leicht in Position gedreht werden. Der Schlauch wird dabei nicht verdreht.
Bei falscher Zuordnung kann kein funktionsfähiges Produkt zusammengestellt werden.
Der Maskenkörper wurde als Gleichteil derart konstruiert, dass sowohl ein Kugelgelenk mit zwei unterschiedlichen Durchmessern der Kugelsegmente (13) und (16) (siehe 1) als auch ein Kugelgelenk mit gleichen Kugelsegmentdurchmessern (13) und (16') (siehe 3) zum Einsatz kommen können um so eine Variantenbildung zu ermöglichen, wobei der Kugelsegmentdurchmesser (13) in beiden Ausführungsformen identisch ist. Zu den unterschiedlichen Kugelgelenken passt immer nur ein korrespondierender Sicherungsring (5, 5'). Ein Vertauschen ist somit ausgeschlossen.
Durch Verwendung unterschiedlicher Kugelgelenke und des dazugehörigen Sicherungsringes können sowohl vented als auch non-vented Beatmungsmasken konfiguriert werden, ohne dass unterschiedliche Maskenkörper verwendet werden müssen, da die Aufnahme im Maskenkörper gleich bleibt.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen werden in den folgenden Figuren dargestellt:

1 Kugelgelenk mit zwei unterschiedlichen Kugelsegmentdurchmessern
2 montiertes Kugelgelenk aus 1 in unterschiedlichen Schwenkpositionen
3 Kugelgelenk mit einem Kugelsegmentdurchmesser
4 montiertes Kugelgelenk aus 3 in unterschiedlichen Schwenkpositionen
5 Drehhülsen, Beatmungsschlauch

1 zeigt eine Ausführungsform eines Kugelgelenkes (1), welches eine Kugel mit zwei unterschiedlichen Kugelsegmentdurchmessern (13 und 16) aufweist. Die Differenz der Durchmesser ist größer als 1 mm, bevorzugt etwa 2 mm.
Es handelt sich um eine Ausführung eines Kugelgelenkes (1), bei dem die Kugel zwischen zwei komplementär ausgeführten Führungselementen (3, 6) angeordnet ist. Die Berührungsfläche der Kugelsegmente zu den Führungselementen kann linienförmig, punktförmig oder ganzflächig ausgeführt sein.
Im Maskenkörper (2) wird bevorzugt eine ganzflächige Berührungsfläche (3) ausgewählt, damit eine exakte Führung des Kugelsegments (13) und eine gute Abdichtung gewährleistet werden. Dieses wird in den 2 a - c dargestellt.
2: Das Kugelgelenk (1) wird mit dem Kugelsegment (13) in das erste Führungselement (3) im Maskenkörper (2) eingesetzt. Das Führungselement (3) im Maskenkörper (2) weist eine Kontur auf, die aus den Bereichen Kugelsegment, Linienberührung oder Punktberührung komplementär zum Kugelgelenksegment (13) ausgeführt ist. Dadurch wird verhindert, dass bei Kraftbelastung das Gelenk in die Maske gedrückt werden kann.
Das zweite Führungselement (6) liegt im Sicherungsring (5) und weist ebenfalls eine Kontur als Aufnahme auf, die komplementär zu dem kleineren der beiden Kugelsegmentdurchmesser (16) des Kugelgelenks (1) ausgeführt wird und bietet durch eine geschlossene Kontur nahezu spaltfrei (kleiner 1/10 mm) umlaufend dem Kugelgelenksegment (16) anliegend, als Ring oder schmale Fläche (6) ausgeführt, eine sehr geringe Leckage. Ein Absatz (7) im Sicherungsring (5) komplementär zum Kugelsegment (13) bildet den Anschlag für den Schwenkbereich des Kugelgelenks (1).
Der Sicherungsring (5) hat die Aufgabe die Kugel in Richtung Maskenkörper zu drücken. Er kann besonders dünn gestaltet werden, da sich die Hauptführung der Kugel im Maskenkörper befindet.
Die Trennung zwischen den beiden Segmenten der Führungselemente (3, 6) liegt zumindest bereichsweise außerhalb einer Ebene durch den Kugelmittelpunkt. Der Maskenkörper ist hier nach oben verlängert um einen möglichst großen Umgriff um die Kugel bereitzustellen und eine einfache Vormontage zu ermöglichen.
Dadurch ist es möglich, in dem ersten Segment (3), das über die Ebene durch den Kugelmittelpunkt hinausragt, eine Fixierung (4) zur Vormontage der Kugel zu realisieren. Die Kugel verrastet beim Einsetzen in diesem Segment und fällt nicht mehr durch das Eigengewicht heraus.
Die Fixierung (4) dient ausschließlich zur Vormontage des Kugelgelenks. Diese Fixierung (4) kann als O-Ring, als Zähne oder umlaufender Hinterschnitt ausgeführt sein und separat oder im 2K-Verfahren mit dem Führungselement (3) verbunden oder integral ausgeführt sein und verhindert das Herausrutschen des vormontierten Kugelgelenks. Im montierten Zustand hat die Fixierung (4) keinen Kontakt zum Kugelsegment (16), da der Sicherungsring die Kugel weit in den Maskenkörper drückt.
Der Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass der Ablauf der Montage optimiert wurde. Es ist wesentlich leichter zu handhaben, dass zuerst das Kugelgelenk im Maskenkörper eingesetzt wird und erst dann der Sicherungsring montiert wird. Bei herkömmlichen Kugelgelenkverbindungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, muss das Kugelgelenk mit dem Sicherungsring zusammen montiert werden.
Die Verbindung der beiden Führungssegmente ist lösbar. Das heißt, die Verbindung zwischen Maskenkörper und Sicherungsring kann als Schraubgewinde, Bajonett, Schnappverbindung oder mit Schrauben erfolgen.
In den 2b und 2c werden die maximalen Schwenkbereiche des Kugelgelenkes dargestellt. Der Schwenkbereich beträgt circa +30 °.
3 zeigt ein Kugelgelenk (1') bei dem die Kugelsegmentdurchmesser (13 und 16') gleich sind. Dieses Kugelgelenk (1') wird bevorzugt für eine Beatmungsmaske mit integriertem Ausatemspalt verwendet. Das Kugelgelenk (1') wird mit einem Sicherungsring (5') gehalten, der zumindest bereichsweise einen Ausatemspalt aufweisen kann. Der Ausatemspalt kann alternativ auch zwischen Maskenkörper (2) und Sicherungsring (5'), im Winkel des Kugelgelenks (1'), im Sicherungsring (5') oder aber auch in der Drehhülse (9), die auf das Kugelgelenk (1') im Bereich (8) geclipst wird, oder in Schnittstellen dieser Bauteile angeordnet sein. Möglich wäre auch eine Ausatemöffnung als Spalt, Loch, Lochmuster oder diffus.
In den 4 a-c werden der der Aufbau dieses Kugelgelenkes und die maximalen Schwenkbereiche dargestellt. Er ist gleich dem Aufbau wie in 2 a-c dargestellt.
Ein zwischen den Maskenkörper (2) und dem Sicherungsring (5') angeordnete Ausatemspalt hält den Geräuschpegel gegenüberanderen Anordnungen gering. Der Luftstrom kann über den gesamten Umfang ausströmen und wird nicht durch Bauteile behindert.
Auch die CO₂-Auswaschung wird in dieser Position des Ausatemspaltes effektiv durchgeführt.
Eine Vertauschsicherheit der beiden unterschiedlichen Varianten ist sichergestellt.
Das Kugelgelenk und der Sicherungsring bilden in den Ausführungsformen eine Einheit. Es ist über die geometrische Kodierung der Kugel ausgeschlossen, dass der falsche Sicherungsring Verwendung findet. Da der Sicherungsring eine komplementär zum Kugelsegment der Kugel (16, 16') ausgeführten Führungsbereich (6, 6') aufweist, ist es ausgeschlossen die Bauteile zu vertauschen und eine nicht gewollte Kombination von Bauteilen zu erzeugen.
Die Kodierung der unterschiedlichen Ausführungsformen kann aber zusätzlich auch farblich erfolgen.
5: Je nachdem ob eine non-vented oder eine vented Beatmungsmaske konfiguriert werden soll, werden unterschiedliche Drehhülsen (9, 9') verwendet. Die Drehhülse (9) hat einen männlichen Schlauchanschluss, der Schlauch (10) kann direkt angeschlossen werden und wird für eine vented Beatmungsmaske verwendet. Die weibliche Drehhülse (9') kommt für non-vented Beatmungsmasken im Zusammenhang mit einem externen aktiven Ausatemsystem zum Einsatz. Die Drehhülsen (9, 9') werden im Bereich (8) auf das Kugelgelenk (1) angeclipst.
Positionsnummern:

1, 1': Kugelgelenk, Bauteil-
2: Maskenkörper, Bauteil-
3: Führung im Maskenkörper, Führungselement-
4: Fixierung im Maskenkörper
5, 5': Sicherungsring, Bauteil -
6, 6': Führung im Sicherungsring, Führungselement-
7: Anschlag im Sicherungsring
8: Schlauchanschluss
9, 9': Drehhülse
10: Beatmungsschlauch
13: Kugelsegment
16, 16': Kugelsegment

Claims

Gelenkverbindung für strömungsführende Bauteile mit einem innen hohlen Gelenkkopf (1, 1') und einem ersten Führungselement (3) für mindestens einen ersten Teil des Gelenkkopfes (13) und einem zweiten Führungselement (6, 6') für einen zweiten Teil des Gelenkkopfes (16, 16'), wobei das erste Führungselement (3) in einem Grundkörper bereitgestellt wird in den der Gelenkkopf zumindest mit seinem ersten Teil (13) eingesetzt ist und wobei die Gelenkverbindung als Kugelgelenk ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung der schwenkbaren Kopplung zwischen Atemgasschlauch und Patienteninterface dient, wobei die Trennebene der Führungselemente (3) und (6) außerhalb der Ebene durch den Kugelmittelpunkt liegt und so das Führungselement (3) über die Ebene des Kugelmittelpunkt hinausragt und einen großen Umgriff um das Kugelsegment (13) ermöglicht und wobei das Führungselement (3) eine Fixierung (4) zur Vormontage des Kugelsegmentes (13) enthält.
Gelenkkopf (1) nach Anspruch 1 aufweisend einen ersten Teil (13) mit einem ersten Außendurchmesser und einen zweiten Teil (16) mit einem zweiten Außendurchmesser dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Außendurchmesser unterschiedlich sind.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser der Führungselemente (3, 6) der Bauteile (2) und (5) unterschiedlich sind.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei unterschiedlich gestaltete Gelenkköpfe (1, 1') einen gleichen ersten Teil des Gelenkkopfes (13) aufweisen welcher komplementär zum ersten Führungselement (3) gestaltet ist, wobei die Gelenkköpfe einen jeweiligen zweiten Teil des Gelenkkopfes (16, 16') aufweisen der unterschiedlich gestaltet ist und zu einem spezifischen zweiten Führungselement (6, 6') komplementär ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Gelenkkopf (1, 1') in das Führungselement (3) eingesetzt wird und danach mit dem kompatiblen Sicherungsring (5, 5') fixiert wird.
Gelenkkopf (1') nach Anspruch 1 aufweisend einen ersten Teil (13) mit einem ersten Außendurchmesser und einen zweiten Teil (16') mit einem zweiten Außendurchmesser dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Außendurchmesser gleich sind.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser der Führungselemente (3, 6') der Bauteile (2) und (5') gleich sind.