DE102015112855A1

DE102015112855A1 - Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte mit im Wesentlichen ebener Membran

Info

Publication number: DE102015112855A1
Application number: DE102015112855.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kern
Original assignee: Nebu Tec Med Produkte Eike Kern GmbH
Current assignee: Nebu Tec Med Produkte Eike Kern GmbH
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte umfassend eine Trägerplatte, eine Flüssigkeit, eine Membran umfassend eine Oberseite, welche im Wesentlichen eine ebene Scheibe ausbildet, eine Unterseite, einen Randbereich und einen zentralen Bereich, welcher für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Unterseite die Flüssigkeit zuführbar ist, wobei die Membran im zentralen Bereich eine konische Öffnung aufweist, welche sich in Richtung der Oberseite verjüngt; und eine schwingfähige Baugruppe, welche die Membran randseitig erfasst und für die Erzeugung der Aerosole und/oder des feinen Nebels in Schwingung versetzbar ist und welche an der Trägerplatte fixierbar ist; und die Trägerplatte im zentralen Bereich einen Durchlass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Membran eine Aussparung aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der Membran.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte umfassend eine Trägerplatte, eine Flüssigkeit, eine Membran umfassend eine Oberseite, welche im Wesentlichen eine ebene Scheibe ausbildet, eine Unterseite, einen Randbereich und einen zentralen Bereich, welcher für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Unterseite die Flüssigkeit zuführbar ist, wobei die Membran im zentralen Bereich eine konische Öffnung aufweist, welche sich in Richtung der Oberseite verjüngt; und eine schwingfähige Baugruppe, welche die Membran randseitig erfasst und für die Erzeugung der Aerosole und/oder des feinen Nebels in Schwingung versetzbar ist und welche an der Trägerplatte fixierbar ist; und die Trägerplatte im zentralen Bereich einen Durchlass aufweist.
Inhalationsgeräte werden häufig für die Behandlung chronischer oder akuter Atemwegserkrankungen, wie beispielsweise Asthma, Bronchitis oder die chronisch obstruktive Lungenerkrankung, eingesetzt. Dabei wird der von der Aerosolerzeugungsvorrichtung erzeugte feine Nebel bzw. die Aerosole durch Inhalieren wirksam in die oberen und unteren Atemwege transportiert. Es ist dabei besonders wichtig, diese möglichst fein zu vernebeln, um ein Vordringen bis in die Bronchien und andere Verzweigungen der Lunge zu gewährleisten. Eine zu grobe Vernebelung der Aerosole oder des Nebels gelangt lediglich bis in die oberen Atemwege und ist somit nicht für die Behandlung chronischer oder akuter Atemwegserkrankungen geeignet.
Die einfachste Ausführung eines derartigen Inhalationsgerätes funktioniert nach dem Prinzip, dass ätherische Substanzen in heißem Wasser gelöst werden und so über den entstehenden Wasserdampf vernebelt werden. Ein derartiges Inhalationsgerät ist allerdings nicht für eine mobile Anwendung geeignet.
Auf aktuellem Stand der Technik existieren Inhalationsgeräte, welche auf Ultraschall- und/oder Druckluftbasis funktionieren. Diese finden eine breite Anwendung im privaten Bereich, in Kliniken und/oder Arztpraxen. Derartige Inhalationsgeräte können als stationäre oder mobile Geräte ausgestaltet sein.
Der Kernpunkt eines Inhalationsgerätes ist die für die Verneblung benötigte Aerosolerzeugungsvorrichtung. Vorteilhafterweise sollte diese so ausgestaltet sein, dass sie in verschiedenen Inhalationsgeräten eingebaut und/oder verwendet werden kann.
Eine gattungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte ist aus der Patentschrift DE 10 2005 006 375 B4 bekannt, welche vorschlägt, alle wesentlichen Elemente der Aerosolerzeugungsvorrichtung in einer Kapselanordnung unterzubringen. Damit wird erreicht, dass die Membran und die schwingfähige Baugruppe vor Schmutzeintritt, Verunreinigungen und Beschädigungen geschützt sind. In der Aerosolerzeugungsvorrichtung ist die Membran kuppelartig ausgebildet, so dass diese eine konkave und eine konvexe Seite ausbildet. Dabei wird die Flüssigkeit auf der konkaven Seite der Membran zugeführt und auf der konvexen Seite der Membran als Aerosole abgegeben, sobald diese von der schwingfähigen Baugruppe in Schwingung versetzt wird.
Eine gewölbte Anordnung der Membran birgt allerdings den Nachteil, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung viel Platz benötigt und daher für kleine Inhalationsgeräte eher ungeeignet ist. Dies trifft natürlich auch für die Kapselanordnung der Aerosolerzeugungsvorrichtung zu.
Es ist daher von Vorteil, wenn die Membran möglichst flach angeordnet ist, um eine platzsparende und kleine Aerosolerzeugungsvorrichtung herzustellen. Überdies ist eine flache Membran kostengünstiger herzustellen.
Vor dem Hintergrund, eine Aerosolerzeugungsvorrichtung mit einer flachen Membran bereitzustellen, schlägt die JP 2006/281170 ebenfalls eine Sandwichbauweise vor. In der Vorrichtung ist die schwingfähige Baugruppe mit einer vibrierenden Platte, beispielsweise einem Blech, verbunden, welches als flache Scheibe umfassend mehrere Poren ausgebildet ist. Die gesamte Aerosolerzeugungsvorrichtung ist ebenfalls in einer Kapselanordnung angeordnet und benötigt für ihre Funktionsweise Hochfrequenzspannung, um ausreichend feinen Nebel und/oder Aerosole herzustellen.
Die Anordnung der Aerosolerzeugungsvorrichtung in einer Kapsel benötigt allerdings viel Platz und eignet sich daher nur bedingt für kleine Inhalationsgeräte.
Hinsichtlich der Verwendung einer platzsparenden, ebenen Scheibe bzw. Membran ergeben sich jedoch viele Probleme, welche auch auf aktuellem Stand der Technik bekannt sind. So ist in der Offenlegungsschrift US 2012/0205468 A1 offenbart, dass eine in einer Aerosolerzeugungsvorrichtung eingebaute ebene Membran nur eine geringe Menge an Aerosolen und/oder feinem Nebel erzeugt. Dies liegt darin begründet, dass die von der schwingungsfähigen Baugruppe ausgesandten Schwingungen direkt zum Zentrum der Membran geleitet werden und sich dort konzentrieren. Daraus folgt einerseits, dass es nur zur Verneblung einer geringen Menge an Aerosolen kommt, da für die Vernebelung, d.h. für einen Austausch zwischen flüssigen und gasförmigen Bestandteilen, nur eine kleine Fläche in der Mitte der Membran zur Verfügung steht. Das bedeutet, dass für die Erzeugung eines feinen Nebels und/oder Aerosolen auch nur der zentrale Bereich der Membran wirksam ist. Andererseits hat dieser Bereich der Membran dann eine zu große Amplitude, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer dieser führt. Daher sei eine flache Membran nicht für die Verwendung in einem Inhalator, Spray oder ähnlichen geeignet.
Die Offenlegungsschrift WO 01/32246 A1 schlägt hingegen einen Inhalationsvernebler für ein zu vernebelndes flüssiges Medikament oder eine zu vernebelnde medikamenthaltige Flüssigkeit vor, bei dem ein Aerosolmembrangenerator und eine angepasste Mischkammer miteinander kombiniert sind. Dabei ist die Membran des Aerosolgenerators wahlweise mit ihrer Membranebene senkrecht zur jeweiligen Rotationsachse oder auch in einer geneigten Stellung angeordnet ist. Um die oben beschriebenen negativen Aspekte einer ebenen Scheibe bzw. Membran zu überwinden, ist es bereits in der Offenlegungsschrift WO 01/32246 A1 erkannt worden, dass die Ausbreitung des von dem Aerosolmembrangenerators erzeugten Aerosols in einer geneigten Stellung beeinflusst und damit im Hinblick die konkrete Gestaltung der Mischkammer und auch des Mundstücks optimiert werden kann. Dabei reichert sich in der Ausatemphase das kontinuierlich produzierte Aerosol in einer Mischkammer an, so dass zu Beginn der Einatemphase ein Aerosolbolus zur Verfügung steht.
Nachteilig bei dem beschriebenen Inhalationsvernebler ist es jedoch, dass das produzierte Aerosol erst vor Beginn der Einatemphase in einer Mischkammer angereichert werden muss, um in einer ausreichenden Menge zur Verfügung zu stehen. Diese Notwendigkeit einer Mischkammer bedingt eine aufwendige bauliche Konstruktion, so dass die Aerosolgenerator nicht ohne weiteres in handelsübliche Inhalatoren zu implementieren ist.
Die Offenlegungsschrift US 2012/0205468 A1 schlägt vielmehr eine Membran vor, welche mit mehreren Löchern versehen ist und eine in konzentrischer Ausrichtung mehrfach gebogene Oberflächenstruktur aufweist.
Hierbei ergibt sich allerdings wieder das Problem, dass derartig ausgeformte Membranen einen erhöhten Platzbedarf aufweisen und für die Verwendung in kleinen Inhalationsgeräten nur bedingt geeignet sind. Zudem sind diese auch zu teuer in der Herstellung.
Es besteht daher ein großer Bedarf an einer Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte, welche einfach und kostengünstig zu produzieren ist und möglichst platzsparend in einem beliebigen, handelsüblichen Inhalationsgerät verbaut und/oder verwendet werden kann. Eine derartige Aerosolerzeugungsvorrichtung sollte dabei einen besonders feinen Nebel bzw. Aerosole in ausreichender Menge erzeugen, um ein Vordringen dieser bis in die Bronchien und andere Verzweigungen der Lunge eines Benutzers zu gewährleisten.
Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, eine möglichst kleine, einfach handhabbare und sehr vielseitig einsetzbare Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte bereitzustellen, welche zudem kostengünstig hergestellt und platzsparend in einem beliebigen Inhalationsgerät verbaut und/oder verwendet werden kann, um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden. Dabei ist es wichtig, dass die erfindungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung zuverlässig arbeitet, sowie gas- und/oder wasserdicht ausgestaltet ist, um eine Kontamination des Inhalationsgerätes zuverlässig und langanhaltend zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache, aber wirkungsvolle Weise durch eine Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst, insbesondere indem die Unterseite der Membran eine Aussparung aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der Membran.
Es wird eine Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte umfassend eine Trägerplatte, eine Flüssigkeit, eine Membran umfassend eine Oberseite, welche im Wesentlichen eine ebene Scheibe ausbildet, eine Unterseite, einen Randbereich und einen zentralen Bereich, welcher für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Unterseite die Flüssigkeit zuführbar ist, wobei die Membran im zentralen Bereich eine konische Öffnung aufweist, welche sich in Richtung der Oberseite verjüngt; und eine schwing-fähige Baugruppe, welche die Membran randseitig erfasst und für die Erzeugung der Aerosole und/oder des feinen Nebels in Schwingung versetzbar ist und welche an der Trägerplatte fixierbar ist; und die Trägerplatte im zentralen Bereich einen Durchlass aufweist., umfasst. Dabei ist es wichtig, dass die Unterseite der Membran eine Aussparung aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der Membran.
Der Begriff „Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte“ bezeichnet eine Vorrichtung zur Herstellung und zur Abgabe von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel, welche bevorzugt in bzw. an einem beliebigen, handelsüblichen Inhalationsgeräte und/oder dessen Gehäuse verbaut ist und/oder verwendet wird. Im Allgemeinsten Fall umfasst eine derartige Vorrichtung daher eine Trägerplatte, eine Flüssigkeit, eine Membran und eine schwingfähige Baugruppe.
Bevorzugt ist die Aerosolerzeugungsvorrichtung derart in bzw. an dem Inhalationsgerät bzw. dessen Gehäuse angeordnet, dass die umfasste Membran mit ihrer Unterseite an einer Grenz- und/oder Oberfläche einer Flüssigkeit, welche beispielsweise in dem Inhalationsgerät enthaltenen ist, angrenzt. Diese Anordnung stellt somit sicher, dass die Flüssigkeit der Membran an der Unterseite für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel zuführbar ist.
Da die erfindungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung vorteilhafterweise besonders klein und platzsparend ausgestaltet ist, ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass diese in jedem Inhalationsgerät, d.h. einem Gerät beliebiger Größe und/oder beliebiger Form, verbaubar und/oder verwendbar ist.
Ein „Inhalationsgerät“ ist ein Gerät, welches eine Aerosolerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel umfasst, damit diese, sowie auch pulverförmige Medikamente, durch Inhalieren und/oder Einatmen bis in die oberen und/oder unteren Atemwege transportiert werden können. Ein derartiges Gerät findet bei der Behandlung verschiedener chronischer und/oder akuter Atemwegserkrankungen, wie beispielsweise Asthma, Bronchitis oder der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung, Anwendung.
Der Begriff „Trägerplatte“ betrifft eine Platte, an welcher Teile der Aerosolerzeugungsvorrichtung fixiert werden können. Dabei ist die Trägerplatte derart ausgestaltet, dass über sie eine Schwingung von der schwingfähigen Baugruppe auf eine Membran übertragen wird. Zudem dient die Trägerplatte der Stabilisierung der schwingfähigen Baugruppe und der Membran, indem diese beispielsweise in der Aerosolerzeugungsvorrichtung und/oder einem Inhalationsgerät gehaltert werden. Die Trägerplatte weist im zentralen Bereich, mithin dort, wo die Erzeugung des Aerosols erfolgt, einen Durchlass auf, um die Funktion und Arbeitsweise der Membran im beschriebenen Sinn sicherzustellen. Bevorzugt ist die Trägerplatte daher aus einem festen Material gefertigt, welches optimal Schwingungen leitet, wie beispielsweise einem Metall, Kunststoff und/oder einem Gemisch.
Um eine optimale elektrische Verbindung in der Aerosolerzeugungsvorrichtung zu gewährleisten, ist das Material bevorzugt elektrisch leitfähig. Alternativ ist das Material mit Hilfe von Durchkontaktierungen durch die Membran bzw. die Trägerplatt oder mit einer leitfähigen Beschichtung auf deren Oberfläche versehen.
Der Begriff „Flüssigkeit“ bezeichnet jedes Gas und jede Flüssigkeit, welche sich zum Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel eignet. Die Flüssigkeit umfasst wenigstens einen Inhaltsstoff, bevorzugt gasförmiges Wasser, flüssiges Wasser, Sauerstoff, Aerosol, einen Duftstoff und/oder eine pharmazeutisch wirksame Substanz, wie beispielsweise ein Medikament. Es ist verständlich, dass das Wasser bevorzugt sehr weiches Wasser ist, um Mineralablagerungen in und an der Vorrichtung zu vermeiden.
Die Flüssigkeit kann auch eine Mischung von wenigstens zwei der genannten Inhaltsstoffe umfassen. Zudem ist es bevorzugt, dass wenigstens zwei verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden, welche dieselben und/oder verschiedene Inhaltsstoffe umfassen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass die Flüssigkeit in einer Kapsel bzw. Patrone eingebracht ist, welche mit dem Inhalationsgerät verbindbar ist. Bevorzugt sind wenigstens zwei verschiedene Flüssigkeiten umfasst, welche dieselben und/oder verschiedene Inhaltsstoffe haben und in der Kapsel bzw. Patrone voneinander separiert sind. Die Kapsel bzw. Patrone kann dabei zur Erleichterung der Freigabe der von ihr enthaltenen Inhaltsstoffe eine Perforation als Sollbruchstelle aufweisen. Alternativ ist eine derartige Einrichtung von dem Inhalationsgerät umfasst. Die beschriebenen Ausgestaltungen können zudem beliebig miteinander kombiniert werden.
Der Begriff „schwingfähige Baugruppe“ betrifft eine Einheit, welche durch ein Ansteuerungssignal derart ansteuerbar ist, dass diese eine Membran für die Erzeugung der Aerosole und/oder des feinen Nebels in Schwingung versetzt. Damit die Membran in Schwingung versetzbar ist, ist es wichtig, dass die schwingfähige Baugruppe an der Trägerplatte fixierbar ist. Zudem ist es die Regel, dass die schwingfähige Baugruppe zumindest zwei Einheiten umfasst, welche sich gegenüberliegen. Bevorzugt erfolgt die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel mittels Umwandlung der an der schwingfähigen Baugruppe angelegten elektrischen Spannung in eine mechanische Schwingung, so dass die Membran in Schwingung versetzt wird. Dabei werden aus der Flüssigkeit, dessen Grenz- und/oder Oberfläche mit der Unterseite der Membran in Kontakt tritt, feine Tröpfchen gebildet und abgegeben. Diese Tröpfchen sind unterschiedlich groß. Bevorzugt sind diese jedoch so fein, dass sie längere Zeit in der Luft schweben und in ihrer Mehrheit einen stabilen feinen Nebel und/oder stabile Aerosole erzeugen, welche ein Benutzer inhaliert.
Der Begriff „Membran“ ist bekannt und betrifft ein wasser-, wasserdampf- und/oder luftdurchlässiges Material, welches bevorzugt synthetischer und/oder biologischer Herkunft ist. Die Membran kann dabei aus einem metallischen Werkstoff, Kunststoff und/oder einem Gemisch hergestellt sein.
Die erfindungsgemäße Membran weist eine Oberseite und eine Unterseite, sowie einen zentralen Bereich und einen Randbereich auf. Verständlicherweise weisen sowohl die Oberseite, als auch die Unterseite einen zentralen Bereich und einen Randbereich auf. An der Unterseite der Membran ist dieser für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel eine Flüssigkeit zuführbar. Folglich weist die Unterseite der Membran nach innen, d.h. in Richtung des Inneren eines Inhalationsgerätes, wo sich in der Regel die Flüssigkeit befindet. Die Oberseite der Membran liegt der Unterseite gegenüber und ist nach außen gerichtet, d.h. in Richtung der Abgabe der Aerosole und/oder eines feinen Nebels.
Im zentralen Bereich der Membran weist diese eine konische Öffnung auf. Im Rahmen der Erfindung ist es natürlich auch denkbar, dass die Membran mehr als nur eine konische Öffnung aufweist. Die Anzahl dieser Öffnungen beeinflusst die Stärke des erzeugten Aerosolstromes. Die konische Öffnung ist dabei derart ausgestaltet, dass sich diese nach außen verjüngt, d.h. in Richtung der Abgabe der Aerosole und/oder eines feinen Nebels. Folglich verjüngt sich die konische Öffnung in Richtung der Oberseite der Membran.
Für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel ist es wichtig, dass die Membran in Schwingung versetzt wird. Somit wird mittels der schwingfähigen Baugruppe und der Membran die Flüssigkeit, welche in einem Inhalationsgerät enthalten ist, vernebelt. Dazu grenzt bevorzugt eine Grenz- und/oder Oberfläche der Flüssigkeit an die Unterseite der Membran an. D.h., die Flüssigkeit für die Erzeugung von Aerosolen und/oder eines feinen Nebels ist der Unterseite der Membran zuführbar. Dabei ist jede Art der Zuführung denkbar. Bevorzugt wird die auf der Unterseite der Membran zugeführte Flüssigkeit dann auf der anderen Seite der Membran, d.h. der Oberseite, als Aerosole und/oder feiner Nebel abgegeben.
Um eine ausreichende Abgabe an Aerosolen und/oder einem feinen Nebel sicherzustellen, ist es erforderlich, dass der Bereich der äußeren Oberfläche der Membran, d.h. der Oberfläche der Oberseite der Membran, frei zugänglich ist. Da die Membran mit zumindest einer Seite im Randbereich an der Trägerplatte fixierbar ist, ist es wichtig, dass diese einen Durchlass aufweist. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die innere Oberfläche, d.h. die Unterseite der Membran, möglichst großflächig von der Flüssigkeit benetzt ist.
Für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel ist es zudem wichtig, dass die Membran im Randbereich an einer Trägerplatte fixierbar ist. Das bietet den Vorteil, dass nur ein geringer Bereich der schwingfähigen Membran mit einer Einrichtung zur Fixierung bedeckt ist, so dass ein Großteil der Oberfläche der Membran für die Zuführung der Flüssigkeit an der Unterseite und die Erzeugung und Abgabe von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Oberseite zur Verfügung steht.
Die Oberseite der Membran bildet bevorzugt im Wesentlichen eine ebene Scheibe aus. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Oberseite der Membran aufs Ganze gesehen, d.h. hauptsächlich, eine ebene Scheibe ausbildet, wobei es temporär möglich ist, dass dabei eine Wölbung vorhanden sein kann. Eine derartige Wölbung der Oberseite der Membran kann beispielsweise durch die von der schwingfähigen Baugruppe an die Membran vermittelte Schwingung entstehen, wobei ein oder mehrere Schwingungsbäuche auftreten können. Diese Schwingungsbäuche sind abhängig von der Ansteuerung der schwingfähigen Baugruppe und breiten sich bevorzugt in alle Richtungen der Membran aus, insbesondere bevorzugt sind somit radiale und axiale Schwingungen.
Es ist dabei als erfindungswesentlich erkannt worden, dass die Wirkung der Membran, d.h. die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel und deren Abgabe in eine definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnung an der Oberseite der Membran, erreichbar ist, gerade weil die Oberseite der Membran eine im Wesentlichen ebene Scheibe ausbildet. Dies ist auf aktuellem Stand der Technik bisher nicht denkbar, da für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel die Membran kuppelförmig ausgestaltet sein muss, um eine Abgabe der Aerosole in eine definierte Richtung zu gewährleisten.
Im Rahmen der Erfindung ist es dabei erkannt worden, dass diese Wirkung der erfindungsgemäßen, im Wesentlichen ebenen Oberseite der Membran innerhalb einer gewissen Toleranz erzielt werden kann. Daher ist es möglich, dass die Oberseite der Membran eine ebene Scheibe ausbildet, welche abhängig von der von der schwingfähigen Baugruppe vermittelten Schwingung eine oder mehrere Schwingungsbäuche ausbilden kann. Eine derartige Toleranz einer schwingenden, im Wesentlich ebenen Oberseite der Membran ist dem Fachmann bekannt und verständlich.
Eine im Wesentlichen ebene Oberseite der Membran bietet somit nicht nur den Vorteil, dass diese platzsparender in der Aerosolerzeugungsvorrichtung anzuordnen ist, sondern auch, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung platzsparend in einem Inhalationsgerät verbaubar und/oder verwendbar ist. Zugleich ist die Abgabe der Aerosole und/oder des feinen Nebels in die gewünschte und definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnung an der Oberseite der Membran, gewährleistet. Zudem ist auch eine kostengünstige Herstellung bzw. ein einfacher Einbau der Aerosolerzeugungsvorrichtung in ein Inhalationsgerät möglich.
Damit die Membran in ihrer Ausgestaltung der Oberseite als im Wesentlichen ebene Scheibe Aerosole und/oder einen feinen Nebel erzeugen kann, ist es wichtig, dass die Unterseite der Membran eine Aussparung aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der Membran. Verständlicherweise können auch mehrere derartige Aussparungen vorhanden sein. Es hat sich dabei als erfindungswesentlich herausgestellt, dass die Aussparung auf der Seite der Membran angeordnet sein sollte, welche der Seite der Membran mit der Verjüngung der konischen Öffnung gegenüberliegt. So weist die Membran eine Aussparung in Richtung der an der Membran anliegenden Flüssigkeit, auf, da sich die Öffnung in Richtung der Oberseite der Membran verjüngt.
Durch die Aussparung kommt es zu einer Änderung der elastischen Materialeigenschaft der Unterseite der Membran, so dass eine Abgabe von Aerosolen und/oder eines feinen Nebels über die Oberseite in die gewünschte, definierte Richtung auch bei einer im Wesentlichen ebenen Oberseite realisiert wird. Dies basiert darauf, dass die von der schwingfähigen Baugruppe vermittelte Kraft die Membran derart in Schwingung versetzt, dass deren Oberseite und/oder Unterseite in einer Vorzugsrichtung gebogen bzw. gedehnt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die erzeugten Aerosole und/oder der feine Nebel in die definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnung an der Oberseite der Membran, abgegeben werden.
Der Begriff „fixierbar“ oder „Fixierung“ betrifft eine Einrichtung, welche dazu dient, die schwingfähige Baugruppe und/oder die Membran in deren Randbereich an der Trägerplatte zu halten, ohne dass es zu einem Verrutschen kommt. Dabei ist eine beliebige Form der Fixierung denkbar, wie beispielsweise ein Gehäuse der Aerosolezeugungsvorrichtung und/oder ein Fixierring aus einem elastischen Material. Es ist zudem möglich, dass die Einrichtung auch derart ausgestaltet ist, dass die Membran und/oder die schwingfähige Baugruppe direkt in einem Gehäuse eines Inhalationsgerätes gehaltert werden, was beispielsweise ebenfalls durch einen Fixierring realisierbar ist. Bevorzugt liegt in dieser Alternative die Fixierung auf der Membran bzw. der schwingfähigen Baugruppe auf.
Im Rahmen der Erfindung ist es dabei nicht wichtig, auf welcher Seite der Trägerplatte die schwingfähige Baugruppe und die Membran fixiert sind. Es ist daher möglich, dass die schwingfähige Baugruppe und die Membran auf derselben Seite der Trägerplatte oder sich gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte fixiert sind. Das ist maßgeblich von dem Aufbau des Inhalationsgerätes abhängig.
Wichtig ist lediglich, dass diese Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass die zwischen der Fixierung liegenden Bereiche unbeeinflusst schwingen können. Dabei kann es auftreten, dass die Berührstelle der zur Fixierung dienenden Einrichtung mit dem Randbereich der Membran bzw. der schwingfähigen Baugruppe im Bereich eines Schwingungsknotens bzw. einer Schwingungsknotenlinie liegt. Dies ist vorteilhaft, da dadurch das Schwingungsverhalten praktisch unbeeinflusst bleibt, zumal an der Berührungsstelle keine Bewegung vorliegt. Die Lage der Schwingungsknotenlinie ist dabei abhängig von der Frequenz des Ansteuerungssignals und dem Aufbau der schwingfähigen Baugruppe.
Zwischen den einzelnen Berührstellen treten ein oder mehrere Schwingungsbäuche auf, welche abhängig von der Ansteuerung der schwingfähigen Baugruppe sind. Bevorzugt breiten sich die Schwingungen der Membran in alle Richtungen aus, insbesondere bevorzugt sind somit radiale und axiale Schwingungen. Eine Einschränkung der Schwingungen, d.h. auf eine radiale oder axiale Schwingung, ist nicht beabsichtigt, da die Menge der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Aerosole bzw. an feinem Nebel am größten ist, wenn die Membran radial und axial schwingt.
Der Begriff „Benutzer“ bezeichnet eine Person, die ein Hilfsmittel, wie ein Inhalationsgerät, zur Erzielung eines Vorteils oder eines Nutzens verwendet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den Unteransprüchen dargestellt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Membran eine Mesh-Membran, welche bevorzugt ein wasser-, wasserdampf- und luftdurchlässiges Textil-Netzgewebe ist.
Eine Mesh-Membran bietet den Vorteil, dass diese aufgrund ihrer Ausgestaltung als wasser-, wasserdampf- und luftdurchlässiges Gewebe besonders geeignet für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel ist. Zudem ist eine Mesh-Membran sehr leicht und dünn, so dass diese damit platzsparend in der Aerosolerzeugungsvorrichtung verbaubar und/oder verwendbar ist.
Des Weiteren bevorzugt ist es möglich, dass die Membran im Randbereich mit ihrer Oberseite oder mit ihrer Unterseite an der Trägerplatte fixierbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung vorteilhafterweise an jedes beliebige Inhalationsgerät und/oder an unterschiedliche Einsatzzwecke anpassbar ist.
Es ist dabei lediglich wichtig, dass die Flüssigkeit auf der Unterseite der Membran zugeführt wird und an der Oberseite der Membran abgegeben wird. Ob die Trägerplatte dabei im Inneren eines Inhalationsgerätes, also in Richtung der Flüssigkeit, angeordnet ist oder in Richtung der Abgabe der Aerosole und/oder des feinen Nebels angeordnet ist, ist für die Funktionsweise der Aerosolerzeugungsvorrichtung zweitrangig.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Membran und die schwingfähige Baugruppe an derselben Seite der Trägerplatte fixierbar sind. D.h. die Membran ist an der Seite der Trägerplatte angeordnet, an welcher die schwingfähige Baugruppe anliegt. Auch mittels dieser Alternative wird erreicht, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung vorteilhafterweise an jedes beliebige Inhalationsgerät und/oder an unterschiedliche Einsatzzwecke anpassbar ist, insbesondere indem die Aerosolerzeugungsvorrichtung dann sehr platzsparend ausgestaltet ist.
Wichtig ist auch in dieser Alternative, dass die Flüssigkeit auf der Unterseite der Membran zugeführt wird und an der Oberseite der Membran abgegeben wird. Auf welcher Seite der Trägerplatte die schwingfähige Baugruppe und die Membran letztendlich angeordnet sind, bleibt zweitrangig.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Membran und/oder die schwingfähige Baugruppe umlaufend und/oder punktweise an der Trägerplatte fixierbar ist. Auch mittels dieser Alternative lässt sich die Aerosolerzeugungsvorrichtung optimal und einfach an unterschiedliche Inhalationsgeräte anpassen.
Die punktweise Fixierung bietet zudem den Vorteil, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung sehr klein und leicht ist. Verständlicherweise ist es in diesem Fall wichtig, dass die Fixierung an wenigstens zwei Punkten erfolgt, welche sich bevorzugt gegenüberliegen. Alternativ kann die Fixierung auch an mehr als zwei Punkten erfolgen, beispielsweise an drei, vier, fünf oder mehr Punkten. Die Bereiche zwischen den einzelnen Fixierungen können dabei vollständig oder teilweise frei liegen.
Die umlaufende Fixierung bietet im Hinblick auf den erhöhten Platzbedarf allerdings den Vorteil, dass diese eine Kontamination der Aerosolerzeugungsvorrichtung durch eine umlaufende Abdichtung dieser verhindern kann.
In noch einer Ausgestaltung ist die Aussparung zwischen dem Randbereich und dem zentralen Bereich angeordnet. Eine derartige Anordnung der Aussparung zwischen dem Randbereich der Membran, an welchem diese Membran an der Trägerplatte fixierbar ist, und dem zentralen Bereich der Membran, in welchem wenigstens eine konische Öffnung vorhanden ist, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Diese Anordnungen der Aussparung bewirkt, dass die von der schwingfähigen Baugruppe vermittelte Kraft die Membran derart in Schwingung versetzt, dass deren Oberseite und/oder Unterseite optimal und in einer Vorzugsrichtung gebogen bzw. gedehnt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die erzeugten Aerosole und/oder der feine Nebel in eine definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnung an der Oberseite der Membran, abgegeben werden. Des Weiteren wird dadurch erreicht, dass die Oberseite der Membran auch bei anliegender Schwingung im Wesentlichen eine ebene Scheibe bleibt, so dass diese platzsparend in einer Aerosolerzeugungsvorrichtung verbaubar und/oder verwendbar ist.
In noch einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Aussparung in konzentrisch verlaufenden Kreisen ausgebildet ist, um eine bestmögliche Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel durch die Membran zu ermöglichen, indem es zu einer Verstärkung der Biegung bzw. Dehnung der Oberseite und/oder Unterseite der Membran kommt.
Weiterhin bevorzugt erfolgt die Aussparung mittels Schwächung des Materials der Membran. Dabei ist jede Art der Schwächung des Materials, wie beispielsweise durch eine spanende oder nicht-spanende Handlung, ätzen, schaben, kratzen, ablösen, abtragen, verbrennen und/oder lasern, umfasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es dabei als wesentlich erkannt worden, dass nur eine durch Materialschwächung erzeugte Aussparung der im Wesentlichen ebenen Membran zu den vorteilhaften Eigenschaften führt, d.h. dazu, dass eine durch Schwingung induzierte Biegung und/oder Dehnung der Membran in einer Vorzugsrichtung erfolgt. Dies liegt darin begründet, dass die Unterseite der Membran aufgrund der Materialschwächung andere elastische Materialeigenschaften erhält als die im Wesentlichen ebene Oberseite der Membran. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erzeugten Aerosole und/oder der feine Nebel nur in der gewünschten und in einer definierten Richtung abgegeben werden. D. h. dass die Aerosole und/oder der feine Nebel nur in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnung an der Oberseite der Membran abgegeben werden.
Eine derartige Eigenschaft des Schwingverhaltens der Membran wird dabei nur unzureichend bzw. bedingt erreicht, wenn die Aussparung auf andere Art und Weise in bzw. auf die Membran aufbringbar ist. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang das Prägen und/oder Stanzen zu nennen. Das liegt darin begründet, dass es nur durch eine Materialschwächung zu der gewünschten Änderung der elastischen Materialeigenschaften der Unterseite der Membran im Vergleich zur Oberseite der Membran kommt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die schwingfähige Baugruppe ein piezoelektrischer Ultraschallschwinger ist, welchem ein Ansteuerungssignal zur Schwingungserzeugung zuführbar ist. Dabei werden mittels Umwandlung der an der schwingfähigen Baugruppe angelegten elektrischen Spannung in eine mechanische Schwingung im Ultraschallbereich Aerosolen und/oder ein feiner Nebel erzeugt.
Ein piezoelektrischer Ultraschallschwinger bietet den Vorteil, dass sich unmittelbar eine Membran ansteuern lässt, was ein verbessertes Übertragungsverhalten hervorruft.
In noch einer Weiterbildung der Erfindung ist die Aerosolerzeugungsvorrichtung in einem Inhalationsgerät gas- und/oder wasserdicht befestigbar. Die Dichtigkeit ist dabei auf verschiedene Weisen erreichbar, beispielsweise indem die Aerosolerzeugungsvorrichtung in ein eigenes Gehäuse eingefasst ist, welches in einem Inhalationsgerät bzw. dessen Gehäuse befestigbar ist. Alternativ ist es auch möglich, dass eine direkte Berührung einer Fixierung mit dem Randbereich der Membran bzw. der schwingfähigen Baugruppe erfolgt, so dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung kein eigenes Gehäuse mehr aufzuweisen braucht. In dieser Alternative ist es wichtig, dass die Fixierung in das Gehäuse einer Inhalationsvorrichtung eingeklemmt wird, um die Teile zu schützen, welche für die Aerosolabgabe und die Flüssigkeitszufuhr nicht freiliegen müssen.
Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung auch während des Betriebs des Inhalationsgerätes nicht kontaminiert wird.
Es wird davon ausgegangen, dass die Definitionen und Ausführungen der oben genannten Begriffe für alle in dieser Beschreibung im Folgenden beschriebenen Aspekte gelten, sofern nichts anders angegeben ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in der Figur schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktion einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte in einer Teilschnittdarstellung; und
2 eine erfindungsgemäße Membran der Aerosolerzeugungsvorrichtung in einer Teilschnittdarstellung.
1 zeigt in einer Teilschnittdarstellung eine erfindungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte (100). Diese Vorrichtung weist eine Trägerplatte (101) auf, an welcher eine Membran (110) und eine schwingfähige Baugruppe (103) angeordnet sind. Es ist dabei deutlich zu erkennen, dass die Membran (110) und die schwingfähige Baugruppe (103) auf derselben Seite der Trägerplatte angeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass diese mittels einer Einrichtung an der Trägerplatte (101) fixiert sind.
Die schwingfähige Baugruppe (103) ist durch ein Ansteuerungssignal derart ansteuerbar, so dass diese die Membran (110) in Schwingung versetzt. Somit wird eine an der Unterseite der Membran (110) zugeführte Flüssigkeit an der Oberseite der Membran (110) vernebelt. Als schwingfähige Baugruppe (103) kommt beispielsweise ein piezoelektrischer Ultraschallschwinger in Betracht, an welchem ein elektrisches Ansteuerungssignal zur Schwingungserzeugung zuführbar ist.
Für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel ist es wichtig, die Membran (110) in Schwingung zu versetzen und eine Flüssigkeit auf der Unterseite der Membran (110) zuzuführen, so dass diese auf der Oberseite der Membran (110) als Aerosole und/oder als feinen Nebel abgegeben wird. Ob der Randbereich der Membran (110) dabei mit seiner Oberseite oder seiner Unterseite an der Trägerplatte (101) fixiert ist, kann dahingestellt bleiben. Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung an jedes beliebige Inhalationsgerät und/oder an unterschiedliche Einsatzzwecke anpassbar ist
Um eine ausreichende Abgabe an Aerosolen und/oder einem feinen Nebel sicherzustellen, ist es natürlich erforderlich, dass beide Oberflächen der Membran (110) frei zugänglich sind. Diesbezüglich weist die Trägerplatte (101) einen Durchlass (102) auf.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Membran (110) der Aerosolerzeugungsvorrichtung in einer Teilschnittdarstellung. Die Membran (110) weist eine Oberseite (111) und eine Unterseite (112), sowie einen zentralen Bereich (113) und einen Randbereich (115) auf. Verständlicherweise weisen sowohl die Oberseite (111), als auch die Unterseite (112) einen zentralen Bereich (113) und einen Randbereich (115) auf. Im Randbereich (115) ist die Membran (110) dabei an einer Trägerplatte fixierbar, so dass ein Großteil der Oberfläche der Membran (110) für die Zuführung einer Flüssigkeit an der Unterseite (112) und die Erzeugung und Abgabe von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Oberseite (111) zur Verfügung steht.
Im zentralen Bereich (113) der Membran (110) weist diese konische Öffnungen (114) auf, welche sich nach außen in Richtung der Oberseite (111) der Membran (110) verjüngen, so dass in dieser Richtung die Abgabe der Aerosole und/oder des feinen Nebels erfolgt.
Auf der Unterseite (112) der Membran (110) weist diese Aussparungen (116) auf, welche radial umlaufend ausgebildet sind, bevorzugt in konzentrisch verlaufenden Kreisen. Die Aussparungen (116) sind dabei zwischen dem Randbereich (115) und dem zentralen Bereich (113) der Membran (110) angeordnet. Durch diese Anordnungen der Aussparungen (116) versetzt die von der schwingfähigen Baugruppe vermittelte Kraft (F) die Membran (110) derart in Schwingung, dass deren Oberseite und/oder Unterseite in einer Vorzugsrichtung gebogen bzw. gedehnt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die erzeugten Aerosole und/oder der feine Nebel in eine definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnungen (114) an der Oberseite (111) der Membran, abgegeben werden. Des Weiteren wird dadurch erreicht, dass die Oberseite (112) der Membran (110) auch bei anliegender Schwingung im Wesentlichen eine ebene Scheibe bleibt, so dass diese platzsparend in einer Aerosolerzeugungsvorrichtung verbaubar und/oder verwendbar ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es dabei als wesentlich erkannt worden, dass nur eine durch Materialschwächung erzeugte Aussparung (116) der Membran (110) dazu führt, dass eine durch Schwingung induzierte Biegung und/oder Dehnung in einer Vorzugsrichtung erfolgt. Dies liegt darin begründet, dass die Unterseite (112) der Membran (110) aufgrund der Materialschwächung andere elastische Materialeigenschaften erhält als die im Wesentlichen ebene Oberseite (111).
Es ist in 2 deutlich zu erkennen, dass die Oberseite (111) der Membran (110) im Wesentlichen eine ebene Scheibe ausbildet. Dabei ist die Oberseite (111) der Membran (110) aufs Ganze gesehen eine ebene Scheibe, wobei es möglich ist, dass eine Wölbung, beispielsweise in Form eines durch die von der schwingfähigen Baugruppe an die Membran (110) vermittelten Kraft (F), d.h. Schwingung, entstehenden Schwingungsbauches, vorhanden sein kann.
Es ist dabei als erfindungswesentlich erkannt worden, dass die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel und deren Abgabe in eine definierte Richtung, d.h. in Richtung der Verjüngung der konischen Öffnungen (114) an der Oberseite (111) der Membran (110), gerade durch die besondere Ausgestaltung der Membran (110) erreichbar ist.
Bezugszeichenliste

100: Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte
101: Trägerplatte
102: Durchlass der Trägerplatte
103: schwingfähige Baugruppe
110: Membran
111: Oberseite der Membran
112: Unterseite der Membran
113: zentraler Bereich der Membran
114: konische Öffnung
115: Randbereich der Membran
116: Aussparung
F: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005006375 B4 [0006]
JP 2006/281170 [0009]
US 2012/0205468 A1 [0011, 0014]
WO 01/32246 A1 [0012, 0012]

Claims

Aerosolerzeugungsvorrichtung für Inhalationsgeräte (100) umfassend – eine Trägerplatte (101); – eine Flüssigkeit; – eine Membran (110) umfassend eine Oberseite (111), welche im Wesentlichen eine ebene Scheibe ausbildet, eine Unterseite (112), einen Randbereich (115) und einen zentralen Bereich (113), welcher für die Erzeugung von Aerosolen und/oder einem feinen Nebel an der Unterseite (112) die Flüssigkeit zuführbar ist, wobei die Membran (110) im zentralen Bereich (113) eine konische Öffnung (114) aufweist, welche sich in Richtung der Oberseite (111) verjüngt; und – eine schwingfähige Baugruppe (103), welche die Membran (110) randseitig erfasst und für die Erzeugung der Aerosole und/oder des feinen Nebels in Schwingung versetzbar ist und welche an der Trägerplatte (101) fixierbar ist; und die Trägerplatte im zentralen Bereich (113) einen Durchlass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (112) der Membran (110) eine Aussparung (116) aufweist, deren Tiefe geringer ist als die Dicke der Membran (110).
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (110) eine Mesh-Membran ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (110) mit ihrer Oberseite (111) oder mit ihrer Unterseite (112) an der Trägerplatte (101) fixierbar ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (110) und die schwingfähige Baugruppe (103) an derselben Seite der Trägerplatte (101) fixierbar sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (110) und/oder die schwingfähige Baugruppe (103) umlaufend und/oder punktweise an der Trägerplatte (101) fixierbar ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (116) zwischen dem Randbereich (115) und dem zentralen Bereich (113) angeordnet ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (116) in konzentrisch verlaufenden Kreisen ausgebildet ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (116) mittels Schwächung des Materials der Membran (110) erfolgt.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingfähige Baugruppe (103) ein piezoelektrischer Ultraschallschwinger ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung in einem Inhalationsgerät gas- und/oder wasserdicht befestigbar ist.