DE102018204799A1 - Differential pressure flow sensor for ventilators with improved flow resistance with multi-part flap - Google Patents
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Abstract
Ein Differenzdruck-Durchflusssensor (44) umfasst- ein Sensorgehäuse (46), welches einen das Sensorgehäuse (46) durchsetzenden Strömungskanal (52) definiert, der längs einer Strömungsbahn (S) von Fluid durchströmbar ist,- eine Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") im Strömungskanal (52) und- axial beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") angeordnete Druckerfassungsformationen (56a, 58a), wobei die Strömungswiderstandsanordnung (72) aufweist:- einen außerhalb des Strömungskanals (52) angeordneten Festlegeabschnitt (72a), welcher zur Festlegung der Strömungswiderstandsanordnung (72) am Sensorgehäuse (46) ausgebildet ist, und- eine Mehrzahl von innerhalb des Strömungskanals (52) angeordneten, relativ zueinander beweglichen Klappe), welche relativ zum Festlegeabschnitt beweglich sind zwischen einer unbelasteten Ruhestellung und einer durch äu-ßere Krafteinwirkung aufgrund von Fluidanströmung längs der Strömungsbahn (S) ausgelenkten Auslenkstellung.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Festlegeabschnitt (72a) den Strömungskanal (52) in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn (S) um nicht mehr als 280° umgibt.A differential pressure flow sensor (44) comprises a sensor housing (46) which defines a flow channel (52) passing through the sensor housing (46), through which fluid can flow through a flow path (S), - a flow resistance arrangement (72; 72 '; 72 ") arranged in the flow channel (52) and axially on both sides of the flow resistance arrangement (72; 72 '; 72") Druckfassungsformationen (56a, 58a), wherein the flow resistance arrangement (72) comprises: - a fixed outside of the flow channel (52) Festlegeabschnitt ( 72a) formed to define the drag assembly (72) on the sensor housing (46) and a plurality of relatively movable flap disposed within the flow channel (52) which are movable relative to the securement portion between an unloaded rest position and one by Aussere force due to fluid flow along the flow path (S) deflected deflection According to the invention, it is provided that the fixing section (72a) surrounds the flow channel (52) in the circumferential direction about the flow path (S) by not more than 280 °.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Differenzdruck-Durchflusssensor, welcher umfasst:
- - ein Sensorgehäuse, welches einen das Sensorgehäuse durchsetzenden Strömungskanal definiert, der längs einer eine axiale Richtung definierenden virtuellen, den Strömungskanal zentral durchlaufenden Strömungsbahn von Fluid durchströmbar ist,
- - eine gestaltveränderliche Strömungswiderstandsanordnung zur Bereitstellung eines Strömungswiderstands im Strömungskanal und
- - axial beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung angeordnete Druckerfassungsformationen, welche der Erfassung von einen Fluiddruck im Strömungskanal repräsentierenden Druckwerten dienen.
- a sensor housing which defines a flow channel passing through the sensor housing, which can be traversed by fluid along a flow path which centrally defines a fluid flow path and defines a virtual direction;
- - A shape variable flow resistance arrangement for providing a flow resistance in the flow channel and
- - Axially arranged on both sides of the flow resistance arrangement Druckfassungsformationen, which serve the detection of a fluid pressure in the flow channel representing pressure values.
Dabei weist die Strömungswiderstandsanordnung auf:
- - einen außerhalb des Strömungskanals angeordneten Festlegeabschnitt, welcher zur Festlegung der Strömungswiderstandsanordnung am Sensorgehäuse ausgebildet ist, und
- - eine Mehrzahl von innerhalb des Strömungskanals angeordneten, relativ zueinander beweglichen Klappen, welche relativ zum Festlegeabschnitt beweglich sind zwischen einer von einem äußeren Krafteinfluss - abgesehen von der unvermeidlichen Schwerkraft - unbelasteten Ruhestellung und einer durch äußere Krafteinwirkung aufgrund von Fluidanströmung längs der Strömungsbahn ausgelenkten Auslenkstellung.
- - A arranged outside the flow channel fixing portion, which is designed to determine the flow resistance arrangement on the sensor housing, and
- - A plurality of arranged within the flow channel, relatively movable flaps, which are movable relative to the fixing portion between a by an external force influence - apart from the unavoidable gravity - unloaded rest position and a deflected by external force due to Fluidanströmung along the flow path deflected position.
Derartige Differenzdruck-Durchflusssensoren, die eine Ermittlung einer pro Zeiteinheit durch den Strömungskanal hindurch strömenden Fluidmenge auf Grundlage eines Druckunterschieds zwischen dem bezüglich der Strömungswiderstandsanordnung stromaufwärtigen Fluiddruck und dem stromabwärtigen Fluiddruck gestatten, sind unter anderem als proximale, also nahe beim Patienten gelegene, Flusssensoren (Durchflusssensoren) in Beatmungsvorrichtungen zur künstlichen Beatmung von Lebewesen bekannt. Dies ist auch der in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte, wenngleich nicht einzige mögliche Einsatzzweck, des mit der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Durchflusssensors.Such differential pressure flow rate sensors, which allow detection of an amount of fluid flowing through the flow passage per unit time based on a pressure difference between upstream fluid pressure and downstream fluid pressure, are inter alia proximal flow sensors (flow sensors) proximate to the patient. in ventilators for artificial respiration of living things known. This is also the preferred use in the present application, although not the only possible application, of the flow sensor described with the present application.
Ein gattungsgemäßer Durchflusssensor ist aus der
Bei der künstlichen Beatmung von menschlichen oder tierischen Patienten wird zum einen das dem Patienten zugeführte Beatmungsgas konditioniert, also temperiert und mit einem vorbestimmten Feuchtegrad versehen, um das Beatmungsgas für den Patienten verträglicher zu machen. Zum anderen gibt auch der Patient in seiner Lunge dem exspiratorischen Beatmungsgas Feuchtigkeit mit. Daraus kann ein Feuchtigkeitsniederschlag in dem Durchflusssensor resultieren.In the artificial respiration of human or animal patients, on the one hand, the respiratory gas supplied to the patient is conditioned, ie tempered and provided with a predetermined degree of humidity, in order to make the respiratory gas more compatible with the patient. On the other hand, the patient also gives moisture to the expiratory breathing gas in his lungs. This can result in moisture precipitation in the flow sensor.
Dabei schlägt Feuchtigkeit nicht nur in kleinen Tröpfchen an vom Beatmungsgas benetzten Oberflächen des Durchflusssensors nieder, sondern mit fortschreitender Betriebsdauer des Durchflusssensors kann sich in dem Sensorgehäuse ein Flüssigkeitsfilm oder sogar ein Flüssigkeitsreservoir bilden. Der Niederschlag von Feuchtigkeit an der den Strömungskanal nach radial außen begrenzenden Kanalaußenwandung wird noch dadurch begünstigt, dass zum einen vor allem das ausgeatmete Beatmungsgas eine relative Feuchte nahe der Sättigung aufweist und dass zum anderen die Temperatur des ausgeatmeten Beatmungsgases höher ist als die Umgebungstemperatur, auf welcher sich der Durchflusssensor üblicherweise befindet.In doing so, moisture does not only precipitate in small droplets of surfaces of the flow sensor wetted by the respiratory gas, but as the flow sensor continues to operate, a liquid film or even a liquid reservoir can form in the sensor housing. The precipitation of moisture on the duct wall radially outwardly delimiting the flow channel is further promoted by the fact that first of all the exhaled respiratory gas has a relative humidity close to saturation and secondly that the temperature of the exhaled respiratory gas is higher than the ambient temperature at which the flow sensor is usually located.
Die Strömungswiderstandsanordnung des bekannten Durchflusssensors umfasst drei Klappen, welche in ihrer Ruhestellung, in der sie nicht von Beatmungsgas angeströmt ist, die durchströmbare Querschnittsfläche des Strömungskanals im Bereich ihrer Anordnung stark verringern. Bei Anströmung der Klappen längs der Strömungsbahn werden diese gegen eine Rückstellkraft ausgelenkt, die die Klappen bei Fortfall der Anströmung mit Beatmungsgas in ihre Ruhestellung zurückstellt. Durch die mit der Anströmung bewirkte Auslenkung der Klappen wird die durchströmbare Querschnittsfläche des Strömungskanals im Bereich der Anordnung der Klappen erhöht.The flow resistance arrangement of the known flow sensor comprises three flaps, which in their rest position, in which they are not flown by respiratory gas, greatly reduce the flow-through cross-sectional area of the flow channel in the region of their arrangement. Upon flow of the flaps along the flow path these are deflected against a restoring force, which resets the flaps in case of cessation of the flow of respiratory gas in its rest position. Due to the deflection of the flaps caused by the flow, the flow-through cross-sectional area of the flow channel in the region of the arrangement of the flaps is increased.
Bildet sich ein Flüssigkeitsreservoir in einem solchen Umfang, dass eine auslenkbare Klappe in der Ruhestellung in Flüssigkeit eintaucht, wird die für die Auslenkung der Klappe bei ihrer Anströmung erforderliche Kraft erhöht und dadurch das Messergebnis des Durchflusssensors verfälscht.Forms a liquid reservoir to such an extent that a deflectable flap immersed in the rest position in liquid, the force required for the deflection of the flap at its flow is increased and thereby falsified the measurement result of the flow sensor.
Der aus der
Die üblicherweise Umgebungstemperatur aufweisende Kanalaußenwandung verbliebe dann zwar als Kondensations- bzw. Niederschlagsfläche, kann aber Grund der räumlichen radialen Trennung von dem durch das Innenrohr abgeschirmten Strömungsdurchgang das Verformungsverhalten der Strömungswiderstandsanordnung nicht beeinflussen.Although the outer wall usually having ambient temperature then remains as a condensation or precipitation surface, but can not influence the deformation behavior of the flow resistance arrangement due to the spatial radial separation of the screened through the inner tube flow passage.
Der Ringspaltraum zwischen dem Innenrohr und der das Innenrohr umgebenden Kanalaußenwandung des bekannten Durchflusssensors wird für die Festlegung der Strömungswiderstandsanordnung am Sensorgehäuse genutzt. Der Festlegeabschnitt der Strömungswiderstandsanordnung des bekannten Durchflusssensors läuft vollständig, d. h. geschlossen, um die Strömungsbahn am Anbringungsort der Strömungswiderstandsanordnung um. Dieser Festlegeabschnitt ist längs seines gesamten Umfangs zwischen zwei längs der Strömungsbahn einander unmittelbar benachbarten Gehäusebauteile unbeweglich aufgenommen und festgelegt.The annular gap between the inner tube and the inner tube surrounding the outer channel wall of the known flow sensor is used for the determination of the flow resistance arrangement on the sensor housing. The securing section of the flow resistance arrangement of the known flow sensor runs completely, d. H. closed to the flow path at the mounting location of the flow resistance arrangement. This fixing portion is immovably taken up and fixed along its entire circumference between two housing components immediately adjacent to one another along the flow path.
Als eine weitere Maßnahme zur Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber sich im Strömungskanal niederschlagender Feuchtigkeit weist die Strömungswiderstandsanordnung des aus der
Dadurch soll bewirkt werden, dass dann, wenn sich Flüssigkeit im Innenrohr ansammelt, das auslenkbare, also das von der Ankopplungsstelle der zentralen Klappe am Festlegeabschnitt fernliegende Längsende der zentralen Klappe maximal weit von der sich im Innenrohr ansammelten Flüssigkeit entfernt gelegen ist und somit von der sich ansammelten Flüssigkeit möglichst wenig beeinflusst werden kann. Dies fußt auf dem für den Stand der Technik ebenso wie für die vorliegende Erfindung geltenden Ansatz, dass der Durchflusssensor im Beatmungsbetrieb mit im wesentlichen horizontaler Strömungsbahn derart angeordnet ist, dass sich die Druckerfassungsformationen an der Kanalaußenwandung möglichst an einem geodätisch höchstgelegenen Bereich befinden. Dann fließt nämlich sich an dem Innenrohr oder allgemein an einer Kanalwandung niederschlagende Flüssigkeit schwerkraftgetrieben von den Druckerfassungsformationen weg.This is intended to ensure that, when liquid accumulates in the inner tube, the deflectable, so far away from the coupling point of the central flap on the fixing portion longitudinal end of the central flap is located far away from the accumulated in the inner tube liquid and thus away from the accumulated liquid can be influenced as little as possible. This is based on the current state of the art as well as for the present invention valid approach that the flow sensor is arranged in the ventilation mode with a substantially horizontal flow path such that the pressure detection formations on the channel outer wall as possible at a geodetically highest area. In that case, liquid flowing down the inner tube or generally on a channel wall flows gravitationally away from the pressure-detecting formations.
Nachteilig an dieser Lösung ist zum einen der hohe Herstellungsaufwand, der durch die zusätzliche Anordnung des Innenrohrs mit radialem Abstand von der Kanalaußenwandung im Bereich der Anordnung der Strömungswiderstandsanordnung erforderlich ist. Nachteilig ist weiterhin, dass sich vor allem die Ankopplungsstellen der randseitigen Klappen am Festlegeabschnitt über einen relativ großen Winkelbereich um die Strömungsbahn erstrecken und die Auskragrichtung der randseitigen Klappen - im Gegensatz zur zentralen Klappe - von ihrer jeweiligen Ankopplungsstelle ausgehend derart asymmetrisch geneigt verläuft, dass die Ankopplungsstelle eine nahezu ebenso große Erstreckungskomponente in Auskragrichtung wie orthogonal zu dieser aufweist. Dadurch kommt es zu einer unerwünschten Aussteifung der randseitigen Klappen bezüglich einer betriebsmäßig erwünschten Biegung der Klappen um eine zur Auskragrichtung orthogonalen Biegeachse. Alle Klappen sind einstückig mit dem Festlegeabschnitt verbunden.A disadvantage of this solution is on the one hand, the high production cost, which is required by the additional arrangement of the inner tube with a radial distance from the channel outer wall in the region of the arrangement of the flow resistance arrangement. A further disadvantage is that, in particular, the coupling points of the peripheral flaps extend on the fixing section over a relatively large angular range around the flow path and the Auskragrichtung the peripheral flaps - in contrast to the central flap - starting from their respective coupling point so asymmetrically inclined runs that the coupling point an almost equally large extension component in the cantilever direction as orthogonal to this. This results in an undesirable stiffening of the edge-side flaps with respect to a operationally desired bending of the flaps about an orthogonal to the cantilever bending axis. All flaps are integrally connected to the fixing section.
Aus der
Aus der
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Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau des Durchflusssensors der eingangs genannten Art zu vereinfachen und gleichzeitig dessen Messgenauigkeit weiter zu verbessern.It is an object of the present invention to simplify the structure of the flow sensor of the type mentioned and at the same time to further improve its accuracy.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe an einem Durchflusssensor, wie er eingangs beschrieben ist, dadurch, dass der Festlegeabschnitt den Strömungskanal in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn um nicht mehr als 280° umgibt.The present invention solves this problem with a flow sensor, as described in the introduction, in that the fixing section surrounds the flow channel in the circumferential direction around the flow path by not more than 280 °.
Wenn der Festlegeabschnitt den Strömungskanal um nicht mehr als 280° umgibt, besteht ein vom Festlegeabschnitt freier Umfangsabschnitt von wenigstens 80° Winkelerstreckung, über welchen sich der Festlegeabschnitt nicht erstreckt und folglich auch einem beweglichen Klappenrand wenigstens einer der Klappen nicht gegenüberliegt. Somit kann wenigstens einer Klappe aus der Mehrzahl der Klappen die Kanalaußenwandung gegenüberliegen, ohne dass ein Teil des Festlegeabschnitts radial in den Strömungskanal einragt oder ohne dass der Festlegeabschnitt in diesem Umfangsbereich eine dem Klappenrand radial gegenüberliegende Trennfuge begründen würde. Bevorzugt ist der vom Festlegeabschnitt freie Umfangsabschnitt einem Erfassungs-Umfangsabschnitt, in welchem sich - wenngleich mit axialem Abstand von der Strömungswiderstandsanordnung - wenigstens eine Druckerfassungsformationen, vorzugsweise alle Druckerfassungsformationen, befindet bzw. befinden diametral gegenüberliegend ausgebildet.When the fixing portion does not surround the flow channel by more than 280 °, there is a circumferential portion free from the fixing portion of at least 80 ° angular extent, beyond which the fixing portion does not extend and thus also not facing a movable flap edge of at least one of the flaps. Thus, at least one flap of the plurality of flaps opposite the channel outer wall, without a part of the fixing portion protrudes radially into the flow channel or without the fixing portion in this peripheral region would establish a parting line radially opposite the flap edge. Preferably, the free from the fixing portion peripheral portion is a detection peripheral portion in which - although at an axial distance from the flow resistance arrangement - at least one pressure detection formations, preferably all Druckfassungsformationen, is or are formed diametrically opposite.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Flüssigkeitsbarriere weist die Kanalaußenwandung im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung keine in Umfangsrichtung verlaufende Radial zur Strömungsbahn hin vorstehende Radialrippe auf. Diese ist wegen des Vorsehens von einer Mehrzahl von Klappen entbehrlich.To avoid an undesirable liquid barrier, the channel outer wall in the region of the flow resistance arrangement does not have a radial rib projecting in the circumferential direction towards the flow path. This is dispensable because of the provision of a plurality of flaps.
Bevorzugt ist der vom Erfassungs-Umfangsabschnitt in zur Strömungsbahn orthogonaler Richtung fernliegende Klappenrand einer jeden Klappe längs der Strömungsbahn beweglich, sodass sich etwaig im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung ansammelnde Flüssigkeit wenigstens bei ausgelenkten Klappen die Strömungswiderstandsanordnung passieren kann. Die unvollständige Umschließung der Klappen durch den Festlegeabschnitt ermöglicht dies.The flap edge of each flap, which is remote from the detection circumferential section in the direction orthogonal to the flow path, is preferably movable along the flow path so that liquid collecting in the region of the flow resistance arrangement can pass the flow resistance arrangement at least when the flaps are deflected. The incomplete enclosure of the flaps by the securement section allows this.
Bevorzugt ist der Festlegeabschnitt symmetrisch bezüglich eines Ankopplungsabschnitts ausgebildet, welcher alle Ankopplungsstellen enthält, an denen die Mehrzahl von Klappen mit dem Festlegeabschnitt verbunden sind. Der oben genannte vom Festlegeabschnitt freie Umfangsabschnitt liegt diesem Ankopplungsabschnitt aus den oben genannten Gründen bevorzugt diametral gegenüber. Um eine möglichst ungehinderte Klappenbewegung sicherstellen zu können, erstreckt sich der vom Festlegeabschnitt freie Umfangsabschnitt in Umfangsrichtung bevorzugt über einen größeren Winkelbereich als der Ankopplungsabschnitt.Preferably, the fixing portion is formed symmetrically with respect to a coupling portion containing all the coupling points at which the plurality of flaps are connected to the fixing portion. The abovementioned circumferential portion which is free of the fixing portion is preferably diametrically opposite this coupling portion for the reasons stated above. Around To ensure a possible unhindered flap movement, extending from the fixing portion peripheral portion extends in the circumferential direction preferably over a larger angular range than the coupling portion.
Um über einen möglichst großen Umfangsabschnitt um die Strömungsbahn gleichartige Strömungsverhältnisse im Strömungskanal zu erzielen, ist bevorzugt die Strömungswiderstandsanordnung spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Strömungsbahn enthaltenden Spiegelsymmetrieebene ausgebildet.In order to achieve similar flow conditions in the flow channel over the largest possible circumferential section around the flow path, the flow resistance arrangement is preferably designed mirror-symmetrically with respect to a mirror symmetry plane containing the flow path.
Da aus den genannten Gründen der vom Festlegeabschnitt freie Umfangsabschnitt in Umfangsrichtung so groß wie möglich sein soll, ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Festlegeabschnitt den Strömungskanal in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn um nicht mehr als 180°, vorzugsweise um nicht mehr als 100° umgibt.Since, for these reasons, the circumferential portion free of the fixing portion should be as large as possible, it is provided according to a preferred embodiment of the present invention, that the fixing section the flow channel in the circumferential direction around the flow path by not more than 180 °, preferably not more than 100 ° surrounds.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Anmeldung seien nachfolgend einige in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriffe definiert: For a better understanding of the present application, some terms used in the present application are defined below:
Die Strömungsbahn kann eine gekrümmte Strömungsbahn sein. Bevorzugt ist sie eine geradlinige Strömungsachse. Sie bildet eine Mittellinie des von der Kanalaußenwandung umschlossenen Raumvolumens. Die Strömungsbahn definiert zunächst eine axiale Richtung und ausgehend von dieser eine zur axialen Richtung orthogonale radiale Richtung sowie eine Umfangsrichtung um die Strömungsbahn. Die Strömungsbahn ist somit Grundlage eines körpereigenen Zylinderkoordinatensystems des Durchflusssensors bzw. des Strömungskanals. Im weniger wahrscheinlichen Falle einer gekrümmten Strömungsbahn definiert die Tangente an die gekrümmte Strömungsbahn an einem vorbestimmten Ort eine axiale Richtung an diesem Ort.The flow path may be a curved flow path. It is preferably a straight-line flow axis. It forms a center line of the volume enclosed by the channel outer wall. The flow path initially defines an axial direction and, based thereon, a radial direction orthogonal to the axial direction and a circumferential direction about the flow path. The flow path is thus the basis of an endogenous cylindrical coordinate system of the flow sensor or of the flow channel. In the less likely case of a curved flow path, the tangent to the curved flow path at a predetermined location defines an axial direction at that location.
Die Druckerfassungsformationen können Drucksensoren sein - auf jeder Seite der Strömungswiderstandsanordnung wenigstens einer - die den Druck in dem Abschnitt des Strömungskanals, in welchem sie angeordnet sind, erfassen. Da der Durchflusssensor bevorzugt ein Einweg- bzw. Wegwerfsensor ist, ist am Sensorgehäuse selbst bevorzugt keine Messvorrichtung vorgesehen. Die Druckerfassungsformationen sind daher bevorzugt Erfassungskanäle - wiederum auf jeder Seite der Strömungswiderstandsanordnung wenigstens einer, vorzugsweise genau einer - welche jeweils in einen Abschnitt des Strömungskanals münden. Durch diese Erfassungskanäle kann der am Ort ihrer Einmündung in den Strömungskanal herrschende Fluiddruck längs des Erfassungskanals übertragen und am anderen Ende des Erfassungskanals, fern des Orts der Einmündung, durch je wenigstens einen Drucksensor erfasst werden.The pressure sensing formations may be pressure sensors - on each side of the flow resistance arrangement of at least one - which sense the pressure in the portion of the flow channel in which they are located. Since the flow sensor is preferably a disposable or disposable sensor, preferably no measuring device is provided on the sensor housing itself. The pressure detection formations are therefore preferably detection channels - again on each side of the flow resistance arrangement of at least one, preferably exactly one - which respectively open into a portion of the flow channel. Through these detection channels of the prevailing at the location of their confluence in the flow channel fluid pressure can be transmitted along the detection channel and detected at the other end of the detection channel, far from the location of the junction, each by at least one pressure sensor.
Die Gestaltveränderlichkeit der Strömungswiderstandsanordnung dient dazu, mit der Strömungswiderstandsanordnung eine Durchgangsöffnung mit veränderlichem Strömungsquerschnitt bereitzustellen. Diese Durchgangsöffnung ist bei fehlender Fluidströmung durch die Klappen weitestgehend verschlossen und ihre durchströmbare Querschnittsfläche somit minimal. Mit mengenmäßig zunehmender Fluidströmung wird die durchströmbare Querschnittsfläche durch zunehmende Auslenkung der Klappen größer. Die Auslenkstellung ist daher keine definierte Stellung, sondern hängt von der pro Zeiteinheit durch die Durchgangsöffnung hindurchströmende Fluidmenge ab.The shape variability of the flow resistance arrangement serves to provide a passage opening with a variable flow cross section with the flow resistance arrangement. This passage opening is largely closed in the absence of fluid flow through the flaps and thus their durchströmbare cross-sectional area is minimal. As the flow of fluid increases in volume, the cross-sectional area which can flow through becomes larger as a result of increasing deflection of the flaps. The deflection position is therefore not a defined position, but depends on the amount of fluid flowing through the passage opening per unit of time.
Zwar kann der Strömungskanal des Durchflusssensors der vorliegenden Erfindung eine beliebige Querschnittsgestalt aufweisen und diese auch längs der Strömungsbahn ändern. Zur Erzielung einer möglichst laminaren Strömung im Durchflusssensor weist wenigstens die von den Klappen verschließbare Durchgangsöffnung in der Strömungswiderstandsanordnung einen kreisförmigen Querschnitt auf und weist der Strömungskanal in den axial unmittelbar an die Strömungswiderstandsanordnung axial angrenzenden Bereichen einen kreisförmigen Strömungsquerschnitt auf. Die kreisförmige Gestalt des Strömungsquerschnitts kann durch die Druckerfassungsformationen lokal gestört sein. Dies soll gemäß der vorliegenden Anmeldung jedoch vernachlässigbar sein, da sich der einer jeden Druckerfassungsformationen zugeordnete Erfassungs-Umfangsabschnitt vorzugsweise in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn um nicht mehr als 35° erstreckt.Although the flow channel of the flow sensor of the present invention may have any cross-sectional shape and also change along the flow path. To achieve a laminar flow in the flow sensor which is as laminar as possible, at least the passage opening closable by the flaps in the flow resistance arrangement has a circular cross section and the flow channel has a circular flow cross section in the regions axially axially adjacent to the flow resistance arrangement. The circular shape of the flow cross-section may be locally disturbed by the pressure detection formations. However, this should be negligible according to the present application, since the detection peripheral portion associated with each pressure sensing formation preferably does not extend circumferentially about the flow path by more than 35 °.
Ebenso kann im Erstreckungsbereich des Ankopplungsabschnitts die Gestalt der Durchgangsöffnung der Strömungswiderstandsanordnung undefiniert sein, da im Ankopplungsabschnitt eine dauerhafte körperliche Verbindung der beweglichen Klappen zu dem Festlegeabschnitt besteht. Dennoch ist die Gestalt der Durchgangsöffnung außerhalb des Ankopplungsabschnitts bevorzugt kreisringförmig bzw. teilkreisringförm ig.Likewise, in the extension region of the coupling section, the shape of the passage opening of the flow resistance arrangement may be undefined since there is a permanent physical connection of the movable flaps to the fastening section in the coupling section. Nevertheless, the shape of the through hole outside the coupling portion is preferably circular or teilkreisringförm ig.
Um eine möglichst große Bewegungsfreiheit für alle beweglich an der Strömungswiderstandsanordnung angeordneten Klappen bereitstellen zu können, sind bevorzugt alle Ankopplungsstellen der Klappen am Festlegeabschnitt in einem zusammenhängenden Winkelsektor um die Strömungsbahn gelegen, dessen winkelmäßige Ausdehnung nicht mehr als 60°, vorzugsweise nicht mehr als 50°, besonders bevorzugt nicht mehr 45° beträgt. Je kleiner dieser oben auch als „Ankopplungsabschnitt“ bezeichnete in Umfangsrichtung zusammenhängende Winkelsektor ist, desto vorteilhafter kann die Relativbeweglichkeit der Klappen zueinander sowie der Klappen relativ zum Festlegeabschnitt bereitgestellt werden. Dies betrifft sowohl die möglichen bereitstellbaren Bewegungsfreiheitsgrade der einzelnen Klappen als auch die zu ihrer Bewegung bzw. Auslenkung aus der Ruhestellung benötigten Kräfte, die mit kleiner werdendem Ankopplungsabschnitt verringert werden können.In order to be able to provide the greatest possible freedom of movement for all flaps movably arranged on the flow resistance arrangement, all attachment points of the flaps on the fixing section are preferably located in a contiguous angle sector around the flow path whose angular extent is not more than 60 °, preferably not more than 50 °, particularly preferably not more than 45 °. The smaller this angle sector, which is also referred to as the "coupling section" above, is the more advantageous the angular sector can be Relative mobility of the flaps to each other and the flaps are provided relative to the fixing portion. This applies to both the possible available degrees of freedom of movement of the individual flaps as well as the forces required for their movement or deflection from the rest position, which forces can be reduced as the coupling section becomes smaller.
Ein mit der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung von einer Mehrzahl von Klappen erzielbarer Vorteil liegt darin, dass jede Klappe derart ausgebildet werden kann, dass sich ein in der Ruhestellung der Kanalaußenwandung gegenüberliegender Randabschnitt einer jeweiligen Klappe bei Anströmung nicht nur axial längs der Strömungsbahn bewegt, sondern auch einen erheblichen radialen Bewegungsanteil in Richtung zur Strömungsbahn hin aufweist. Zwar soll nicht ausgeschlossen sein, dass sich der Klappenrandabschnitt beim Übergang zwischen Ruhestellung und Auslenkstellung der betroffenen Klappe auch in Umfangsrichtung verlagert; jedoch ändern sich beim Übergang von der Ruhestellung in die Auslenkstellung bevorzugt die axiale und die radiale Koordinate des Klappenrandabschnitts stärker, vorzugsweise die axiale Koordinate um den Faktor 4 oder mehr und die radiale Koordinate um den Faktor 2 oder mehr, als die Umfangskoordinate des Klappenrandabschnitts. Dies gilt bevorzugt für jede aus der Mehrzahl von Klappen. Dies gilt bevorzugt auch für den gesamten Klappenrand einer jeden Klappe, wobei die Umfangsmitte des Klappenrands, genauso wie des Klappenrandabschnitts, Bezugspunkt für die Bestimmung der Koordinatenänderung des Klappenrands bzw. des Klappenrandabschnitts bei der Verlagerung der Klappe von der Ruhestellung in die Auslenkstellung sein soll.An advantage obtainable with the present invention through the use of a plurality of flaps lies in the fact that each flap can be designed such that an edge section of a respective flap, which is opposite in the rest position of the channel outer wall, moves not only axially along the flow path but also along the flow path Also has a significant radial motion component in the direction of the flow path out. Although it should not be ruled out that the flap edge portion also moves in the circumferential direction during the transition between the rest position and the deflection position of the affected flap; however, in the transition from the rest position to the deflecting position, the axial and radial coordinates of the flap edge portion preferably change more, preferably the axial coordinate by a factor of 4 or more, and the radial coordinate by a factor of 2 or more, as the peripheral coordinate of the flap edge portion. This is preferably true for each of the plurality of flaps. This preferably also applies to the entire flap edge of each flap, wherein the circumferential center of the flap edge, as well as the flap edge portion, reference point for determining the coordinate change of the flap edge or the flap edge portion in the displacement of the flap from the rest position to the deflection position.
Ein derart vorteilhafter Bewegungsfreiheitsgrad der gestaltveränderlichen Strömungswiderstandsanordnung kann dadurch erreicht werden, dass wenigstens eine Klappe, bevorzugt dass alle Klappen, in ihrem Erstreckungsbereich im Strömungskanal unterteilt ist bzw. sind in einen Hauptanströmbereich mit - bei Betrachtung des nicht-durchströmten Durchflusssensors mit den Klappen in der Ruhestellung als einem Bezugszustand - größerer Anströmfläche und in einen mit dem Hauptanströmbereich verbundenen Nebenanströmbereich mit kleinerer Anströmfläche. Der Hauptanströmbereich ist zur Erzielung einer möglichst uneingeschränkten Beweglichkeit nur mittelbar über den Nebenanströmbereich mit dem Festlegeabschnitt verbunden. Der flächengrößere Hauptanströmbereich erfährt bei Anströmung längs der Strömungsbahn aufgrund seiner größeren Anströmfläche eine größere auslenkende Kraft als der Nebenanströmbereich. Dieser wird zwar auch angeströmt und erfährt somit eine auslenkende Kraft. Der Nebenanströmbereich dient jedoch im Wesentlichen der Verbindung des Hauptanströmbereichs mit dem Festlegebereich. Aufgrund der kleineren Fläche des Nebenanströmbereichs kann dieser so ausgestaltet sein, dass der Hauptanströmbereich durch Verformung des Nebenanströmbereichs bei Krafteinwirkung durch Anströmung längs der Strömungsbahn eine Auslenkbewegung in einer gewünschten Auslenkrichtung ausführt.Such an advantageous degree of freedom of movement of the shape-changing flow resistance arrangement can be achieved in that at least one flap, preferably that all flaps, in its extension region in the flow channel is divided or in a Hauptanströmbereich with - considering the non-flow-through flow sensor with the flaps in the rest position as a reference state - larger inflow area and in a Nebenanströmbereich associated with the Hauptanströmbereich with smaller inflow area. The Hauptanströmbereich is connected to achieve a fullest possible mobility only indirectly via the Nebenanströmbereich with the fixing section. The area-larger Hauptanströmbereich experiences when flowing along the flow path due to its larger inflow area a greater deflecting force than the Nebenanströmbereich. Although this is also flown and thus experiences a deflecting force. However, the Nebenanströmbereich essentially serves the connection of Hauptanströmbereichs with the fixed area. Due to the smaller area of the Nebenanströmbereichs this can be designed so that the Hauptanströmbereich performs by deformation of the Nebenanströmbereichs upon application of force by flow along the flow path a deflection movement in a desired deflection direction.
Um in der Ruhestellung eine durch die Klappen möglichst vollständig verschlossene Durchgangsöffnung der Strömungswiderstandsanordnung bereitstellen zu können, ist die Unterteilung einer Klappe in Haupt- und Nebenanströmbereich bevorzugt durch Schlitzung realisiert. Die Schlitzung weist bevorzugt einen Schlitz auf, welcher sich von einem der Kanalaußenwandung gegenüberliegenden Klappenrandabschnitt nach radial innen ins Klappeninnere erstreckt. Der Schlitz kann geradlinig oder/und gekrümmt oder/und ein- oder mehrfach abgewinkelt sein.In order to be able to provide a passage opening of the flow resistance arrangement that is closed as completely as possible by the flaps in the rest position, the subdivision of a flap into the main and secondary inflow regions is preferably realized by slitting. The slot preferably has a slot which extends from one of the channel outer wall opposite flap edge portion radially inward into the valve interior. The slot may be rectilinear or / and curved and / or be angled one or more times.
Bevorzugt sind der Hauptanströmbereich und der Nebenanströmbereich einstückig zusammenhängend ausgebildet. Ebenso sind bevorzugt der Nebenanströmbereich und der Festlegebereich einstückig zusammenhängend ausgebildet.Preferably, the main inflow region and the secondary inflow region are integrally formed in one piece. Likewise, the Nebenanströmbereich and the fixed area are preferably integrally formed contiguous.
Um ein vorteilhaftes Verhältnis der Gesamtflächen von Haupt- und Nebenanströmbereichen zueinander zu erhalten, weist die Strömungswiderstandsanordnung vorzugsweise zwei oder drei Klappen auf. Dabei sind unabhängig davon, ob zwei oder drei Klappen vorgesehen sind, stets zwei Klappen asymmetrische Klappen. Diese sind zwar bevorzugt zueinander spiegelsymmetrisch, aber jede für sich genommen ist asymmetrisch.In order to obtain an advantageous ratio of the total areas of main and Nebenanströmbereichen to each other, the flow resistance arrangement preferably has two or three flaps. Regardless of whether two or three flaps are provided, always two flaps asymmetrical flaps. Although these are preferably mirror-symmetrical to each other, but taken separately is asymmetrical.
Zwischen dem Festlegebereich und dem Nebenanströmbereich einer Klappe, vorzugsweise aller Klappen, kann ein Gelenkbereich vorgesehen sein. Auch der Gelenkbereich ist vorzugsweise einstückig sowohl mit dem Festlegebereich als auch mit dem sich an ihn anschließenden Nebenanströmbereich ausgebildet.Between the fixing area and the Nebenanströmbereich a flap, preferably all flaps, a joint area may be provided. Also, the hinge region is preferably formed integrally with both the fixed area and with the adjoining him Nebenanströmbereich.
Eine besonders bevorzugte Kinematik des Hauptanströmbereichs bei der Verstellung der Klappe von der Ruhestellung in die Auslenkstellung wird durch Verformung des Nebenanströmbereichs erhalten. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn wenigstens eine Klappe, vorzugsweise wenn alle Klappen, der Strömungswiderstandsanordnung bei der Verlagerung von der Ruhestellung in die Auslenkstellung um zwei zueinander orthogonale Schwenkachsen verschwenkbar ist bzw. sind. Dies kann konstruktiv dadurch erreicht werden, dass wenigstens ein Abschnitt des Nebenanströmbereichs als ein sich längs einer Steglängsrichtung erstreckender Stegabschnitt ausgebildet ist, in welchem ein Stegquerschnitt in einer zur Steglängsrichtung orthogonalen Schnittebene ein Breite-zu-Tiefe-Verhältnis von zwischen 2 und 10, vorzugsweise von zwischen 2,5 und 8, besonders bevorzugt von zwischen 2,9 und 3,1 aufweist. Wiederum gilt eine Betrachtung in der Ruhestellung als der Bezugsstellung. Durch die genannten Abmessungsverhältnisse kann der Hauptanströmbereich bei Anströmung durch Biegung des Stegabschnitts um eine zur lokalen Steglängsrichtung orthogonale Biegeachse um eine erste Schwenkachse verschwenkt werden und kann durch Torsion des Stegabschnitts um eine zur lokalen Steglängsrichtung parallele Torsionsachse um eine zweite, zur ersten orthogonale Schwenkachse verschwenkt werden. Dadurch wird die oben beschriebene bevorzugte Klappenkinematik erreicht, wonach der der Kanalaußenwandung gegenüberliegende Klappenrand des Hauptanströmbereichs und damit der Klappe, vorzugsweise jeder Klappe, bei der Verlagerung von der Ruhestellung in die Auslenkstellung seine axiale und seine radiale Koordinate wesentlich stärker ändert als seine Umfangskoordinate.A particularly preferred kinematics of the Hauptanströmbereichs in the adjustment of the flap from the rest position to the deflection position is obtained by deformation of the Nebenanströmbereichs. It is particularly preferred if at least one flap, preferably when all the flaps, the flow resistance arrangement in the displacement of the rest position in the deflection position about two mutually orthogonal pivot axes is pivotable or are. This can be achieved structurally in that at least a portion of the Nebenanströmbereichs is formed as a longitudinally along a web direction extending web portion in which a web cross-section in a direction orthogonal to the web longitudinal direction Cutting plane has a width-to-depth ratio of between 2 and 10, preferably between 2.5 and 8, particularly preferably between 2.9 and 3.1. Again, a consideration in the rest position applies as the reference position. As a result of the abovementioned dimensional relationships, the main inflow region can be pivoted about a first pivot axis about a bending axis orthogonal to the local longitudinal direction of the web by flow of the web section and can be pivoted about a second, to the first orthogonal pivot axis by torsion of the web section about a torsion axis parallel to the local web longitudinal direction. Thereby, the above-described preferred flap kinematics is achieved, according to which the channel outer wall opposite flap edge of Hauptanströmbereichs and thus the flap, preferably each flap, in the displacement of the rest position in the deflection position its axial and its radial coordinate changes much more than its peripheral coordinate.
Um zu verhindern, dass der Stegabschnitt, bei vorgegebener Anströmung wesentlich stärker durch Biegung als durch Torsion verformt wird, ist der Stegabschnitt, längs welchem das angegebene Breite-zu-Tiefe-Verhältnis gilt, bevorzugt länger als breit. Zur Erzielung einer gezielten Verformungscharakteristik unter der Last einer Anströmung kann der Stegabschnitt sich längs seiner Längserstreckung verjüngend ausgebildet sein. Vorzugsweise verjüngt sich der Stegabschnitt in Richtung vom Festlegeabschnitt weg, so dass der Stegabschnitt als Biege- und Torsionsabschnitt radial näher bei der Strömungsbahn als bei der Kanalaußenwandung gebildet sein kann. In order to prevent the web section, for a given flow, from being deformed much more by bending than by torsion, the web section along which the specified width-to-depth ratio applies is preferably longer than it is wide. To achieve a targeted deformation characteristic under the load of a flow, the web portion may be formed tapering along its longitudinal extent. The web section preferably tapers in the direction away from the fastening section, so that the web section as a bending and torsion section can be formed radially closer to the flow path than to the channel outer wall.
Zusätzlich oder alternativ kann der Stegabschnitt um eine zu seiner lokalen Steglängsrichtung orthogonale Achse abgewinkelt oder/und gekrümmt sein.Additionally or alternatively, the web portion may be angled or / and curved about an axis orthogonal to its local web longitudinal direction.
Aus Symmetriegründen liegen für eine Einsetzbarkeit des Durchflusssensors zur Durchflussmessung in beiden entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen der Festlegeabschnitt und die Mehrzahl von Klappen in der Ruhestellung in einer gemeinsamen Ebene. Diese Ebene ist aus dem gleichen Grund bidirektionaler Einsetzbarkeit bevorzugt orthogonal zur Strömungsbahn am Ort der Anordnung der Ström ungswiderstandsanordnung.For reasons of symmetry are for a usability of the flow sensor for flow measurement in both opposite flow directions of the fixing portion and the plurality of flaps in the rest position in a common plane. This plane is for the same reason bidirectional applicability preferably orthogonal to the flow path at the location of the arrangement of the flow resistance arrangement.
Bevorzugt ist, wie oben bereits im Detail dargelegt, die Strömungswiderstandsanordnung zur erleichterten Herstellbarkeit bei wohldefinierter wiederholbarer Verformbarkeit ein einstückiges Bauelement. Die Strömungswiderstandsanordnung kann grundsätzlich aus einer dünnen Metallfolie gebildet sein, wobei dann wegen der Belastung mit von der Strömung mitgeführter Feuchtigkeit ein nicht-rostendes Metall bevorzugt ist. Geringere Kosten bei gleichzeitig hoher Fertigungsgenauigkeit sind durch eine aus einer Kunststofffolie gebildete Strömungswiderstandsanordnung erzielbar. PET hat sich dabei als besonders geeignetes Kunststofffolienmaterial. Bevorzugt weist die Kunststofffolie eine Dicke von zwischen 20 µm und 100 µm, besonders bevorzugt von zwischen 30 und 75 µm, höchstbevorzugt von zwischen 40 und 60 µm auf. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Kunststofffolie und damit die Strömungswiderstandsanordnung eine Dicke von 50 µm aufweisen. Die Dicke der Strömungswiderstandsanordnung ist vorzugsweise über ihre gesamte Erstreckungsfläche im Wesentlichen konstant.As already explained in detail above, the flow resistance arrangement is preferably a one-piece component for facilitated producibility with a well-defined repeatable deformability. The flow resistance arrangement may in principle be formed of a thin metal foil, in which case a non-rusting metal is preferred because of the load with moisture entrained by the flow. Lower costs with high manufacturing accuracy can be achieved by a flow resistance arrangement formed from a plastic film. PET has proved to be a particularly suitable plastic film material. Preferably, the plastic film has a thickness of between 20 microns and 100 microns, more preferably between 30 and 75 microns, most preferably between 40 and 60 microns. According to a particularly preferred embodiment, the plastic film and thus the flow resistance arrangement may have a thickness of 50 microns. The thickness of the flow resistance arrangement is preferably substantially constant over its entire area of extent.
Die Dicke der Kunststofffolie bildet die oben genannte Tiefenabmessung der Strömungswiderstandsanordnung. Für eine die vorstehend beschriebene Kunststofffolie mit bevorzugt 50 µm Dicke liegt die Breite des oben genannten Stegabschnitts in einem Bereich zwischen 0,15 mm und 0,3 mm. Die Länge des Stegabschnitts beträgt dann bevorzugt mehr als 1 mm, weiter bevorzugt sogar mehr als 2 mm, um die oben beschriebene Torsion des Stegabschnitts um seine Steglängsrichtung zu erreichen. The thickness of the plastic film forms the above-mentioned depth dimension of the flow resistance arrangement. For a plastic film described above, preferably having a thickness of 50 μm, the width of the above-mentioned web section is in a range between 0.15 mm and 0.3 mm. The length of the web section is then preferably more than 1 mm, more preferably even more than 2 mm, in order to achieve the above-described torsion of the web section about its web longitudinal direction.
Zur weiteren Verhinderung von Feuchtigkeitsniederschlag an der von strömendem Fluid benetzten Kanalaußenwandung kann die Kanalaußenwandung wenigstens über einen Axialabschnitt des Strömungskanals an einem Innenrohr ausgebildet sein, welches radial außen, unter Zwischenanordnung eines Abstandsspalts, von einem Außenrohr umgeben ist. Das Innenrohr ist somit von der Außenumgebung abgeschirmt und kann sich schneller auf die Temperatur des im Strömungskanal strömenden Fluids erwärmen.To further prevent moisture precipitation on the wetted by flowing fluid channel outer wall, the channel outer wall may be formed at least over an axial portion of the flow channel on an inner tube which is radially outwardly, with the interposition of a clearance gap, surrounded by an outer tube. The inner tube is thus shielded from the outside environment and can heat up faster to the temperature of the fluid flowing in the flow channel.
Das bevorzugt im Spritzgussverfahren hergestellte Sensorgehäuse kann aus einem beliebigen thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein, bevorzugt jedoch aus einem besonders für medizinische Anwendungen geeigneten MAPS-Blend, umfassend Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol, oder aus Polysulfon.The sensor housing preferably produced by injection molding can be made of any desired thermoplastic material, but preferably of a MAPS blend particularly suitable for medical applications, comprising methyl methacrylate, acrylonitrile, butadiene and styrene, or polysulfone.
Zur besonders einfachen Festlegung der Strömungswiderstandsanordnung am Sensorgehäuse kann das Sensorgehäuse wenigstens zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein Gehäusebauteil eine Ausnehmung aufweist, in welche der Festlegeabschnitt axial einführbar ist, und wobei ein weiteres Gehäusebauteil eine Stempelformation aufweist, welche im fertig montierten Zustand des Durchflusssensors an dem Festlegeabschnitt axial anliegt und diesen dadurch axial fixiert. Eine Einfassung der Ausnehmung ist bevorzugt wenigstens abschnittsweise komplementär zur Umfangsgestalt des Festlegeabschnitts ausgebildet, so dass die Strömungswiderstandsanordnung durch bloße Anordnung des Festlegeabschnitts in der Ausnehmung für ihren weiteren Betrieb korrekt positioniert ist.For particularly simple determination of the flow resistance arrangement on the sensor housing, the sensor housing may be formed at least in two parts, wherein a housing member has a recess into which the fixing portion is axially inserted, and wherein a further housing member has a stamp formation, which in the assembled state of the flow sensor to the fixing portion axially abuts and thereby axially fixed. An enclosure of the recess is preferably formed at least partially complementary to the peripheral shape of the Festlegeabschnitts, so that the flow resistance arrangement by mere arrangement of the Fixing portion is positioned correctly in the recess for their further operation.
Bei wenigstens zweiteiliger Ausbildung des Sensorgehäuses kann bei entsprechender Ausgestaltung der Fügebereiche von zwei axial unmittelbar benachbarten Gehäusebauteilen, welche zwischen sich den Festlegeabschnitt halten, eine unerwünschte Fuge im Bereich der Ruhestellung eines Klappenrands einer der Klappen vorteilhaft vermieden werden. Denn derartige Fugen zwischen zwei Gehäusebauteilen fördern durch Kapillarwirkung die Ansammlung von Flüssigkeit. Daher ist es bevorzugt, wenn ein Festlege-Fügeabschnitt größter axialer Annäherung der beiden Gehäusebauteile im Bereich des Festlegeabschnitts axial mit Abstand von einem Kanal-Fügeabschnitt größter axialer Annäherung der beiden Gehäusebauteile im Bereich wenigstens eines auslenkbaren Klappenrandes gelegen ist. So kann der Kanal-Fügeabschnitt, welcher dem Festlege-Fügeabschnitt bevorzugt diametral gegenüberliegt, mit axialem Abstand von Klappenrändern der Klappen - bei Betrachtung der Ruhestellung als der Bezugsstellung - angeordnet sein, während der Festlege-Fügeabschnitt unmittelbar am Festlegeabschnitt und damit axial unmittelbar an der Strömungswiderstandsanordnung gelegen sein kann. Da sich der Festlege-Fügeabschnitt bei bestimmungsgemäßer Orientierung des Durchflusssensors im Betrieb in Schwerkraftwirkungsrichtung über dem Kanal-Fügeabschnitt befindet, und sich bevorzugt an einem höchsten Abschnitt des Strömungskanals befindet, ist der Festlege-Fügeabschnitt für die Ansammlung von Flüssigkeit in der Nähe der Strömungswiderstandsanordnung unproblematisch.With at least two-part design of the sensor housing, an undesired joint in the region of the rest position of a flap edge of one of the flaps can be advantageously avoided with a corresponding configuration of the joining regions of two axially immediately adjacent housing components. For such joints between two housing components promote the accumulation of liquid by capillary action. Therefore, it is preferred if a fixing-joining section of greatest axial approximation of the two housing components in the region of the fixing portion axially spaced from a channel-joining portion greatest axial approximation of the two housing components in the region of at least one deflectable flap edge. Thus, the channel-joining portion, which is the diametrically opposite the fixing-joint section, with axial distance from the flap edges of the flaps - when viewing the rest position as the reference position - be arranged during the fixing-Fügeabschnitt directly on the fixing portion and thus axially directly to the flow resistance arrangement can be located. Since the fixing-joining portion is located in the direction of gravity in the direction of normal orientation of the flow sensor over the channel-joining portion, and is preferably located at a highest portion of the flow channel, the fixing section for the accumulation of liquid in the vicinity of the flow resistance arrangement is unproblematic.
Der vorliegend beschriebene Durchflusssensor hat aufgrund der beschriebenen Klappenbeweglichkeit die vorteilhafte Eigenschaft, dass er ausgehend von der im vorstehenden Absatz beschriebenen Soll-Orientierung im Betrieb mit horizontal orientierter Strömungsbahn und mit dem Festlege-Fügeabschnitt oder/und den Druckerfassungsformationen am geodätisch höchsten Abschnitt des Strömungskanals um etwa 90° in beiden entgegengesetzten Drehrichtungen um die Strömungsbahn gedreht eingesetzt werden kann, ohne an Messgenauigkeit einzubüßen. Dies liegt an den oben beschriebenen, um zwei zueinander orthogonale Schwenkachsen schwenkbaren Klappen.The flow sensor described herein has due to the described flap mobility the advantageous property that it starting from the desired orientation described in the paragraph above with horizontally oriented flow path and with the fixing section or / and Druckfassungsformationen geodetically highest portion of the flow channel by about 90 ° can be used rotated in both opposite directions of rotation around the flow path, without sacrificing accuracy. This is due to the above-described, about two mutually orthogonal pivot axes pivotable flaps.
Zahlreiche Durchflusssensoren des Standes der Technik reagieren hinsichtlich ihrer Messgenauigkeit sehr sensibel auf ihre Verdrehung um die Strömungsbahn aus ihrer oben genannten Soll-Orientierung. Gerade in der Pflege künstlich beatmeter Patienten kommt es jedoch zwangsweise immer wieder zu einer Abweichung der tatsächlichen Orientierung des Durchflusssensors von seiner Soll-Orientierung. Der vorliegend vorgestellte Durchflusssensor liefert auch dann, wenn sich die tatsächliche Orientierung des Durchflusssensors von der Soll-Orientierung in erheblichen Umfang unterscheidet, zuverlässige Messergebnisse und verhindert so eine Auslösung von Alarmen an Beatmungsvorrichtungen. Pflegepersonal, welches einen künstlich beatmeten Patienten gerade bewegt und somit eine Umorientierung auch des Durchflusssensors des Patienten begründet, kann sich so seiner eigentlichen Aufgabe widmen, ohne hiervon durch unnötige Alarme einer angeschlossenen Beatmungsvorrichtung abgelenkt oder/und unterbrochen zu werden.Numerous flow sensors of the prior art react very sensitively with regard to their accuracy of measurement to their rotation about the flow path from their aforementioned desired orientation. Especially in the care of artificially ventilated patients, however, it inevitably always comes back to a deviation of the actual orientation of the flow sensor from its desired orientation. Even if the actual orientation of the flow sensor differs significantly from the desired orientation, the flow sensor presented here provides reliable measurement results and thus prevents triggering of alarms on ventilation devices. Nursing staff, which is currently moving an artificially ventilated patient and thus justifying a reorientation of the patient's flow sensor, can thus devote himself to his actual task, without being distracted or interrupted by unnecessary alarms from a connected ventilator.
Der vorliegende Differenzdruck-Durchflusssensor ist bevorzugt zur Verwendung in Beatmungsvorrichtungen zur künstlichen Beatmung von Lebewesen ausgebildet. Das Sensorgehäuse weist daher bevorzugt an seinen beiden Längsenden Verbindungsformationen zur Verbindung mit Beatmungsgas führenden Strömungsleitungen auf, wie etwa Schlauch- oder/und Rohrleitungen. Der Durchflusssensor dient bevorzugt zur Ermittlung der einem Patienten pro Zeiteinheit oder pro Atemhub zugeführten inspiratorischen oder/und der von diesem pro Zeiteinheit oder pro Atemhub abgeführten exspiratorischen Atemgasmenge.The present differential pressure flow sensor is preferably designed for use in artificial respiration ventilators of living beings. Therefore, the sensor housing preferably has at its two longitudinal ends connecting formations for connection to ventilation gas-carrying flow lines, such as hose and / or piping. The flow sensor is preferably used to determine the inspiratory and / or inspiratory flow rate supplied to a patient per unit of time or per breath, and / or the amount of expired breathing gas withdrawn by it per unit of time or per breath.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Beatmungsvorrichtung zur künstlichen Beatmung eines Patienten mit
- - einer Beatmungsgasquelle,
- - einer zwischen der Beatmungsgasquelle und einem patientenseitigen, proximalen Ende verlaufenden Beatmungsleitungsanordnung,
- - einer Ventilanordnung, umfassend ein Inspirationsventil und ein Exspirationsventil,
- - einer Durchflusssensoranordnung zur quantitativen Erfassung eines Gasflusses in der Beatmungsleitungsanordnung, umfassend wenigstens einen Durchflusssensor,
- - eine Drucksensoranordnung zur quantitativen Erfassung eines Gasdrucks von in der Beatmungsleitungsanordnung strömendem Gas,
- - einer Druckveränderungsanordnung zur Veränderung des Gasdrucks des in der Beatmungsleitungsanordnung strömenden Gases, und mit
- - einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Betrieb der Druckveränderungsanordnung auf Grundlage von Messsignalen der Durchflusssensoranordnung zu steuern,
- a respiratory gas source,
- a ventilation duct arrangement extending between the respiratory gas source and a patient-side, proximal end,
- a valve assembly comprising an inspiratory valve and an expiratory valve,
- a flow sensor arrangement for the quantitative detection of a gas flow in the ventilation line arrangement, comprising at least one flow sensor,
- a pressure sensor arrangement for the quantitative detection of a gas pressure of gas flowing in the ventilation line arrangement,
- - A pressure change arrangement for changing the gas pressure of the flowing gas in the ventilation line assembly, and with
- a control device which is designed to control the operation of the pressure variation arrangement on the basis of measurement signals of the flow sensor arrangement,
Üblicherweise weisen derartige Beatmungsvorrichtungen mehr als einen Durchflusssensor auf, nämlich einen distalen, patientenferneren Durchflusssensor und einen proximalen, patientennäheren Sensor. Wenigstens der proximale Durchflusssensor ist wie vorstehend beschrieben ausgebildet.Typically, such ventilators have more than one flow sensor, namely a distal, patient-remote flow sensor and a proximal, patient-closer sensor. At least the proximal flow sensor is formed as described above.
Weist das Sensorgehäuse ein den Strömungskanal definierendes Innenrohr und ein das Innenrohr nach radial außen abschirmendes Außenrohr auf, sind diese bevorzugt auf der im Beatmungsbetrieb dem Patienten zugewandten Seite des Sensorgehäuses ausgebildet, da das exspiratorische Beatmungsgas üblicherweise eine höhere Temperatur aufweist als das inspiratorische. Das Innenrohr beginnt bevorzugt an dem im Beatmungsbetrieb dem Patienten zugewandten Längsende des Sensorgehäuses, so dass exspiratorisches Beatmungsgas unmittelbar bei Eintritt in das Sensorgehäuse durch das Außenrohr von der Außenumgebung abgeschirmt den Strömungskanal durchströmt.If the sensor housing has an inner tube defining the flow channel and an outer tube radially shielding the inner tube, they are preferably formed on the side of the sensor housing facing the patient in the ventilation mode since the expiratory breathing gas usually has a higher temperature than the inspiratory one. The inner tube preferably begins at the longitudinal end of the sensor housing facing the patient in the ventilation mode, so that expiratory breathing gas flows through the flow channel when it enters the sensor housing through the outer tube, shielded from the outside environment.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
-
1 eine Beatmungsvorrichtung mit einem Durchflusssensor der vorliegenden Erfindung, -
2 eine perspektivische Ansicht eines Durchflusssensors der vorliegenden Erfindung, -
3 eine Längsschnittansicht durch den Durchflusssensor von2 längs einer Schnittebene, die die Strömungsbahn und Mittelachsen von Druckerfassungskanälen des Durchflusssensors enthält, -
4 eine perspektivische Längsschnittansicht durch den Durchflusssensor von2 , geschnitten längs der Schnittebene von3 , -
5 eine perspektivische Längsschnittansicht durch das Gehäusebauteil des Sensorgehäuses von2 , das den zweiten Axialabschnitt aufweist, geschnitten längs der Schnittebene von3 , und -
6 Draufsichten auf eine beispielhafte Strömungswiderstandsanordnung mit zwei Klappen (Teilfigur A) und mit drei Klappen (Teilfigur B).
-
1 a ventilator with a flow sensor of the present invention, -
2 a perspective view of a flow sensor of the present invention, -
3 a longitudinal sectional view through the flow sensor of2 along a sectional plane containing the flow path and center axes of pressure sensing channels of the flow sensor, -
4 a perspective longitudinal sectional view through the flow sensor of2 , cut along the cutting plane of3 . -
5 a perspective longitudinal sectional view through the housing member of the sensor housing of2 having the second axial section, cut along the cutting plane of3 , and -
6 Top views of an exemplary flow resistance arrangement with two flaps (part A) and three flaps (part B).
In
Die Beatmungsvorrichtung
Die Druckveränderungsanordnung
Die Steuereinrichtung
Zur Eingabe von Daten in die Beatmungsvorrichtung
Zur Ausgabe von Daten an den behandelnden Therapeuten kann die Beatmungsvorrichtung
Zur künstlichen Beatmung ist der Patient
Die Beatmungsleitungsanordnung
Die Beatmungsleitungsanordnung
Der Inspirationsschlauch
Die Steuereinrichtung
Einer dieser Sensoren ist ein proximaler Durchflusssensor
Im Gehäuse
Aufgrund des Ortes seiner Anbringung in dem Y-Verbindungsstück
Die korrekte Funktion der Durchflusssensoren
Es hat sich im Betrieb gezeigt, dass gerade der proximale Durchflusssensor
In
Der in
Die beiden Gehäusebauteile
Jedes Gehäusebauteil
Die Anschlussstutzen
Die
In dem Gehäusebauteil
Die den Strömungskanal
Der ringförmige Abstandsspalt
Die Kanalaußenwandung
Bevor die Ausgestaltung des Strömungskanals
Bei Durchströmung des Strömungskanals
Die Strömungswiderstandsanordnung
Die Strömungswiderstandsanordnung
Jener zuvor genannte Bereich, in welchem die Kanalaußenwandung im Rohr
Der Belegkörper
Der Belegkörper
An seinem der Strömungswiderstandsanordnung
Die Stege
Der Belegkörper
Wie in
Ein Niederschlag von Flüssigkeit an der Strömungswiderstandsanordnung
Im Gegensatz zu zahlreichen Durchflusssensoren
Somit besteht das grundsätzliche Risiko, dass der der Kanalaußenwandung
Der Außen-Transienz-Axialbereich
Als weitere Maßnahme zur Reduzierung des Einflusses von sich etwaig im Strömungskanal
Die Abführnuten
Strichliniert ist in
Wegen der axial durchgehenden Ausbildung der Abführnuten
Diese Abführnuten
Zwar ist bei Ausbleiben von sich ansammelnder Flüssigkeit im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung
Erstens zeigt die Erfahrung, dass in einer überwiegenden Mehrheit von Beatmungsfällen sich Feuchtigkeit an der Kanalaußenwand
Zweitens wird dann, wenn sich Flüssigkeit im Strömungskanal ansammelt, der schädliche Einfluss der Flüssigkeit auf die Funktion des Klappenabschnitts
Diese Zwischenformationen
Die Firstlinie
Grundsätzlich verlaufen die Nuten im ersten und im zweiten Axialbereich
Es können alle Axialnuten
In
Der Festlegeabschnitt
Der Strömungskanal
In den
In
Sowohl der Festlegeabschnitt
Aufgrund der Spiegelsymmetrie zwischen den beiden Klappen
Die Klappe
Ausgehend von der in
Wegen seiner Ausgestaltung als stegförmiger Nebenanströmbereich
Der Nebenanströmbereich
Ebenso ist jeder der beiden Schenkel beiderseits der Knickachse
Die Gesamtverformung des Nebenanströmabschnitts
Die Ankopplungsstellen
In
Wiederum sind die beiden randseitigen Klappen
Die zentrale Klappe
Damit wird nicht nur ein über einen weiten Bereich von Durchflussmengen pro Zeiteinheit genauer Durchflusssensor erreicht, sondern sich etwaig im Bereich der Klappenränder
Der Winkelsektor
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass in den
Die bereichsweise Trennung der Hauptanströmabschnitte von den Nebenanströmabschnitten ein und derselben Klappe, ebenso wie eine Trennung der Klappen untereinander, ist durch Schlitzung des Materials der Strömungswiderstandsanordnung bewirkt. Vorzugsweise ist die Schlitzbreite kleiner als die Breite von stegförmig gebildeten Abschnitten der Nebenanströmbereiche.The partial separation of the Hauptanströmabschnitte from the Nebenanströmabschnitten one and the same flap, as well as a separation of the flaps with each other, is effected by slitting the material of the flow resistance arrangement. Preferably, the slot width is smaller than the width of web-formed sections of the Nebenanströmbereiche.
Durch unterschiedliche Ausbildung der sich verjüngenden Abschnitte der Nebenanströmbereiche
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 373886 A1 [0017, 0018]EP 373886 A1 [0017, 0018]
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