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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Atemstromsensor.
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Atemstromsensoren werden insbesondere in der Medizin eingesetzt, sie bilden eine Untergruppe der Gasstromsensoren. Die in der Medizin verwendeten Atemstromsensoren werden dabei entweder in Beatmungs- oder Atemüberwachungsgeräten eingesetzt, sie können auch direkt an einer Mund- oder Nasenöffnung eines Patienten oder auch unmittelbar über eine Röhre an einer Lunge eines Patienten angeordnet sein. Atemstromsensoren sind dabei in der Regel nicht nur die Größe sondern auch die Richtung eines Atemstroms messend.
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Aus der
DE 196 18 520 C1 , der
DE 34 37 595 C2 und der
DE 42 19 551 C2 bekannte Atemstromsensoren weisen zwei zueinander beabstandete, elektrisch leitfähige Drähte auf, die im Betriebsfall durch einen an sie angelegten elektrischen Strom auf eine vorgegebene Temperatur gebracht sind. Der Atemstromsensor ist dabei jeweils so in einem Atemstromtunnel angeordnet, dass der Atemstrom die elektrisch leitfähigen Drähte passierend und so Wärme von diesen abführend ist. Der hierdurch erzeugte Temperaturabfall an den elektrisch leitfähigen Drähten wird durch zusätzlich zugeführte Energie kompensiert, wobei die dazu benötigte Energiemenge gemessen wird. Da zugeführte Energiemenge und Temperatur sowie Energieabfuhr und Luftstrom miteinander korreliert sind, ist der Atemstorm somit über die benötigte zugeführte Energie messbar. Die Richtung des Luftstroms ist über den Unterschied in den jeweiligen Temperaturabfällen der beiden Drähte zueinander bestimmbar.
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Aufgrund der relativ kleinen, zur Verfügung stehenden Querschnitte der Strömungswege ist es von großem Interesse, Atemstromsensoren möglichst kleinbauend zu gestalten. Hierbei muss jedoch selbst bei kompakten Ausführungen ein stabiler Betrieb bei geringen Messfehlern ermöglicht sein.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Atemstromsensor anzugeben, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, unkompliziert vielfältig und präzise einsetzbar ist und eine möglichst einfache Ausgestaltung für eine optimale Zugänglichkeit für einen Atemstrom aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Atemstromsensor, aufweisend einen Tragkörper und zwei an diesem angeordnete, zueinander beabstandete elektrisch leitfähige Körper, die jeweils zwei Endbereiche aufweisen, dadurch gelöst, dass am Tragkörper eine Folie angeordnet ist und die Körper auf der vom Tragkörper abgewandten Seite der Folie jeweils als auf die Folie aufgebrachte Leitungsbahn ausgebildet sind. Durch den erfindungsgemäßen Austausch der bislang als äußerst dünne Drähte ausgebildeten elektrisch leitfähigen Körper gegen solche, die auf eine Folie aufgebracht sind, werden mit ganz großem Vorteil eine deutlich verbesserte und vereinfachte Herstellung und Betrieb des Atemstromsensors ermöglicht. Der Tragkörper weist erfindungsgemäß eine solche Materialstärke auf, die eine ausreichende Stabilität des Atemstromsensors gewährleistet. Gleichzeitig ist die Folie so dünn ausgebildet, dass sie keinen oder fast keinen Beitrag zum thermischen Verhalten der Leiterbahnen leistet, also dass System thermisch nicht träge macht. Unter Folie versteht die Erfindung dabei jede entsprechend dünne und thermisch nicht relevant wirkende Ausbildung. Die Folie ist erfindungsgemäß an den Tragkörper angeordnet, insbesondere mit diesem unmittelbar verbunden, vorzugsweise geklebt. Die Leiterbahnen sind zueinander beabstandet, sodass das Verhalten eines durch diese wandernden elektrischen Stromes an zwei, im Benutzungsfall voneinander in Strömungsrichtung beabstandeten Bereichen erfassbar ist. Der Stromfluss führt zu einer erhöhten Temperatur, die durch einen vorbeiziehenden Atemluftstrom verringert wird, was wiederum durch eine Stromerhöhung kompensiert wird, die erfindungsgemäß bestimmt wird. Der den Atemstromsensor passierende Atemluftstrom ist daher mittels Bestimmung der zusätzlich benötigten elektrischen Leistung erfaßbar.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Tragkörper die Endbereiche tragend ist. Hierdurch ist eine mechanisch stabile Verbindung der dünnen Folie mit entsprechenden Leitungskontakten ermöglicht, insbesondere durch Löten, so dass die Folie mittels der sie versorgenden Leitungskontakten mit einem Gehäuse, einer Halterung, einer Steuerung und ähnlichem mehr verbindbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Trennkörper auf der vom Tragkörper abgewandten Seite der Folie zwischen den Leitungsbahnen angeordnet ist und insbesondere einen kreis-, oliven- oder rautenförmigen Querschnitt aufweist und bevorzugt die Folie durchdringend ist. Ein solcher Trennkörper zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Leiterbahnen führt dazu, dass ein im Benutzungsfall den Atemstromsensor und damit den Trennkörper passierender Atemluftstrom beim Passieren der ersten Leiterbahn möglichst laminar strömend ist, währen er nach dem Passieren des Trennkörpers Verwirbelungen aufweist, die der Trennkörper gezielt erzeugend ist. Diese Verwirbelungen bewirken zusammen mit der bereits erfolgten Erwärmung des Atemluftstroms eine im Vergleich zur ersten Leiterbahn geringeren Wärmeabtrag bei der zweiten Leiterbahn. Hierzu weist der Trennkörper die genannten Querschnitte auf, ganz besonders bevorzugt ist er im Längsschnitt oliven- und im Querschnitt etw halbkreisförmig ausgebildet. Dadurch, dass er in einer Ausführungsform die Folie, bzw. den Chip durchsetzend ist, erhöht er die Befestigung der Folie am Tragkörper, in der er eingreifend ist. Er weist damit neben seiner Funktion als luftverwirbelndes Element auch eine Funktion der Befestigung von Folie an Tragkörper auf.
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Ist der Tragkörper H-förmig ausgebildet, so wird mit großem Vorteil eine sichere und feste Verbindung zwischen Chip/Folie und Tragkörper erreicht, ohne dass dessen Körper zu einer thermischen Trägheit des Sensors führen könnte, da die Leiterbahnen jeweils zwischen den beiden frei endenden Schenkeln des H liegend sind und damit die Folie in diesem Bereich keinen Kontakt mit dem Tragkörper aufweist. Der Tragkörper ist daher erfindungsgemäß nur die Endbereiche der Leiterbahnen kontaktierend. Er ist damit auch materialeinsparend und kompakte ausgebildet, gleichzeitig ist die Gesamtmasse von Tragkörper, Folie und Leiterbahn so reduziert, dass das System schnell auf veränderte Strömungsverhältnisse reagierend ist, ein träges System ist mit Vorteil vermieden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Folie aus einem Polyamid gebildet ist. Wie bereits ausgeführt, ist die Folie erfindungsgemäß dünnstmöglich und thermisch und elektrisch nichtleitend ausgebildet, um das System aus Folie und Leiterbahnen möglichst agil zu halten, so dass selbst kleinste Volumenströme erfassbar sind. Dies wird erfindungsgemäß vor allem dadurch erreicht, dass die Folie aus einem Polyamid PA oder einem Polyimid (PI) besteht und eine Dicke von vorzugsweise weniger als 500 µm aufweist. Derartige Folien weisen eine hohe Festigkeit und Zähigkeit bei gleichzeitig geringen Foliendicken auf.
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Sind die Leitungsbahnen aus Nickel oder einer Nickellegierung gebildet und/oder die Endbereiche aus Gold gebildet, Es hat sich gezeigt, dass derartige Legierungen bzw. Silber und Gold besonders vorteilhaft hinsichtlich Leitfähigkeit, Erwärmung und Kontaktierung sind. Aufgrund der Ausgestaltung der Endbereiche aus Gold sind diese optimiert kontaktierbar und hochbeständig gegen Korrosion. Auch Nickel bzw. dessen Legierungen sind hoch korrosionsbeständig.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitungsbahnen linear und/oder in Kurven verlaufend ausgebildet sind. Ein derartiger Verlauf der Leiterbahnen ist optimal für den erforderlichen Widerstand pro Länge. Die so ermögilchten, eher kurzen Längen der Leiterbahnen sind ausreichend, um die gewünschten Messsignale abgreifen zu können.
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Schließlich ist in einer Weiterbildung erfindungsgemäß noch vorgesehen, dass der Atemstromsensor in einer Halterung angeordnet ist, die eine erste Befestigungseinrichtung zur Aufnahme des eines Atemstromsensors aufweist und eine zweite Befestigungseinrichtung zur Verbindung mit einem Steuergerät aufweist und dass die zweite Befestigungseinrichtung als Clip ausgebildet ist. Ein solches Gehäuse ermöglicht mit Vorteil einen ungehinderten Zutritt des Atemstroms zu dem Sensor bei gleichzeitig ermöglichter Verbindung zu einem weiteren Gerät, welches den Sensor mit Betriebsmitteln versorgt und Datenleitungen aufweist. Ein solches Gehäuse erlaubt ein einfaches Nachrüsten eines vorhandenen Messgeräts mit dem erfindungsgemäßen Sensor. Gleichzeitig führt ein solches eigenen Gehäuse dazu, dass es im Wartungsfall vom Steuergerät trennbar ist, wozu besonders vorteilhaft eine Clipsverbindung vorgesehen ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät die Temperatur der Leiterbahnen konstant haltend und die hierfür benötigte Energie, insbesondere den Strom, erfassend und in Beziehung zu einem Gasstrom setzend ausgebildet ist. Das Steuergerät enthält ein enstprechendes Programm, vorzugsweise nebst Anzeige, Bedienmitteln und dergleichen mehr. Es ist dazu vergesehen und bestimmt, den Sensor mit Strom zu versorgen und dessen Daten aufzunehmen und zu verarbeiten.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Atemstromsensors und
- 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer Aufnahme eines erfindungsgemäßen Atemstromsensors zur Anbringung dessen in einem Endgerät.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Atemstromsensors 1. Der Atemstromsensor 1 weist einen Tragkörper 2 auf, der H-förmig ausgebildet und auf einer seiner Seiten eine Folie 7 tragend ist, insbesondere eine Polyimidfolie, die mit ihm verbunden ausgebildet ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Die Folie 7 wiederum weist auf ihrer vom Tragkörper 2 abgewandten Seite 8 zwei Leiterbahnen 9, 10 auf, die auf die Folie 7 aufgetragen sind und aus Nickel, bzw. einer Nickellegierung bestehen. Die Leiterbahnen 9, 10 sind dabei in Querschnitt und Länge so dimensioniert, dass sich ein spezifischer Widerstand zwischen 1.800 Ohm*mm2/m und 1.200 Ohm*mm2/m, insbesondere von etwa 1.550 Ohm*mm2/m ergibt, auf.
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Die Leiterbahnen 9, 10 sind leitend mit Endbereichen 5, 6 verbunden ausgebildet, die aus Gold oder Silber bestehen und an denen ein elektrischer Kontakt befestigt ist, über den die Leiterbahnen 9, 10 im Benutzungsfall mit Strom versorgt werden. Gold hat den Vorteil einer hohen Korrosionsbeständigkeit und einer im Vergleich zum Nickel verbesserten elektrischen Leitfähigkeit, so dass hier keine Störungen in das System eingebracht werden.
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Der Tragkörper 2 ist dabei so orientiert, dass er die Endbereiche 5, 6 unterstütztend tragend ist, nicht jedoch den Bereich der Folie 7, in dem die Leiterbahnen 9, 10 verlaufend sind. Der Tragkörper 2 ist damit die Folie 7 gerade in den Bereichen stabilisierend, die einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, nämlich beim Löten der elektrischen Kontakte auf die Endbereiche 5, 6. Gleichzeitig trägt er im relevanten Meßbereich des Atemstromsensors 1 nicht zur thermischen Trägheit des Systems bei. Mindestens die Folie 7 ist erfindungsgemäß aufgrund der aufgebrachten Leiterbahnen 9, 10 mit Endbereichen 5,6 als Chip zu bezeichnen, da sie auf dieselbe Weise wie die bekannten Halbleiterchips hergestellt wird, also über die Wafertechnologie. Erfindungsgemäß ist auch eine Ausführung, bei der nicht nur die Folie 7 sondern auch der Tragkörper 2, insbesondere gemeinsam und zeitgleich, über die Wafertechnologie hergestellt sind, also beispielsweise auch auch demselben Material bestehen.
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Der Tragkörper 2 ist bevorzugt nicht elektrisch leitfähig sondern dient in erster Linie der Stabilisierung der daran angebrachten Folie 7 aber auch zur Befestigung des Atemstromsensors 1 an einer Halterung 13, über dieser mit einem Steuergerät 16 verbunden ausgebildet ist.
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Ein Trennkörper 12 befindet sich auf der Folie 7 im Bereich des mittleren Steges des „H“ zwischen den beiden Leiterbahnen 9, 10 auf der vom Tragkörper 2 abgwandten Seite 8 und ist bei dieser Ausführungsform als ein Lötzinnstreifen ausgebildet, der in etwa über die gesamte Breite der Foile 7 verlaufend und im Querschnitt in etwa halbkreis- bzw. halbellipsenförmig ausgebildet ist. Eine Ausführungsform, bei der der Trennkörper 12 die Folie 7 durchsetzend und mit dem Tragkörper 2 verbunden ausgebildet ist, beispielsweise durch einen Steckkontakt, ist ebenfalls erfindungsgemäße. Bevorzugt ist jedoch die Lötvariante, bei der kein weiteres Bauteil erforderlich ist sondern mit Vorteil der sowieso bei der Herstellung benötige Lötschritt nur an einer weiteren Stelle auszuführen ist.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Halterung 13 mit einer Aufnahme eines erfindungsgemäßen Atemstromsensors 1 zur dessen Anbringung an eiunem Steuergerät 16. Die Halterung 13 weist eine erste Befestigungseinrichtung 14 auf, über die der Atemstromsensor 1 mit ihr verbindbar ist. Die zweite Befestigungseinrichtung 15 dient zum lösbaren Verbindenmit einem Steuergerät 16, welches den Atemstromsensor 1 aufnehmend, mit Strom versorgend und den zeitlichen Verlauf der zur Aufrechterhaltung einer Temperatur benötigte Stromfluß erfassend und mit hinterlegten Kalibrationsdaten auf einen verursachenden Atemstrom beziehend ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Atemstromsensor
- 2
- Tragkörper
- 3
- Elektrisch leitfähiger Körper
- 4
- Elektrisch leitfähiger Körper
- 5
- Endbereich
- 6
- Endbereich
- 7
- Folie
- 8
- Tragkörper abgewandte Seite
- 9
- Leiterbahn
- 10
- Leiterbahn
- 11
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- 12
- Trennkörper
- 13
- Halterung
- 14
- Erste Befestigungseinrichtung
- 15
- Zweite Befestigungseinrichtung
- 16
- Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19618520 C1 [0003]
- DE 3437595 C2 [0003]
- DE 4219551 C2 [0003]
