DE102018204800A1

DE102018204800A1 - Differenzdruck-Durchflusssensor für Beatmungsvorrichtungen mit verbesserter Entwässerung

Info

Publication number: DE102018204800A1
Application number: DE102018204800.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Murr
Original assignee: Hamilton Medical AG
Current assignee: Hamilton Medical AG
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02
Also published as: WO2019185486A1

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) und- axial beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung (72) angeordnete Druckerfassungsformationen (56a, 58a),wobei der Strömungskanal (52) in einem die Strömungswiderstandsanordnung (72) enthaltenden ersten Axialbereich (74) eine betragsmäßig konstante durchströmbare Querschnittsfläche aufweist, und wobei auf einer Seite der Strömungswiderstandsanordnung (72), mit axialem Abstand von dieser, ein zweiter Axialbereich (76) des Strömungskanals (52) ausgebildet ist, in welchem eine den Strömungskanal (52) nach radial außen begrenzende Kanalaußenwandung (60) eine betragsmäßig größere Fläche umschließt als im ersten Axialbereich (74).Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem zweiten Axialbereich (76) unter Bildung eines Radialspalts (82) mit der Kanalaußenwandung (60) ein Belegkörper (70) angeordnet ist, welcher derart bemessen ist, dass sich die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des zweiten Axialbereichs (76) betragsmäßig um nicht mehr als 10 %, bezogen auf die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs (74), von der von Fluid durchströmbaren Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs (74) unterscheidet.

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.

Dabei weist der Strömungskanal in einem die Strömungswiderstandsanordnung enthaltenden und sich axial zu ihren beiden Seiten erstreckenden ersten Axialbereich eine von einer den Strömungskanal umschließenden Kanalaußenwandung betragsmäßig im Wesentlichen konstante umschlossene Querschnittsfläche auf. Auf einer Seite der Strömungswiderstandsanordnung ist, mit axialem Abstand von dieser, ein zweiter Axialbereich des Strömungskanals ausgebildet, in welchem eine den Strömungskanal nach radial außen begrenzende Kanalaußenwandung eine betragsmäßig größere Querschnittsfläche umschließt als die Kanalaußenwandung im ersten Axialbereich.
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.
Ein gattungsgemäßer Durchflusssensor ist beispielsweise aus der WO 2017/002091 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt Durchflusssensoren, die weniger empfindlich gegen sich im Sensorgehäuse während eines Beatmungsbetriebs unvermeidlich ansammelndes Wasser sein sollen als bezüglich der WO 2017/002091 A1 vorbekannte Durchflusssensoren. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der erste Axialbereich des aus der WO 2017/002091 A1 vorbekannten Durchflusssensoren durch einen eine auslenkbare Klappe haltenden Festlegeabschnitt der Strömungswiderstandsanordnung unterbrochen ist. Der Festlegeabschnitt, der die auslenkbare Klappe vollständig umgibt, ragt radial von der Kanalaußenwandung nach innen in den Strömungskanal ein und bildet dort eine dauerhafte, für Fluide undurchdringbare Kanalverengung.
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.
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.
Die Strömungswiderstandsanordnung bekannter Durchflusssensoren umfasst eine Klappe, welche in ihrer Ruhestellung, in der sie nicht von Beatmungsgas angeströmt ist, die durchströmbare Querschnittsfläche des Strömungskanals im Bereich ihrer Anordnung stark verringert. Bei Anströmung der Klappe längs der Strömungsbahn wird diese gegen eine Rückstellkraft ausgelenkt, die die Klappe bei Fortfall der Anströmung mit Beatmungsgas in ihrer Ruhestellung zurückstellt. Durch die mit der Anströmung bewirkte Auslenkung der Klappe wird die durchströmbare Querschnittsfläche des Strömungskanals im Bereich der Anordnung der Klappe erhöht.
Bildet sich ein Feuchtigkeitsreservoir in einem solchen Umfang, dass die auslenkbare Klappe in dieses in der Ruhestellung eintaucht, wird die für die Auslenkung der Klappe bei Anströmung erforderliche Kraft erhöht und dadurch das Messergebnis des Durchflusssensors verfälscht.
Gegen ein solches, die Messgenauigkeit beeinflussendes Feuchtigkeitsreservoir empfiehlt die WO 2017/002091 A1 die Aufweitung des Strömungskanals auf einer Seite der Strömungswiderstandsanordnung um unter der vernünftigen Annahme einer Anordnung des Durchflusssensors im Betrieb mit überwiegend horizontaler Strömungsbahn lokal im Strömungssensor ein Gefälle bereitzustellen, über welches schwerkraftgetrieben sich etwaig ansammelnde Flüssigkeit von der Strömungswiderstandsanordnung weg strömt (vgl. Seite 8, Zeilen 16 bis 24, der WO 2017/002091 A1 ).
Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass der Strömungskanal auf unterschiedlichen Seiten der Strömungswiderstandsanordnung stark unterschiedlich große von Beatmungsgas durchströmbare Querschnittsflächen aufweist. Je nach Strömungsrichtung von Beatmungsgas durch den Durchflusssensor kommt es in der einen Strömungsrichtung zwangsweise zu einer Verdichtung des Beatmungsgases und in der entgegengesetzten Strömungsrichtung zwangsweise zu einer Entspannung des Beatmungsgases. Auch dies kann eine nachteilige Wirkung auf die Messgenauigkeit des Durchflusssensors aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Messgenauigkeit des Durchflusssensors der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe an einem Durchflusssensor, wie er eingangs beschrieben ist, dadurch, dass in dem zweiten Axialbereich unter Bildung eines Radialspalts mit der Kanalaußenwandung ein Belegkörper angeordnet ist, welcher derart bemessen ist, dass sich die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des zweiten Axialbereichs betragsmäßig um nicht mehr als 10 %, bezogen auf die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs, von der von Fluid durchströmbaren Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs unterscheidet.
Der Belegkörper belegt einen Teil des von der Kanalaußenwandung umschlossenen Raumvolumens im zweiten Axialbereich und verringert dadurch die durchströmbare Querschnittsfläche des zweiten Axialbereichs. Der Radialspalt kann im zweiten Axialbereich in einer zur Strömungsbahn orthogonalen Schnittebene eine sichelförmige Gestalt haben, etwa dann, wenn der Belegkörper an der Kanalaußenwandung anliegt. Bevorzugt ist der Ringspalt jedoch ein in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn vollständig umlaufender Ringspalt. Im Gegensatz dazu ist der erste Axialbereich frei von einem Belegkörper. Die von der Kanalaußenwandung im ersten Axialbereich umschlossene Fläche ist daher bevorzugt die durchströmbare Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs.
Der Belegkörper verringert außerdem in vorteilhafter Weise den Totraum im Inneren des Durchflusssensors. Dadurch verringert der Belegkörper in einem Beatmungssystem zur künstlichen Beatmung, von dem der Durchflusssensor bevorzugt Komponente ist, das Gasvolumen, das nicht am pulmonaren Gasaustausch beteiligt ist. Dies wirkt sich umso vorteilhafter aus, je geringer das pro Atemhub pulmonar ausgetauschte Gasvolumen ist. Die künstliche Beatmung von Klein- und Kleinstkindern beispielsweise erfordert nur ein geringes Tidalvolumen.
Bevorzugt ist der Belegkörper bezüglich der Strömungsbahn rotationssymmetrisch ausgebildet und ist koaxial zu dem von der Kanalaußenwandung umschlossenen Raumvolumen angeordnet. Dann herrschen im zweiten Axialbereich in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn unabhängig vom Umfangsort in etwa gleiche Strömungsverhältnisse entlang der Strömungsbahn. Alternativ kann der Belegkörper einen polyedrisch berandeten prismatischen Abschnitt aufweisen.
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 Strömungsbahn an einem vorbestimmten Ort eine axiale Richtung als die Tangente an die gekrümmte Strömungsbahn waren an diesem vorbestimmten Ort.
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.
Die Gestaltveränderlichkeit der Strömungswiderstandsanordnung dient dazu, mit der Strömungswiderstandsanordnung eine Durchgangsöffnung mit veränderlichem Strömungsquerschnitt bereitzustellen. Die Strömungswiderstandsanordnung umfasst einen Festlegeabschnitt zur Festlegung Sensorgehäuse und wenigstens eine relativ zum Festlegeabschnitt auslenkbare, am Festlegeabschnitt gehalterte Klappe. Die Durchgangsöffnung ist bei fehlender Fluidströmung durch wenigstens eine aus einer Ruhestellung auslenkbare Klappe weitestgehend verschlossen und ihre durchströmbare Querschnittsfläche somit minimal. Mit mengenmäßig zunehmender Fluidströmung wird die durchströmbare Querschnittsfläche durch zunehmende Auslenkung der wenigstens einen Klappe größer. Die Auslenkstellung ist daher keine definierte Stellung, sondern hängt von der pro Zeiteinheit durch die Durchgangsöffnung hindurchströmende Fluidmenge ab.
Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen sein, dass der Übergang von dem ersten auf den zweiten Axialbereich sprunghaft geschieht. Wegen der sich an einem solchen sprunghaften Übergang von unterschiedlich großen Querschnittsflächen axial hintereinander gelegener Strömungskanalabschnitte bisweilen ausbildenden Turbulenzen ist ein sprunghafter Übergang jedoch weniger bevorzugt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass axial zwischen dem ersten und dem zweiten Axialbereich ein Außen-Transienz-Axialbereich endlicher Länge vorgesehen ist, längs welchem sich die von der Kanalaußenwandung umschlossene Fläche ändert. Wenngleich nicht ausgeschlossen sein soll, dass sich in dem Außen-Transienz-Axialbereich die von der Kanalaußenwandung umschlossene Fläche in mehreren kleinen Stufen ändert, ist es bevorzugt, wenn sich die von der Kanalaußenwandung umschlossene Fläche in dem Außen-Transienz-Axialbereich graduell, also längs der Strömungsbahn stufenlos und stetig ändert.
Ebenso ist es grundsätzlich möglich, dass der Belegkörper an dem der Strömungswiderstandsanordnung näher gelegenen Ende eine zur Strömungsbahn orthogonale Endfläche aufweist, sodass der Belegkörper an diesem Längsende im Inneren des Durchflusssensors schlagartig beginnt bzw. endet. Auch dies kann jedoch unabhängig von der Strömungsrichtung, in welcher der Durchflusssensor von Fluid durchströmt wird, unerwünschte Ursache von Turbulenzen und damit von möglichen Verfälschungen der mit dem Durchflusssensor erzielten Messergebnisse sein. Denn das der Strömungswiderstandsanordnung näher gelegene Längsende des Belegkörpers kann sich in unmittelbarer axialer Nähe einer auf der gleichen Seite der Strömungswiderstandsanordnung gelegenen Druckerfassungsformation befinden. Daher ist es zur Vermeidung von Turbulenzen an dem der Strömungswiderstandsanordnung näher gelegenen Längsende des Belegkörpers bevorzugt, dass ein Innen-Transienz-Axialbereich endlicher axialer Länge vorgesehen ist, längs welchem sich die von dem Belegkörper umschlossene Fläche ändert. Auch die vom Belegkörper umschlossene Fläche ändert sich im Innen-Transienz-Axialbereich aus den oben genannten Gründen bevorzugt graduell.
Wichtig ist, dass die Strömungsverhältnisse im ersten Axialbereich und im zweiten Axialbereich jeweils wohldefiniert sind. Deshalb ändert sich im ersten Axialbereich ebenso wie im zweiten Axialbereich längs der Strömungsbahn die durchströmbare Querschnittsfläche bevorzugt nicht oder um wenigstens nicht mehr als 10 % bezogen auf den kleineren von zwei Vergleichswerten im jeweiligen Bereich. Um größere axiale Strecken mit sich betragsmäßig oder/und gestaltmäßig ändernden durchströmbaren Querschnittsflächen zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass sich der Außen-Transienz-Axialbereich und der Innen-Transienz-Axialbereich längs eines axialen Überlappungsbereichs axial überlappen. Bevorzugt liegt der Innen-Transienz-Axialbereich vollständig innerhalb der Axialerstreckung des Außen-transient-Axialbereichs.
Die Strömungswiderstandsanordnung ist im ersten Axialbereich angeordnet, der sich axial beiderseits des Strömungswiderstands erstreckt. Zur Erzielung größtmöglicher Messgenauigkeit befinden sich die Druckerfassungsformationen bevorzugt im ersten Axialbereich. Dabei genügt auf jeder axialen Seite der Strömungswiderstandsanordnung je eine Druckerfassungsformation, welche wiederum aus Gründen möglichst hoher Messgenauigkeit in gleichem axialen Abstand von der Strömungswiderstandsanordnung angeordnet sind.
Um die Fluidströmung im zweiten Axialbereich möglichst wenig durch in den durchströmbaren Querschnitt einragende Befestigungsstrukturen zu stören, ist der Belegkörper vorzugsweise fliegend im Strömungskanal gelagert. Bevorzugt erfolgt die fliegende Lagerung im Außen-Transienz-Axialbereich, in welchem eine weitere Störung der durchströmbaren Querschnittsfläche durch Befestigungsstrukturen des Belegkörpers weniger stark ins Gewicht fällt als im zweiten Axialbereich. Daher ist bevorzugt im Außen-Transienz-Axialbereich, besonders bevorzugt nur dort, wenigstens ein Steg vorgesehen, durch welchen der Belegkörper mit einem radial äußeren Bereich des Sensorgehäuses verbunden ist. Zur stabileren Befestigung kann der Belegkörper durch eine Mehrzahl von den Umfangsrichtung verteilten Stegen mit dem Sensorgehäuse fest verbunden, vorzugsweise einstückig als Spritzgussbauteil verbunden. Bevorzugt ist die mit dem Sensorgehäuse unverbundene axiale Länge des Belegkörpers mehr als doppelt, bevorzugt mehr als dreimal, höchst bevorzugt mehr als viermal so lang wie die durch den wenigstens einen Steg mit dem Sensorgehäuse verbundene axiale Länge des Belegkörpers, um eine möglichst lange fliegend gelagerte Strecke des Belegkörpers im Strömungskanal zu realisieren.
Bevorzugt ist der Belegkörper im zweiten Axialbereich mit glatter Oberfläche, besonders bevorzugt mit längs des zweiten Axialbereichs konstanter Querschnittsfläche ausgebildet. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass der Belegkörper eine oder mehrere Umfangsnuten aufweist, welche als radiale Vertiefungen in Umfangsrichtung umlaufend an der Außenwand des Belegkörpers ausgebildet sind. Wenn die Umfangsnuten axial ausreichend kurz sind, wird das in den Nuten vorhandene Fluid bei Durchströmung des zweiten Axialbereichs nicht mitgerissen sondern verbleibt als Grenzschicht in der Nut.
Um sicherzustellen, dass in dem zweiten Axialbereich über eine möglichst lange axiale Strecke gleiche Strömungsverhältnisse herrschen können erstreckt sich der Belegkörper axial über wenigstens 70 %, vorzugsweise über wenigstens 85 %, besonders bevorzugt über die gesamte axiale Länge des zweiten Axialbereichs.
Der Durchflusssensor und sein Strömungskanal weisen an bezüglich der Strömungsbahn entgegengesetzten Enden Endöffnungen auf, an welchem der Strömungskanal endet bzw. beginnt. Bevorzugt reicht der Belegkörper bis zur Endöffnung, welche dem zweiten Axialbereich näher gelegen ist bzw. an welcher der zweite Axialbereich endet.
Zur Abführung von sich im Strömungskanal niederschlagender Feuchtigkeit kann wenigstens im ersten Axialbereich in der Kanalaußenwandung wenigstens eine in axiale Richtung verlaufende Abführnut ausgebildet sein. Um zu verhindern, dass sich gerade im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung Feuchtigkeit niederschlägt und sich dort mit der Zeit größere Mengen an Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit ansammeln, verläuft die wenigstens eine Abführnut vorzugsweise axial unterbrechungsfrei an der Strömungswiderstandsanordnung vorbei. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn ein Festlegeabschnitt, mit welchem die Strömungswiderstandsanordnung am Sensorgehäuse festgelegt ist, im Bereich eines auslenkbaren Klappenrandes wenigstens nicht in den Strömungskanal einragt, bevorzugt den Strömungskanal nicht vollständig umgibt.
Um möglichst viel Flüssigkeit pro Zeiteinheit abführen zu können, weist der erste Axialbereich eine Mehrzahl von Abführnuten auf, welche sich zueinander parallel erstrecken und in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die wenigstens eine Abführnut erstreckt sich bevorzugt über den gesamten axialen Erstreckungsbereich des ersten Axialbereichs, vorzugsweise frei von Stufen und Sprüngen, um so über möglichst den gesamten ersten Axialbereich hinweg Flüssigkeit abführen zu können.
Die Abführnuten im ersten Axialbereich vergrößern eine Radialspaltfläche zwischen einem radial äußeren Klappenrand wenigstens einer beweglichen Klappe der Strömungswiderstandsanordnung und der Klappenaußenwandung. Sie beeinflussen daher vor allem die Genauigkeit des Durchflusssensors bei betragsmäßig geringen Fluidströmungen. Ihre radiale Abmessung kann zwischen 0,1 mm und 1,5 mm betragen. In Umfangsrichtung hat die wenigstens eine Abführnut eine Breite von 0,3 bis 0,8 mm. Im Falle mehrerer paralleler Abführnuten ist ihr Umfangsabstand etwa das 1,5- bis 3-Fache der Breite von in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Abführnuten. Selbst wenn die Kanalaußenwandung in Umfangsrichtung über einen Bereich von wenigstens 270° mit einer Mehrzahl von Abführnuten versehen ist, wird die so vergrößerte Radialspaltfläche und eine dadurch bewirkte theoretische Ungenauigkeit im Messverhalten durch die erheblich verbesserte Flüssigkeitsabfuhr und die dadurch verhinderte Messungenauigkeit mehr als nur kompensiert.
Eine weitere Verbesserung der Sensor-Robustheit erhält man dadurch, dass ein in Umfangsrichtung zwischen zwei unmittelbar benachbarten Abführnuten gelegener Abschnitt der Kanalaußenwandung als Flüssigkeitsübertritts-Umfangsbarriere ausgestaltet ist. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn ein in Umfangsrichtung mittlerer Bereich des Kanalaußenwandungsabschnitts radial näher bei der Strömungsbahn gelegen ist, also radial weiter in den Strömungskanal einragt, als in Umfangsrichtung näher bei den benachbarten Abführnuten gelegene und den mittleren Bereich in Umfangsrichtung zwischen sich einfassende Randbereiche. In einer einfachen, aber wirkungsvollen konstruktiven Ausgestaltung nähert sich die Kanalaußenwandung ausgehend von einer Abführnut bei Fortschreiten in Umfangsrichtung in radialer Richtung der Strömungsbahn bis zum mittleren Bereich kontinuierlich an und entfernt sich dann ausgehend von dem mittleren Bereich zur benachbarten Abführnut wieder kontinuierlich radial von dieser. Bevorzugt bildet der mittlere Bereich eine, besonders bevorzugt zu den benachbarten Abführnuten parallele, Firstlinie, vorzugsweise in der Umfangsmitte zwischen den Abführnuten. Ebenso bevorzugt ist die Kanalaußenwandung in Umfangsrichtung beiderseits des mittleren Bereichs eben.
Die Messgenauigkeit kann noch dadurch weiter verbessert werden, dass sich die wenigstens eine Abführnut beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung jeweils axial über den Ort der jeweils vorgesehenen wenigstens einen, vorzugsweise genau einen Druckerfassungsformation hinweg erstreckt.
Um Flüssigkeit möglichst weit von dem für die Durchflussmessung besonders sensiblen Bereich in unmittelbarer Nähe der Strömungswiderstandsanordnung und der Druckerfassungsformationen abführen zu können, kann auch im zweiten Axialbereich in der Kanalaußenwandung wenigstens eine in axiale Richtung verlaufende Abführnut ausgebildet sein. Bevorzugt sind auch hier mehrere Abführnuten ausgebildet. Die wenigstens eine Abführnut des zweiten Axialbereichs und die wenigstens eine Abführnut des ersten Axialbereichs bilden bevorzugt wenigstens eine kontinuierliche axiale Abführnut. Aus den bereits genannten Gründen einer möglichst effektiven und räumlich weiten Abführung von Flüssigkeit aus dem messtechnisch sensiblen Bereich nahe der Strömungswiderstandsanordnung erstreckt sich die wenigstens eine Abführnut über den gesamten axialen Erstreckungsbereich des zweiten Axialbereichs.
Die wenigstens eine im Strömungskanal ausgebildete Abführnut verläuft längs ihrer axialen Erstreckung wenigstens im ersten Axialbereich, vorzugsweise über ihre gesamte Axialerstreckung kontinuierlich ohne Stufen oder Sprünge.
Zur Vereinfachung der Herstellbarkeit des Durchflusssensors kann das Sensorgehäuse wenigstens zwei axial unmittelbar benachbarte Gehäusebauteile umfassen. Von diesen Gehäusebauteilen definiert jedes einen anderen Teil des Strömungskanals, wobei der zweite Axialbereich und wenigstens ein Abschnitt des ersten Axialbereichs nur in einem der beiden Gehäusebauteile ausgebildet sind.
Die beiden genannten Gehäusebauteile bilden bevorzugt nicht nur einen Teil oder bevorzugt den gesamten Strömungskanal, sondern sie legen auch die Strömungswiderstandsanordnung zwischen sich am Sensorgehäuse fest. Dabei verläuft ein von einem Festlegeabschnitt der Strömungswiderstandsanordnung, mit welchem diese am Sensorgehäuse festgelegt ist, in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn entfernt gelegener Umfangsabschnitt einer zwischen den beiden Gehäusebauteilen gebildeten Trennfuge zumindest auf der Oberfläche der Kanalaußenwandung mit axialem Abstand von der Strömungswiderstandsanordnung. Dadurch kann dort, wo sich eine relativ zum Festlegeabschnitt bewegliche Klappe der Strömungswiderstandsanordnung im Strömungskanal in ihrer Ruhestellung befindet, eine Trennfuge an der Oberfläche der Kanalaußenwandung vermieden werden. Derartige Trennfugen, selbst wenn sie mit äußerster Präzision gefertigt werden, fördern aufgrund ihrer Kapillarwirkung stets die Ansammlung von Flüssigkeit. Verlagert man die Trennfuge von der Strömungswiderstandsanordnung weg, verlagert man damit das Risiko einer Feuchtigkeitsansammlung von der Strömungswiderstandsanordnung weg.
Eine weitere Verringerung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit des vorliegenden Durchflusssensors kann zusätzlich dadurch erzielt werden, dass die Strömungswiderstandsanordnung aufweist:

- einen außerhalb des Strömungskanals angeordneten Festlegeabschnitt, mit welchem die Strömungswiderstandsanordnung am Sensorgehäuse festgelegt 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,

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 Druckerfassungsformation, vorzugsweise alle Druckerfassungsformationen, befindet bzw. befinden, diametral gegenüberliegend ausgebildet.
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.
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.
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.
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.
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.
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. Die Ausbildung von Abführnuten an einer ursprünglich zylindrischen Kanalaußenwandung ändert an der kreisförmigen Querschnittsgestalt des Strömungskanals im Sinne dieser Anmeldung nichts.
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. teilkreisringförmig.
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.
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. Die Änderung einer Koordinate ist dabei die Differenz der jeweiligen Koordinatenwerte zwischen Auslenkstellung und Ruhestellung in Millimeter. 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.
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.
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.
Bevorzugt sind der Hauptanströmbereich und der Nebenanströmbereich einstückig zusammenhängend ausgebildet. Ebenso sind bevorzugt der Nebenanströmbereich und der Festlegebereich einstückig zusammenhängend ausgebildet.
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.
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.
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.
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.
Zusätzlich oder alternativ kann der Stegabschnitt um eine zu seiner lokalen Steglängsrichtung orthogonale Achse abgewinkelt oder/und gekrümmt sein.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bevorzugt sind das Innenrohr und das Außenrohr an einem Gehäusebauteil und ist der Belegkörper mit dem zweiten Axialabschnitt an dem anderen von zwei Gehäusebauteilen des Sensorgehäuses vorgesehen.
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.
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.
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.
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.
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,

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.
Bei Verwendung in einer Beatmungsvorrichtung befindet sich der Belegkörper auf der vom Patienten abgewandten Seite der Strömungswiderstandsanordnung.
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.
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 von 2 längs einer Schnittebene, die die Strömungsbahn und Mittelachsen von Druckerfassungskanälen des Durchflusssensors enthält,
4 eine perspektivische Längsschnittansicht durch den Durchflusssensor von 2, geschnitten längs der Schnittebene von 3,
5 eine perspektivische Längsschnittansicht durch das Gehäusebauteil des Sensorgehäuses von 2, das den zweiten Axialabschnitt aufweist, geschnitten längs der Schnittebene von 3, und
6 Draufsichten auf eine beispielhafte Strömungswiderstandsanordnung mit zwei Klappen (Teilfigur A) und mit drei Klappen (Teilfigur B).

In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Beatmungsvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Beatmungsvorrichtung 10 dient im dargestellten Beispiel zur künstlichen Beatmung eines humanen Patienten 12. Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung 10 als mobile Beatmungsvorrichtung 10 auf einem rollbaren Gestell 13 aufgenommen sein kann.
Die Beatmungsvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem - von außen wegen des blickdichten Gehäusematerials nicht erkennbar - eine Druckveränderungsanordnung 16 und eine Steuereinrichtung 18 aufgenommen sind.
Die Druckveränderungsanordnung 16 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und weist eine Beatmungsgasquelle 15 in Gestalt einer Pumpe, eines Verdichters oder eines Gebläses auf, die jeweils lastveränderlich ansteuerbar sind und daher nicht nur der Einleitung von Beatmungsgas in die Beatmungsvorrichtung, sondern auch der Änderung des Drucks des eingeleiteten Beatmungsgases dienen. Die Beatmungsgasquelle 15 (Gasquelle 15) kann alternativ auch durch einen Druckbehälter gebildet sein, welcher an das Gehäuse 14 der Beatmungsvorrichtung 10 anschließbar ist. Die Druckveränderungsanordnung 16 kann die Gasquelle 15 und gegebenenfalls zusätzlich - oder im Falle eines unter Druck stehenden Gasvorrats als Gasquelle alternativ - ein Reduzierventil und dergleichen aufweisen. Weiter weist die Beatmungsvorrichtung 10 in an sich bekannter Weise ein Inspirationsventil 20 und ein Exspirationsventil 22 auf.
Die Steuereinrichtung 18 ist üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor realisiert. Sie umfasst eine in 1 nicht dargestellte Speichereinrichtung, um für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 notwendige Daten speichern und erforderlichenfalls aufrufen zu können. Die Speichereinrichtung kann bei Netzwerkbetrieb auch außerhalb des Gehäuses 14 gelegen und durch eine Datenübertragungsverbindung mit der Steuereinrichtung 18 verbunden sein. Die Datenübertragungsverbindung kann durch eine Kabel- oder eine Funkstrecke gebildet sein. Um jedoch zu verhindern, dass Störungen der Datenübertragungsverbindung sich auf den Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 auswirken können, ist die Speichereinrichtung bevorzugt in die Steuereinrichtung 18 integriert oder wenigstens im selben Gehäuse 14 wie diese aufgenommen.
Zur Eingabe von Daten in die Beatmungsvorrichtung 10 bzw. genauer in die Steuereinrichtung 18 weist die Beatmungsvorrichtung 10 einen Dateneingang 24 auf, welcher in dem in 1 dargestellten Beispiel durch eine Tastatur repräsentiert ist. Die Steuereinrichtung 18 kann alternativ oder zusätzlich zur dargestellten Tastatur Daten über verschiedene Dateneingänge erhalten, etwa über eine Netzwerkleitung, eine Funkstrecke oder/und über Eingangsanschlüsse 26.
Zur Ausgabe von Daten an den behandelnden Therapeuten kann die Beatmungsvorrichtung 10 ein Ausgabegerät 28 aufweisen, im dargestellten Beispiel einen Bildschirm.
Zur künstlichen Beatmung ist der Patient 12 mit der Druckveränderungsanordnung 16 über eine Beatmungsleitungsanordnung 30 verbunden. Der Patient 12 ist hierfür intubiert.
Die Beatmungsleitungsanordnung 30 weist außerhalb des Gehäuses 14 einen Inspirationsschlauch 32 auf. Der Inspirationsschlauch 32 kann unterbrochen sein und einen ersten Inspirationsteilschlauch 34 und einen zweiten Inspirationsteilschlauch 36 aufweisen, zwischen welchen eine Konditionierungseinrichtung 38 zur gezielten Befeuchtung und gegebenenfalls auch Temperierung des dem Patienten 12 zugeführten frischen Beatmungsgases vorgesehen sein kann. Die Konditionierungseinrichtung 38 kann mit einem externen Flüssigkeitsvorrat 40 verbunden sein, über den Wasser zur Befeuchtung oder auch ein Medikament, etwa zur Entzündungshemmung oder zur Erweiterung der Atemwege, dem Beatmungsgas zugeführt werden kann.
Die Beatmungsleitungsanordnung 30 weist das Exspirationsventil 22 und weiter einen Exspirationsschlauch 42 auf, über welchen verstoffwechseltes Beatmungsgas aus der Lunge des Patienten 12 in die Atmosphäre abgeblasen wird.
Der Inspirationsschlauch 32 ist mit dem Inspirationsventil 20 gekoppelt, der Exspirationsschlauch 42 mit dem Exspirationsventil 22. Von den beiden Ventilen ist jeweils nur eines gleichzeitig zum Durchlass einer Gasströmung geöffnet. Die Betätigungssteuerung der Ventile 20 und 22 erfolgt ebenfalls durch die Steuereinrichtung 18.
Die Steuereinrichtung 18, ist dazu ausgebildet, Beatmungs-Betriebsparameter, die den Beatmungsbetrieb der Beatmungsvorrichtung 10 kennzeichnen, während des Beatmungsbetriebs wiederholt zu aktualisieren bzw. zu ermitteln, um sicherzustellen, dass der Beatmungsbetrieb zu jedem Zeitpunkt möglichst optimal auf den jeweils zu beatmenden Patienten 12 abgestimmt ist. Hierzu ist die Beatmungsvorrichtung 10 mit einem oder mehreren Sensoren datenübertragungsmäßig verbunden, welche den Zustand des Patienten oder/und den Betrieb der Beatmungsvorrichtung überwachen.
Einer dieser Sensoren ist ein proximaler Durchflusssensor 44, welcher in einem Y-Verbindungsstück 45 die dort in der Beatmungsleitungsanordnung 30 herrschende Beatmungsgas-Strömung erfasst. Der Durchflusssensor 44 kann mittels einer Sensor-Leitungsanordnung 46 mit den Eingangsanschlüssen 26 der Steuereinrichtung 18 gekoppelt sein. Die Sensor-Leitungsanordnung 46 kann, muss jedoch nicht, elektrische Signalübertragungsleitungen umfassen. Sie kann ebenso Schlauchleitungen 43 aufweisen, die den in Strömungsrichtung beiderseits des Durchflusssensors 44 herrschenden Gasdruck an die Eingangsanschlüsse 26 übertragen, wo diese von Drucksensoren 27 quantifiziert werden. Der Durchflusssensor 44 ist ein Differenzdruck-Durchflusssensor 44.
Im Gehäuse 14 ist ein weiterer Durchflusssensor 47 vorgesehen, welcher aufgrund seiner größeren Entfernung vom Patienten 12 als distaler Durchflusssensor 47 bezeichnet ist.
Aufgrund des Ortes seiner Anbringung in dem Y-Verbindungsstück 45 ist der proximale Durchflusssensor 44 im Gegensatz zum distalen Durchflusssensor 47 grundsätzlich auch in der Lage, den Fluss von exspiratorischem Beatmungsgas durch den Exspirationsschlauch 42 zu erfassen.
Die korrekte Funktion der Durchflusssensoren 44 und 47 ist für den korrekten Betrieb der Beatmungsvorrichtung 10 und somit für die Gesundheit des Patienten 12 wesentlich.
Es hat sich im Betrieb gezeigt, dass gerade der proximale Durchflusssensor 44 aufgrund seiner Nähe zum Patienten 12 einem größeren Fehlerrisiko unterliegt als der distale Durchflusssensor 47. Der proximale Durchflusssensor 44, durch den auch exspiratorisches Beatmungsgas strömt, ist beispielsweise stärker als der distale Durchflusssensor 47 durch im Beatmungsgas enthaltene Feuchtigkeit belastet. Dies gilt umso mehr, wenn der distale Durchflusssensor 47 wie im vorliegenden Beispiel der 1 in Inspirationsrichtung stromaufwärts der Konditionierungseinrichtung 38 angeordnet ist und somit im Wesentlichen nur von trockenem inspiratorischem Beatmungsgas durchströmt wird.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Differenzdruck-Durchflusssensors 44 perspektivisch bei Betrachtung von außen gezeigt. Der Durchflusssensor 44 umfasst ein Sensorgehäuse 46, das zwei Gehäusebauteile 48 und 50 umfasst. Das Sensorgehäuse 46 definiert einen Strömungskanal 52, welcher das Sensorgehäuse 46 längs einer im dargestellten Beispiel geradlinigen Strömungsbahn S vollständig durchsetzt. Die Strömungsbahn S ist daher vorliegend eine Strömungsachse. Dies muss jedoch nicht so sein. Die Strömungsbahn S kann abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch einen gekrümmten Verlauf aufweisen.
Der in 2 dem Betrachter zugewandte Längsendbereich 46a des Sensorgehäuses ist das dem Patienten 12 näher gelegene Längsende, das axial bezüglich der Strömungsbahn S entgegengesetzte Längsende 46b ist das vom Patienten 12 weiter entfernt gelegene Längsende des Sensorgehäuses 46.
Die beiden Gehäusebauteile 48 und 50 weisen an ihren zueinander hinweisenden Längsenden jeweils einen Verbindungsflansch 48a bzw. 50a auf, welche jeweils über einen Rohrabschnitt 48b bzw. 50b des zugehörigen Gehäusebauteils 48 bzw. 50 nach radial außen vorstehen. Die Flansche 48a und 50a berühren sich unter Bildung einer Trennfuge 54.
Jedes Gehäusebauteil 48 bzw. 50 weist eine Anschlussformation 48c bzw. 50c auf, welche der Ankopplung der Schlauchleitungen 43 zur Verbindung mit den Drucksensoren 27 dienen. Die Anschlussformationen 48c und 50c sind im dargestellten Beispiel als zylindrische Anschlussstutzen ausgebildet, können aber auch eine beliebige andere Gestalt aufweisen.
Die Anschlussstutzen 48c und 50c sind durchsetzt von jeweils einem Druckerfassungskanal 56 bzw. 58, welche sich parallel längs gerader Kanalachsen K1 und K2 in den Strömungskanal 52 erstrecken. Die Druckerfassungskanäle 56 und 58 durchsetzen also das Sensorgehäuse 46 und münden in den Strömungskanal 52, sodass ein im Sensorkanal 52 herrschender Druck über die Druckerfassungskanäle 56 und 58 sowie über die Schlauchleitungen 43 zu den Drucksensoren 27 übertragen und dort erfasst werden kann.
Die 3 und 4 zeigen im Längsschnitt Mündungen 56a und 58a der Druckerfassungskanäle 56 und 58 an der den Strömungskanal 52 nach radial außen begrenzenden Kanalaußenwandung 60. Die Mündungen 56a und 58a der Druckerfassungskanäle 56 und 58 bilden im vorliegenden Beispiel Druckerfassungsformationen des Durchflusssensors 44, welche der Erfassung eines Fluiddrucks im Inneren des Strömungskanals 52 dienen. Der Umfangsabschnitt der Kanalaußenwandung 60, über welchen sich die Mündungen 56a und 58a erstrecken, bildet einen Erfassungs-Umfangsabschnitt.
In dem Gehäusebauteil 48 ist der Rohrabschnitt 48b doppelwandig ausgeführt und umfasst ein Außenrohr 62 sowie ein unter Zwischenanordnung eines Abstandsspalts 64 radial innen angeordnetes Innenrohr 66.
Die den Strömungskanal 52 nach radial außen begrenzende Kanalaußenwandung 60 ist im Gehäusebauteil 48 ausschließlich am Innenrohr 66 ausgebildet. Der Strömungskanal 52 im Gehäusebauteil 48 ist zylindrisch.
Der ringförmige Abstandsspalt 64, welcher das Innenrohr 66 radial vom Außenrohr 62 trennt, verjüngt sich zum Flansch 48a hin, da die Wandstärke des Innenrohrs 66 in axialer Richtung zum Flansch 48a hin zunimmt. Die Dicke des Außenrohrs 62 ist dagegen längs der Strömungsbahn S konstant. Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, definiert am anderen Gehäusebauteil 50 nur ein Rohr 68 den Rohrabschnitt 50b, sodass die Kanalaußenwandung 60 auf der nach radial innen weisenden Seite des Rohrs 68 ausgebildet ist.
Die Kanalaußenwandung 60 im vom Flansch 50a abstehenden Rohr 68 umschließt eine größere Querschnittsfläche als die Kanalwandung 60 im Innenrohr 66. Zum Ausgleich dieses betragsmäßigen Unterschieds an umschlossener Fläche ist im zweiten Gehäusebauteil 50, bevorzugt zentral in dem von der Kanalwandung 60 im Rohr 68 umschlossenen Bereich, ein Belegkörper 70 angeordnet, welcher als Festkörper ein Raumvolumen im Rohr 68 belegt, sodass die tatsächlich durchströmbare Querschnittsfläche in diesem Bereich kleiner ist als die von der Kanalaußenwandung 60 umschlossene Fläche.
Bevor die Ausgestaltung des Strömungskanals 52 in Zusammenhang mit dem Belegkörper 70 näher erläutert wird, sei auf die Strömungswiderstandsanordnung 72 hingewiesen, welche in 3 in ihrer Ruhestellung, also unbelastet von einer Fluidströmung im Strömungskanal 52 als ebenes Gebilde mit einer Erstreckungsebene orthogonal zur Strömungsbahn S sowie orthogonal zur Zeichenebene der 3 verläuft. Die weiter unten näher erläuterte Strömungswiderstandsanordnung 72 weist einen Festlegeabschnitt 72a auf, welcher in der Trennfuge 54 zwischen den Gehäusebauteilen 48 und 50 geklemmt ist, und weist einen im Strömungskanal 52 angeordneten, einstückig mit dem Festlegeabschnitt 72a zusammenhängenden Klappenabschnitt 72b auf.
Bei Durchströmung des Strömungskanals 52, egal in welcher Richtung, wird der Klappenabschnitt 72b relativ zum gehäusefesten Festlegeabschnitt 72a ausgelenkt, wodurch sich die vom Klappenabschnitt 72b abgedeckte bzw. abgeschattete Querschnittsfläche des Strömungskanals 52 mit zunehmender Auslenkung verringert, wodurch die im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung 72 durchströmbare Querschnittsfläche des Strömungskanals 52 vergrößert wird.
Die Strömungswiderstandsanordnung 72, genauer: der Klappenabschnitt 72b, wirken im Strömungskanal 52 wie eine Drossel, sodass sich stromaufwärts und stromabwärts des Klappenabschnitts 72b unterschiedliche Fluiddrücke im strömenden Fluid 52 ausbilden, die über die Mündungen 56a, 58a als die Druckerfassungsformationen auch in den Druckerfassungskanälen 56 und 58 und somit in den an diese anschließenden Schlauchleitungen 53 erfassbar sind. Die Drucksensoren 27 können somit einen Druckunterschied im Strömungskanal 52 stromaufwärts und stromabwärts der Strömungswiderstandsanordnung 72 erfassen und nach Maßgabe einer zuvor erledigten Kalibrierung des Durchflusssensors 44 ausgehend von dem Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts der Strömungswiderstandsanordnung 72 den Fluidfluss durch den Strömungssensor 44 längs der Strömungsbahn S ermitteln. Die Funktionsweise eines derartigen Differenzdruck-Durchflusssensors 44 ist an sich bekannt.
Die Strömungswiderstandsanordnung 72 befindet sich im Strömungskanal 52 in einem ersten Axialbereich 74, welcher sich axial beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung 72 erstreckt und längs welchem eine von der Kanalaußenwandung 60 eingefasste Querschnittsfläche in etwa betragsmäßig und vorzugsweise auch gestaltmäßig konstant ist.
Jener zuvor genannte Bereich, in welchem die Kanalaußenwandung im Rohr 68 des Gehäusebauteils 50 gebildet ist und eine im Wesentlichen konstante größere Querschnittfläche umschließt als im ersten Axialbereich, bildet einen zweiten Axialbereich 76. Zwischen dem ersten Axialbereich 74 und dem zweiten Axialbereich 76 liegt ein Außen-Transienz-Axialbereich 78, in welchem sich die Kanalaußenwandung 60 bei Fortschreiten längs der Strömungsbahn S von dem kleineren Querschnitt des ersten Axialbereichs 74 auf den größeren Querschnitt des zweiten Axialbereichs 76 allmählich, bevorzugt linear, ändert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der Druckerfassungskanal 58 des Gehäusebauteils 50 in den Außen-Transienz-Axialbereich 78. Abweichend hiervon kann der erste Axialbereich 74 axial über die Mündung 58a des Druckerfassungskanals 58 hinaus verlängert sein, sodass die beiden Mündungen 56a und 58a der Druckerfassungskanäle 56 und 58 im Wesentlichen in einen identischen Strömungskanalabschnitt münden.
Der Belegkörper 70 ist über eine Mehrzahl von Stegen 80 im Bereich seines der Strömungswiderstandsanordnung 72 näher gelegenen Längsendes mit dem Flansch 50a oder/und mit dem Rohr 68 des Gehäusebauteils 50 verbunden. Der Belegkörper 70 ist durch die Stege 80 fliegend gelagert, d. h. von den Stegen 80 weg in axialer Richtung ist der übrige Belegkörper 70 ohne weitere Verbindung mit dem ihn umgebenden Rohr 68, sodass der Strömungskanal 52 in dem von Radialstegen 80 freien Abschnitt des zweiten Axialbereichs 76 den Belegkörper 70 in Umfangsrichtung geschlossen umgibt. Die Stege 80 durchsetzen den zwischen dem Belegkörper 70 und der Kanalaußenwandung 60 im Rohr 68 gebildeten Radialspalt 82, je nach ihrem Anordnungsort, in radialer oder/und in axialer Richtung.
Der Belegkörper 70 weist in seinem fliegend gelagerten Abschnitt eine rotationssymmetrische Gestalt auf, im dargestellten Beispiel eine zylindrische Gestalt mit glatter, zum Strömungskanal 52 hinweisender Außenfläche.
An seinem der Strömungswiderstandsanordnung 72 näher gelegenen Längsende ist der Belegkörper strömungsmechanisch mit möglichst geringem Strömungswiderstand bei Anströmung aus der Richtung des ersten Axialbereichs 74 ausgebildet, etwa als Kugel- oder Ellipsoidkalotte. Der Belegkörper 70 weist daher an dem der Strömungswiderstandsanordnung 72 nächstgelegenen Längsende einen Innen-Transienz-Axialbereich 79 auf, längs welchem sich die vom Belegkörper 70 umschlossene Querschnittsfläche verändert. Jenseits des Innen-Transienz-Axialbereichs 79 ist die im zweiten Axialbereich 76 gelegene, vom Belegkörper 70 umschlossene Querschnittsfläche, die somit einer Durchströmung mit Fluid nicht mehr zur Verfügung steht, in axialer Richtung konstant.
Die Stege 80, auch wenn sie einstückig im Spritzgießverfahren mit dem Belegkörper 70 ausgebildet sind, bleiben bei der Betrachtung des vom Belegkörper 70 umschlossenen Raumvolumens außen vor. Die Stege 80 sind nicht Teil des Belegkörpers 70, sondern lediglich dessen Befestigungsformationen.
Wie in 3 zu erkennen ist, überlappen sich der Außen-Transienz-Axialbereich 78 und der Innen-Transienz-Axialbereich 79 axial, um eine Änderung der Gestalt des Strömungskanals 52 auf möglichst kurzem axialem Raum zu realisieren, um im Gegenzug möglichst lange axiale Strecken mit konstant gestaltetem Strömungskanal 52 im Durchflusssensor 44 ausbilden zu können.
3 zeigt den Durchflusssensor 44 in seiner idealen Anordnung während eines Betriebs der Beatmungsvorrichtung 10, nämlich mit horizontaler Strömungsbahn S und mit parallel zur Schwerkraftwirkungsrichtung g verlaufenden Kanalachsen K1 und K2, sodass die Mündungen 56a und 58a der Druckerfassungskanäle 56 und 58 an einem geodätisch höchsten Ort des Strömungskanals 52 in diesen einmünden. Von dem den Strömungssensor 44 durchströmenden Fluid mitgeführte Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit, die sich gegebenenfalls an der Kanalaußenwandung 60 niederschlägt, strömt dann schwerkraftgetrieben von den Mündungen 56a und 58a weg und stört diese nicht.
Ein Niederschlag von Flüssigkeit an der Strömungswiderstandsanordnung 72, d. h. an deren Klappenabschnitt 72b, kann stattfinden, jedoch ist die Strömungswiderstandsanordnung in der Regel aus Kunststoff mit einer Dicke von weniger als 0,1 mm, bevorzugt in einem Dickenbereich von 40 bis 60 µm, ausgebildet, sodass die Strömungswiderstandsanordnung 72 sehr schnell die Temperatur des ihn umströmenden Fluids annimmt, was einen Feuchtigkeitsniederschlag verhindert. Allerdings können von dem den Durchflusssensor 44 durchströmenden Fluid mitgerissene Tröpfchen auf dem Klappenabschnitt 72b landen und dort benetzend anhaften.
Im Gegensatz zu zahlreichen Durchflusssensoren 44 des Stands der Technik liegt dem radial äußeren Rand des Klappenabschnitts 72b in der Ruhestellung der Strömungswiderstandsanordnung 72 die Kanalaußenwandung 60 gegenüber.
Somit besteht das grundsätzliche Risiko, dass der der Kanalaußenwandung 60 im ersten Axialbereich 74 gegenüberliegende Rand unmittelbar durch sich an der Kanalaußenwandung 60 im ersten Axialbereich 74 niederschlagende Flüssigkeit in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
Der Außen-Transienz-Axialbereich 78 schafft hier, bei unterstellter idealer betriebsmäßiger Anordnung, wie in 3 dargestellt, ein Gefälle, längs welchem Flüssigkeit aus dem ersten Axialbereich 74 schwerkraftgetrieben in den zweiten Axialbereich 76 strömt. Im zweiten Axialbereich 76 kann Flüssigkeit die Strömungswiderstandsanordnung 72 nicht mehr stören.
Als weitere Maßnahme zur Reduzierung des Einflusses von sich etwaig im Strömungskanal 52 ansammelnder Flüssigkeit sind im ersten und im zweiten Axialbereich 74 bzw. 76, ebenso wie im Außen-Transienz-Axialbereich 78 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden, axial verlaufenden Abführnuten 84 ausgebildet. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige der Abführnuten 84 mit Bezugszeichen versehen.
Die Abführnuten 84 erstrecken sich im Gehäusebauteil 50 von der Trennfuge 54 in axialer Richtung entlang der Kanalaußenwandung 60 durchgehend an der Strömungswiderstandsanordnung 72 vorbei. Die Trennfuge 54 liegt zumindest in dem vom Festlegeabschnitt 72a oder/und von den Mündungen 56a und 58a entfernt gelegenen Bereich der Kanalaußenwandung 60 vorteilhaft axial von der Strömungswiderstandsanordnung 72, insbesondere von dem Klappenabschnitt 72b, entfernt, so dass zumindest die vom Festlegeabschnitt 72a oder/und von den Mündungen 56a und 58a entfernt gelegenen radial äußeren Randabschnitte der Klappen der Strömungswiderstandsanordnung 72 in der Ruhestellung von der Trennfuge 54 entfernt angeordnet sind.
Strichliniert ist in 3 ein alternativer Verlauf der Trennfuge mit 54' bezeichnet. Unter der Voraussetzung, dass die den Belegkörper 70 haltenden Stege 80 vollständig im in 2 rechten Gehäusebauteil 50 ausgebildet sind, kann die Trennfuge 54' auch auf der Seite der Strömungswiderstandsanordnung 72 verlaufen, auf welcher der Belegkörper 70 gelegen ist. Der erste Axialbereich 74 kann also vollständig im Gehäusebauteil 48 ausgebildet sein. Hilfreich gegen unerwünschtes ansammeln von Flüssigkeit im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung 72 ist, wenn einem vom Festlegeabschnitt 72a oder/und von den Mündungen 56a und 58a entfernt gelegenen Randabschnitt des Klappenabschnitts 72b in der Ruhestellung keine Trennfuge 54 oder 54', sondern nur ein Abschnitt der Kanalaußenwandung 60 radial gegenüberliegt.
Wegen der axial durchgehenden Ausbildung der Abführnuten 84 und der größeren Umfangsfläche der Kanalaußenwandung 60 im zweiten Axialbereich 76, verglichen mit dem ersten Axialbereich 74, können die Abführnuten 84 im zweiten Axialbereich 76 eine größere Umfangsabmessung (Breite) aufweisen als im ersten Axialbereich 74 oder/und können die Zwischenformationen 86 zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Abführnuten 84 eine größere Umfangsabmessung (Breite) aufweisen.
Diese Abführnuten 84 gestatten das Abführen von Feuchtigkeit längs des vom Außen-Transienz-Axialabschnitt 79 gebildeten Gefälles mit radialer und axialer Entfernung vom radial äußeren Rand des Klappenabschnitts 72b.
Zwar ist bei Ausbleiben von sich ansammelnder Flüssigkeit im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung 72 aufgrund der die Strömungswiderstandsanordnung 72 axial passierenden Axialnuten 84 eine Spaltfläche zwischen dem radial äußeren Rand des Klappenabschnitts 72b und der ihm radial gegenüberliegenden Kanalaußenwandung 60 vergrößert, verglichen mit einem identischen Strömungskanal ohne Abführnuten 84. Jedoch ist hier zweierlei zu beachten:
Erstens zeigt die Erfahrung, dass in einer überwiegenden Mehrheit von Beatmungsfällen sich Feuchtigkeit an der Kanalaußenwand 60 niederschlägt oder/und sich im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung 72 ansammelt, sodass die von den Abführnuten 84 gebildeten radialen Vertiefungen wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt und somit nicht vollständig von Beatmungsgas als dem Fluid durchströmbar sind. Der effektive Radialspalt radial außerhalb des Klappenabschnitts 72b, welcher von Beatmungsgas durchströmbar ist, ist daher in den meisten Anwendungsfällen kleiner als der bauliche Radialspalt des trockenen Durchflusssensors 44.
Zweitens wird dann, wenn sich Flüssigkeit im Strömungskanal ansammelt, der schädliche Einfluss der Flüssigkeit auf die Funktion des Klappenabschnitts 72b erheblich vermindert oder sogar vollständig ausgeschaltet. Diese vorteilhafte Wirkung der Abführnuten 84 überkompensiert die grundsätzlich eine Messungenauigkeit erhöhende Wirkung des durch die radial sich in die Wandmasse rund um den Strömungskanal 52 hinein erstreckenden Radialnuten 84 vergrößerten Radialspalts um den Klappenabschnitt 72b.
5 zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht des Gehäusebauteils 50 ohne Strömungswiderstandsanordnung 72. In 5 ist eine bevorzugte Gestalt der Abführnuten 84 und vor allen Dingen der in Umfangsrichtung zwischen diesen ausgebildeten Zwischenformationen 86 gezeigt.
Diese Zwischenformationen 86 weisen in ihrer Umfangsmitte eine Firstlinie 86a oder einen Firstbereich 86a auf, welche bzw. welcher der Abschnitt einer Zwischenformation 86 ist, der der den Strömungskanal 52 zentral durchsetzenden Strömungsbahn S nächstgelegen ist. Nachfolgend wird die Zwischenformation 86 anhand einer linienhaften Firstlinie 86a anstelle eines ebenso möglichen flächigen Firstbereichs beschrieben. Ausgehend von der Firstlinie 86a steigt beiderseits der Firstlinie 86a in Umfangsrichtung der radiale Abstand der Kanalaußenwandung 60 von der Strömungsbahn S an. Im dargestellten Beispiel schließen sich in Umfangsrichtung beiderseits der Firstlinie 86a ebene Flächen 86b an, welche parallel zur Strömungsbahn S verlaufen und sich längs der Firstlinie berühren, wobei die Firstlinie 86a eine Knickachse definiert, um welche die beiden ebenen Flächen zueinander von der Strömungsbahn S weg abgewinkelt sind. Die Abführnuten 84 zwischen zwei Zwischenformationen 86 weisen einen zur Strömungsachse S offenen Rechteckquerschnitt auf, d. h. die Abführnuten 84 sind durch drei ebene Grenzflächen, von welchen jeweils zwei aneinander angrenzende Grenzflächen miteinander einen rechten Winkel einschließen. Alternativ können sich die Abführnuten 84 auch in radialer Richtung von der Strömungsachse S weg verjüngen, d. h. die Abführnuten 84 in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen können in Richtung von der Strömungsachse S weg aufeinander zu geneigt sein.
Die Firstlinie 86a wirkt als effektive Überströmbarriere, die verhindert, dass Flüssigkeit aus einer Abführnut 84 in Umfangsrichtung in eine benachbarte Abführnut 84 überströmt.
Grundsätzlich verlaufen die Nuten im ersten und im zweiten Axialbereich 74 bzw. 76 mit einem zur Strömungsbahn parallelen Nutgrund 84a. Der Nutgrund 84a einer oder mehrerer Abführnuten 84 kann in einem Längsabschnitt eine weitere Gefälleneigung aufweisen, ähnlich wie der Außen-Transienz-Axialbereich 78 und damit die Nutgründe in diesem Bereich 78 ein Gefälle bereitstellen, sodass in den Abführnuten 84 sich ansammelnde Flüssigkeit schwerkraftgetrieben über dieses Gefälle weiter von der Strömungswiderstandsanordnung 72 weggeleitet werden kann oder sogar aus dem Sensorgehäuse 46 ausgeleitet werden kann. Daher ist der Längsabschnitt, in welchem sich der Nutgrund 84a bei Fortschreiten zu einem Längsende des Sensorgehäuses 46 von der Strömungsbahn S weg neigt, vorzugsweise ein Endbereich, welcher das patientenfernere Längsende 46b des Sensorgehäuses 46 enthält. Beispielsweise erstreckt sich dieser Endbereich über nicht mehr als die Hälfte, vorzugsweise über nicht mehr als 25 % des zweiten Axialbereichs 76.
Es können alle Axialnuten 84 in dem zweiten Axialbereich 76 diese weitere Gefälleschräge aufweisen oder es kann lediglich ein Teil der Abführnuten 84 die Gefälleschräge aufweisen. Da die weitere Gefälleschräge für eine Flüssigkeitsabführung darin auf ihre korrekte Orientierung relativ zur Schwerkraftwirkungsrichtung angewiesen ist, sollte der Teil der Abführnuten mit der weiteren Gefälleschräge in einem Umfangsabschnitt des Strömungskanals 54 vorgesehen sein, welcher den geodätisch tiefsten Bereich desselben enthält. Dieser Bereich liegt in den 3 und 4 den Mündungen 56a und 58a der Druckerfassungskanäle diametral gegenüber.
In 5 ist außerdem eine rechteckige Ausnehmung 88 an dem dem Gehäusebauteil 48 zugewandten Längsende des Gehäusebauteils 50 zu erkennen. Diese rechteckige Ausnehmung 88 dient der Aufnahme des im Wesentlichen komplementär ausgestalteten Festlegeabschnitts 72a der Strömungswiderstandsanordnung 72.
Der Festlegeabschnitt 72a ist derart berandet, dass er am Rand der Ausnehmung 88 im Wesentlichen spielfrei anliegt, sodass die Lage der Strömungswiderstandsanordnung 72 und vor allem des Klappenabschnitts 72b im Strömungskanal 52 eindeutig definiert ist.
Der Strömungskanal 52 im Gehäusebauteil 48 ist vorliegend mit glatter Kanalaußenwandung 60 ausgebildet. Jedoch können die Abführnuten auch in diesen Bereich des Strömungskanal 52 fortgesetzt sein und durchgehend bereits von einem Ort im Gehäusebauteil 48 ausgehend durchgehend axial an der Strömungswiderstandsanordnung 72 vorbei in den zweiten Axialbereich 76, bevorzugt bis zum Längsende 46b des Sensorgehäuses verlaufen.
In den 6A und 6B sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele für vorteilhafte Strömungswiderstandsanordnungen 72 eines erfindungsgemäßen Durchflusssensors 44 gezeigt.
In 6A ist mit 72' eine abgewandelte Ausführungsform zu der in 4 dargestellten Strömungswiderstandsanordnung 72 dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in den 1 bis 4 tragen gleiche Bezugszeichen, jedoch apostrophiert. Die Strömungswiderstandsanordnung 72' von 6A weist einen rechteckigen Festlegeabschnitt 72a' auf, welcher komplementär zur Ausnehmung 88 im Gehäusebauteil 50 ausgebildet ist. Der Klappenabschnitt 72b' weist zwei Klappen 90a' und 90b' auf.
Sowohl der Festlegeabschnitt 72a' als auch der Klappenabschnitt 72b' sind spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelsymmetrieebene SE, welche im dargestellten Beispiel exakt zwischen den beiden Klappen 90a' und 90b' hindurch verläuft. Im fertig angeordneten Zustand enthält die Spiegelsymmetrieebene SE die Strömungsbahn S und die Kanalachsen K1 und K2.
Aufgrund der Spiegelsymmetrie zwischen den beiden Klappen 90a' und 90b' reicht es aus, nur die in 6A linke Klappe 90a' zu beschreiben.
Die Klappe 90a', deren teilkreisförmiger Klappenrand 90a1' im Durchflusssensor 44 der mit Abführnuten 84 versehenen Kanalaußenwandung 60 unmittelbar radial gegenüberliegt, begrenzt einen Hauptanströmabschnitt 90a2', welcher über einen stegförmigen Nebenanströmabschnitt 90a3' mit dem Festlegeabschnitt 72a' einstückig verbunden ist.
Ausgehend von der in 6A dargestellten Ruhestellung wird der Klappenabschnitt 72b' bei Einsetzen der Fluidströmung im Strömungskanal 52 orthogonal zur Zeichenebene der 6A angeströmt. Aufgrund seiner erheblich größeren Fläche wirkt auf den Hauptanströmbereich 90a2' eine größere strömungsmechanische Kraft als auf den Nebenanströmbereich 90a3'.
Wegen seiner Ausgestaltung als stegförmiger Nebenanströmbereich 90a3' wird sich dieser bei Einwirken einer strömungsmechanischen Last getrieben durch den Hauptanströmbereich 90a2' längs der Strömungsachse S stärker verformen als der Hauptanströmbereich 90a2'. Letzterer wird sich aufgrund der Verformung des Nebenanströmbereichs 90a3' mehr verlagern als verformen.
Der Nebenanströmbereich 90a3', welcher um eine zur Strömungsbahn S orthogonale Knickachse KA abgeknickt ist, ist um zwei Torsionsachsen Ta1' und Ta2' tordierbar, welche mit den Steglängsrichtungen SLa1' und SLa2' der beiden Schenkel beiderseits der Knickachse KA des Nebenanströmabschnitts 90a3' zusammenfallen.
Ebenso ist jeder der beiden Schenkel beiderseits der Knickachse KA des Nebenanströmbereichs 90a3' um eine in der Zeichenebene der 6A liegende und zur jeweiligen Torsionsachse Ta1' bzw. Ta2' orthogonale Biegeachse biegbar. Der Übersichtlichkeit halber sind die beiden Biegeachsen nicht eingezeichnet.
Die Gesamtverformung des Nebenanströmabschnitts 90a3' umfasst eine Torsion um eine Summentorsionsachse Ta' und eine Biegung um eine zur Summentorsionsachse Ta' etwa orthogonale Summenbiegeachse Ba'. Die beiden Summenverformungsachsen T' und B' sind der Übersichtlichkeit halber für die spiegelsymmetrische Klappe 90b' als Summenverformungsachsen Tb' und Bb' eingetragen. Die beiden Summenverformungsachsen Bb' und Tb' bilden somit zwei linear voneinander unabhängige Schwenkachsen, um welche der Hauptanströmbereich 90a2' relativ zum Festlegeabschnitt 72a' beweglich ist.
Die Ankopplungsstellen A1' und A2', an welchen die Klappen mittels der Nebenanströmbereiche 90a3' und 90b3' mit dem Festlegeabschnitt 72a' verbunden sind, liegen bezüglich der Strömungsbahn S in einem zusammenhängenden Winkelsektor 92', welcher sich im dargestellten Beispiel über nicht mehr als 20° erstreckt. Dadurch sind die beiden Klappen 90a' und 90b', insbesondere deren Hauptanströmbereiche 90a2' und 90b2' relativ zum Festlegeabschnitt 72a' bereits durch geringe Anströmung beweglich, wobei die Beweglichkeit um die beiden Summenverformungsachsen T' und B' eine betragsmäßig große Änderung des im Bereich der Strömungswiderstandsanordnung 72' vorhandenen durchströmbaren Querschnittsfläche ermöglicht.
In 6B ist eine alternative Ausführungsform einer Strömungswiderstandsanordnung 72" gezeigt, deren Klappenabschnitt 72b" drei Klappen 90a", 90b" und 90c" aufweist.
Wiederum sind die beiden randseitigen Klappen 90a" und 90b" zueinander bezüglich der Spiegelsymmetrieebene SE spiegelsymmetrisch, während die dritte, zwischen diesen randseitigen Klappen 90a" und 90b" gelegene zentrale Klappe 90c" in sich selbst zur Ebene SE spiegelsymmetrisch ist. Folglich sind die randseitigen Klappen 90a" und 90b" in sich selbst asymmetrisch aufgebaut. Wiederum ist die Beschreibung der Klappe 90a" wegen der Symmetriebedingung auf die Klappe 90b" anwendbar. Der Nebenanströmbereich 90a3" verjüngt sich zunächst ausgehend von der Ankopplungsstelle A1" und geht dann in einen Stegabschnitt mit konstanten Breitenabmessungen über. Der Nebenanströmabschnitt 90a3" ist um eine Torsionsachse Ta" tordierbar und ist um eine Biegeachse B" biegbar. Die Biegeachse B" ist für alle Nebenanströmabschnitte 90a3", 90b3" und 90c3" in etwa eine gemeinsame kollineare Biegeachse B". Die Torsionsachsen der einzelnen Stegabschnitte sind zueinander parallel und zur Biegeachse B" orthogonal. Von den Torsionsachsen sind nur die Achsen Ta" und Tc" in 6B angezeigt. Die fehlende Achse Tb" ergibt sich aus der Achse Ta" durch die genannte Spiegelsymmetriebedingung.
Die zentrale Klappe 90c" ist zwar grundsätzlich tordierbar, wird jedoch aufgrund ihrer in der Regel symmetrischen Anströmung nicht um die Torsionsachse T2" verformt werden. Die fächerförmige zentrale Klappe 90c" wird sich daher überwiegend durch Biegung um die Biegeachse B" verformen. Die randseitigen Klappen 90a" und 90b" sind dagegen nicht nur theoretisch um zwei zueinander orthogonale Schwenkachsen Ta" bzw. Tb" und B" schwenkbar, sondern werden diese Schwenkbewegung aufgrund ihrer asymmetrischen Anordnung bezüglich der Strömungsbahn S im Beatmungsbetrieb auch tatsächlich ausführen. Dadurch kann bereits bei geringer Verformung des Klappenabschnitts 72b' eine verhältnismäßig große Änderung des durchströmbaren Querschnittsbereichs an der Strömungswiderstandsanordnung 72" bewirkt werden.
Damit wird nicht nur ein über einen weiten Bereich von Durchflussmengen pro Zeiteinheit genauer Durchflusssensor erreicht, sondern sich etwaig im Bereich der Klappenränder 90a1", 90b1" und 90c1" ansammelnde Feuchtigkeit kann aufgrund der hohen Beweglichkeit der Klappen 90a", 90b" und 90c" die Strömungswiderstandsanordnung 72" selbst bei nur geringer Anströmung axial passieren, und zwar selbst dann, wenn keine Abführnuten 84 im Strömungskanal vorgesehen sind.
Der Winkelsektor 92" in der Ausführungsform der 6B ist größer als der Sektor 92' in 6A, übersteigt jedoch 45° nicht.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass in den 6A und 6B gleiche und funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, jedoch mit unterschiedlicher Apostrophenanzahl.
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.
Durch unterschiedliche Ausbildung der sich verjüngenden Abschnitte der Nebenanströmbereiche 90a3" und 90b3" kann die Lage der jeweiligen Biegeachsen B" dieser Nebenanströmbereiche an die Strömungsbahn S angenähert oder von dieser entfernt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/002091 A1 [0004, 0009]

Claims

Differenzdruck-Durchflusssensor (44) - mit einem Sensorgehäuse (46), welches einen das Sensorgehäuse (46) durchsetzenden Strömungskanal (52) definiert, der längs einer eine axiale Richtung definierenden virtuellen, den Strömungskanal (52) zentral durchlaufenden Strömungsbahn (S) von Fluid durchströmbar ist, - mit einer gestaltveränderlichen Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") zur Bereitstellung eines Strömungswiderstands im Strömungskanal (52) und - mit axial beiderseits der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") angeordneten Druckerfassungsformationen (56a, 58a), welche der Erfassung von einen Fluiddruck im Strömungskanal (52) repräsentierenden Druckwerten dienen, wobei der Strömungskanal (52) in einem die Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") enthaltenden, sich axial zu ihren beiden Seiten erstreckenden ersten Axialbereich (74) eine von einer den Strömungskanal (52) umschließenden Kanalaußenwandung (60) betragsmäßig im Wesentlichen konstante umschlossene Querschnittsfläche aufweist, und wobei auf einer Seite der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72"), mit axialem Abstand von dieser, ein zweiter Axialbereich (76) des Strömungskanals (52) ausgebildet ist, in welchem eine den Strömungskanal (52) nach radial außen begrenzende Kanalaußenwandung (60) eine betragsmäßig größere Querschnittsfläche umschließt als die Kanalaußenwandung (60) im ersten Axialbereich (74), dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Axialbereich (76) unter Bildung eines Radialspalts (82) mit der Kanalaußenwandung (60) ein Belegkörper (70) angeordnet ist, welcher derart bemessen ist, dass sich die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des zweiten Axialbereichs (76) betragsmäßig um nicht mehr als 10 %, bezogen auf die von Fluid durchströmbare Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs (74), von der von Fluid durchströmbaren Querschnittsfläche des ersten Axialbereichs (74) unterscheidet.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem ersten (74) und dem zweiten Axialbereich (76) ein Außen-Transienz-Axialbereich (78) endlicher Länge vorgesehen ist, längs welchem sich die von der Kanalaußenwandung (60) umschlossene Fläche ändert, vorzugsweise graduell ändert.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innen-Transienz-Axialbereich (79) endlicher axialer Länge vorgesehen ist, längs welchem sich die von dem Belegkörper (70) umschlossene Fläche ändert, vorzugsweise graduell ändert.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außen-Transienz-Axialbereich (78) und der Innen-Transienz-Axialbereich (79) längs eines axialen Überlappungsbereichs axial überlappen.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Außen-Transienz-Axialbereich (78) wenigstens ein Steg (80) vorgesehen ist, durch welchen der Belegkörper (70) mit einem radial äußeren Bereich des Sensorgehäuses (46) verbunden ist, wobei bevorzugt der Belegkörper (70) nur durch den wenigstens einen Steg (80) mit dem radial äußeren Bereich des Sensorgehäuses (46) verbunden ist.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Belegkörper (70) axial über wenigstens 70 %, vorzugsweise über wenigstens 85 %, besonders bevorzugt über die gesamte axiale Länge des zweiten Axialbereichs (76) erstreckt.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im ersten Axialbereich (74) in der Kanalaußenwandung (60) wenigstens eine in axiale Richtung verlaufende Abführnut (84) ausgebildet ist, welche axial unterbrechungsfrei an der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") vorbei verläuft.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abführnut (84) über den gesamten axialen Erstreckungsbereich des ersten Axialbereichs (74) erstreckt.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Axialbereich (76) in der Kanalaußenwandung (60) wenigstens eine in axiale Richtung verlaufende Abführnut (84) ausgebildet ist, wobei die Abführnut (84) des zweiten Axialbereichs (76) und die Abführnut (84) des ersten Axialbereichs (74) eine kontinuierliche axiale Abführnut (84) bilden.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abführnut (84) über den gesamten axialen Erstreckungsbereich des zweiten Axialbereichs (76) erstreckt.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (46) wenigstens zwei axial unmittelbar benachbarte Gehäusebauteile (48, 50) umfasst, von welchen jedes einen anderen Teil des Strömungskanals (52) definiert, wobei der zweite Axialbereich (76), und vorzugsweise wenigstens ein Abschnitt des ersten Axialbereichs (74), nur in einem der beiden Gehäusebauteile (48, 50) ausgebildet sind.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusebauteile (48, 50) die Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") zwischen sich am Sensorgehäuse (46) festlegen, wobei ein von einem Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72"), mit welchem diese am Sensorgehäuse (46) festgelegt ist, in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn (S) entfernt gelegener Umfangsabschnitt einer zwischen den beiden Gehäusebauteilen (48, 50) gebildeten Trennfuge (54, 54') zumindest auf der Oberfläche der Kanalaußenwandung (60) mit axialem Abstand von der Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") verläuft.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") aufweist: - einen außerhalb des Strömungskanals (52) angeordneten Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a"), mit welchem die Strömungswiderstandsanordnung (72; 72'; 72") am Sensorgehäuse (46) festgelegt ist, und - eine Mehrzahl von innerhalb des Strömungskanals (52) angeordneten relativ zueinander beweglichen Klappen (90a', 90b'; 90a", 90b", 90c"), welche relativ zum Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") relativ zueinander 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 (S) ausgelenkten Auslenkstellung, wobei der Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") bevorzugt den Strömungskanal (52) in Umfangsrichtung um die Strömungsbahn (S) um nicht mehr als 280°, vorzugsweise um nicht mehr als 180°, besonders bevorzugt um nicht mehr als 100° umgibt.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ankopplungsstellen (A1', A2'; A1", A2", A3") der Klappen am Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") in einem zusammenhängenden Winkelsektor (92', 92") um die Strömungsbahn (S) gelegen sind, dessen winkelmäßige Ausdehnung nicht mehr als 60°, vorzugsweise nicht mehr als 50°, besonders bevorzugt nicht mehr 45° beträgt.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Klappe (90a', 90b'; 90a", 90b", 90c") in ihrem Erstreckungsbereich im Strömungskanal (52), vorzugsweise durch Schlitzung, unterteilt ist in einen Hauptanströmbereich (90a2', 90b2'; 90a2", 90b2", 90c2") mit - bei Betrachtung des nicht-durchströmten Durchflusssensors (44) mit den Klappen (90a', 90b'; 90a", 90b", 90c") in der Ruhestellung als einem Bezugszustand - größerer Anströmfläche und in einen mit dem Hauptanströmbereich (90a2', 90b2'; 90a2", 90b2", 90c2") verbundenen Nebenanströmbereich (90a3', 90b3'; 90a3", 90b3", 90c3"), wobei der Hauptanströmbereich (90a2', 90b2'; 90a2", 90b2", 90c2") nur mittelbar über den Nebenanströmbereich (90a3', 90b3'; 90a3", 90b3", 90c3") mit dem Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") verbunden ist.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt des Nebenanströmbereichs (90a3', 90b3'; 90a3", 90b3", 90c3") als sich längs einer Steglängsrichtung (SLa1', SLa2'; SLa", SLc") erstreckender Stegabschnitt ausgebildet ist, in welchem ein Stegquerschnitt in einer zur Steglängsrichtung (SLa1', SLa2'; SLa", SLc") 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.
Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Festlegeabschnitt (72a; 72a'; 72a") und die Mehrzahl von Klappen (90a', 90b'; 90a", 90b", 90c") in der Ruhestellung in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Beatmungsvorrichtung (10) zur künstlichen Beatmung eines Patienten mit - einer Beatmungsgasquelle (15), - einer zwischen der Beatmungsgasquelle (15) und einem patientenseitigen, proximalen Ende verlaufenden Beatmungsleitungsanordnung (30), - einer Ventilanordnung (20, 22), umfassend ein Inspirationsventil (20) und ein Exspirationsventil (22), - einer Durchflusssensoranordnung (44, 47) zur quantitativen Erfassung eines Gasflusses in der Beatmungsleitungsanordnung (30), umfassend wenigstens einen Durchflusssensor (44), - eine Drucksensoranordnung (27) zur quantitativen Erfassung eines Gasdrucks von in der Beatmungsleitungsanordnung (30) strömendem Gas, - einer Druckveränderungsanordnung (16) zur Veränderung des Gasdrucks des in der Beatmungsleitungsanordnung (30) strömenden Gases, und mit - einer Steuereinrichtung (18), welche dazu ausgebildet ist, den Betrieb der Druckveränderungsanordnung auf Grundlage von Messsignalen der Durchflusssensoranordnung (44, 47) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Durchflusssensor (44) ein Differenzdruck-Durchflusssensor (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.