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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet medizinischer Instrumente und insbesondere eine den Atemfluss einstellende Vorrichtung und ein Atemgerät.
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Hintergrund
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Vorhandene Vorrichtungen, die den Atemfluss einstellen und eine relativ geringe Steuerautomatik aufweisen, verursachen in notfallmedizinischen Behandlungen bedeutende Unannehmlichkeiten. Darüberhinaus ist es schwierig, eine Genauigkeit der vorhandenen Vorrichtungen, die den Atemfluss einstellen, sicher zu stellen und es sind teure elektromagnetische Proportionalventile und Flusssensoren erforderlich, um eine Vorrichtung, die den Atemfluss einstellt, mit großer Genauigkeit unter Verwendung eines komplizierten Steueralgorithmus mit Regelschleife bereitzustellen, wodurch die Herstellungskosten, sowie Wartungsschwierigkeiten und Preise erhöht werden.
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Zusammenfassung
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Um die Nachteile des Stands der Technik auszuräumen, die technischen Kosten zu verringern, die technische Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Genauigkeit und die Steuerungsautomatik einer Vorrichtung zu verbessern, die den Atemfluss einstellt, sieht die vorliegende Erfindung eine den Atemfluss einstellende Vorrichtung und ein Atemgerät vor.
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Eine den atemflusseinstellende Vorrichtung umfasst einen Körper, wobei der Körper eine Ausnehmung, einen innerhalb der Ausnehmung angebrachten Ventileinsatz, einen Gaseinlass, einen Gasauslass und eine Gasdurchführung umfasst, die den Gaseinlass mit dem Gasauslass verbindet. Die den Atemfluss einstellende Vorrichtung umfasst ferner einen Motor und eine Steuereinheit, wobei an einem Ende des Ventileinsatzes, das nahe der Gasdurchführung ist, ein Durchführungsverschluss angeordnet ist, wobei sich abhängig von der Position des Durchführungsverschlusses in der Gasdurchführung eine Lücke zwischen dem Durchführungsverschluss und der Gasdurchführung verändert, Zusammenhänge zwischen Flussraten des Gases, das durch die Gasdurchführung strömt, und Drehwinkeln einer Drehwelle des Motors in der Steuereinheit gespeichert sind und die Steuereinheit zum Antrieb des Ventileinsatzes unter Steuerung des Drehwinkels der Drehwelle des Motors ausgebildet ist, um den Durchführungsverschluss an einer entsprechenden Position innerhalb der Gasdurchführung zu halten.
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Die den Atemfluss einstellende Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise ein Zahnradpaar, ein Drehpotentiometer oder eine fotoelektrisch kodierte Scheibe, einen ersten fotoelektrischen Sensor und einen zweiten fotoelektrischen Sensor, wobei das Zahnradpaar ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad umfasst, die miteinander in Eingriff stehen, wobei die Drehwelle des Motors zum Antrieb des Drehpotentiometers oder der fotoelektrisch kodierten Scheibe ausgebildet ist, um sich mit der Drehwelle synchron zu drehen, und wobei die Drehwelle des Motors dazu ausgebildet ist, dass eine Bewegung des Ventileinsatzes entlang der Ausnehmung im Körper durch ein aufeinander folgendes Antreiben des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads bewirkt wird, wobei im ersten Zahnrad ein seitliches Durchgangsloch an einer Position gebildet ist, die von der Drehwelle des Motors um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, und wobei der erste fotoelektrische Sensor und der zweite fotoelektrische Sensor am ersten Zahnrad an einem Umfang bezüglich eines Mittelpunkts der Drehwelle des Motors und unter einem Radius gleich dem vorgegebenen Abstand angeordnet sind, und wobei die Steuereinheit zur Steuerung des Motors zur Rückwärtsbewegung oder zum Anhalten der Bewegung ausgebildet ist, wenn das Durchgangsloch an eine Position bewegt wird, die zum ersten fotoelektrischen Sensor oder zum zweiten fotoelektrischen Sensor ausgerichtet ist.
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Die Steuereinheit ist vorzugsweise mit dem Drehpotentiometer oder der fotoelektrisch kodierten Scheibe elektrisch verbunden und bei Steuerung des Motors zum Drehen um einen vorbestimmten Winkel zur Erfassung eines elektrischen Signals ausgebildet, das von dem Drehpotentiometer oder der fotoelektrisch kodierten Scheibe ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob ein tatsächlicher Drehwinkel des Motors mit dem vorgegebenen Drehwinkel übereinstimmt.
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Die den Atemfluss einstellende Vorrichtung umfasst vorzugsweise ferner eine Ventileinsatzverschlussstange und ein elastisches Element, wobei das zweite Zahnrad zum Antrieb der Ventileinsatzverschlussstange ausgebildet ist, um diese in die Ausnehmung des Körpers zu bewegen, wobei ein Ende der Ventileinsatzverschlussstange mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist, während das andere Ende der Ventileinsatzverschlussstange innerhalb der Ausnehmung zwischen dem Ventileinsatz und dem zweiten Zahnrad angeordnet ist, um einen Bewegungsspielraum des Ventileinsatzes zu begrenzen, und wobei das in der Ausnehmung angebrachte elastische Element, dessen eines Ende mit dem Ventileinsatz in Kontakt steht, zur Erzeugung einer elastischen Kraft ausgebildet ist, um den Ventileinsatz zur Gasdurchführung zu bewegen.
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Die Steuereinheit ist vorzugsweise ferner zum Aufnehmen einer zugeführten Gasflussrate ausgebildet.
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Der Durchführungsverschluss weist vorzugsweise eine sphärische Gestalt, eine konische Gestalt oder eine pyramidenförmige Gestalt auf.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Atemgerät bereit, das die den Atemfluss einstellende Vorrichtung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft darin: dass eine automatische Steuerung der Gasflussrate unter Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den Gasflussraten und den Drehwinkeln der Drehwelle des Motors umgesetzt wird; dass ferner das Drehpotentiometer oder die fotoelektrisch kodierte Scheibe für eine Feedback-Erfassung des Drehwinkels der Drehwelle des Motors eingesetzt wird, so dass die Steuerung der Gasflussrate genauer ist; dass darüberhinaus zur Erfassung des Durchgangsloches im ersten Zahnrad zwei fotoelektrische Sensoren eingesetzt werden, um wirkungsvoll eine Beschädigung des Drehpotentiometers hervorgerufen durch eine übermäßige Drehung der Drehwelle des Motors zu verhindern. Die den Atemfluss einstellende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist stabil und zuverlässig, weist geringe Kosten auf und ist leicht zu warten, ist kosteneffizient in der Wartung und ist bequem zu bedienen, so das eine zur Vorbereitung einer Reanimation erforderliche Zeit verkürzt und die Erfolgsrate bei der Reanimierung von Patienten bei hoher Automatik verbessert werden kann.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer den Atemfluss einstellenden Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Einige spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Kombination mit den beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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Gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine den Atemfluss einstellende Vorrichtung: einen Körper, einen Motor (insbesondere einen Steuermotor), ein Zahnradpaar, ein Drehpotentiometer, eine Steuereinheit, einen ersten fotoelektrischen Sensor 13 und einen zweiten fotoelektrischen Sensor 16. Der Körper weist eine Ausnehmung A, einen innerhalb der Ausnehmung A angebrachten Ventileinsatz 1, eine Ventileinsatzverschlussstange 3, einen Gaseinlass B, einen Gasauslass C und eine Gasdurchführung 15 auf, die den Gaseinlass B mit dem Gasauslass C verbindet. An einem Ende des Ventileinsatzes 1, das nahe der Gasdurchführung 15 ist, ist ein Durchführungsverschluss 7 (insbesondere ein Beschränkungs- oder Drosselungsverschluss) angeordnet, so dass eine Lücke zwischen dem Durchführungsverschluss 7 und der Gasdurchführung 15 abhängig von den Positionen des Durchführungsverschlusses 7 in der Gasdurchführung 15 variiert. Demzufolge entspricht eine jede Position des Durchführungsverschlusses 7 einer Flussrate des Gases, das durch die Gasdurchführung 15 hindurchtritt. Hierzu weist ein Bereich des Durchführungsverschlusses 7, der in den Durchführungsverschluss 7 eintreten kann, eine verjüngende Gestalt mit einem graduell abnehmenden Querschnitt auf. Der Durchführungsverschluss 7 weist z. B. eine sphärische Gestalt, eine konische Gestalt, eine pyramidenförmige Gestalt usw. auf, um den Eintritt des Durchführungsverschlusses 7 in die Gasdurchführung 15 zu unterstützen. Desweiteren stimmt der größte Querschnitt des Durchführungsverschlusses 7 vorzugsweise mit der Größe der Gasdurchführung 15 überein, um die Gasdurchführung 15 vollständig zu verschließen. Das Zahnradpaar umfasst ein erstes Zahnrad 10 und ein zweites Zahnrad 9, die miteinander in Eingriff stehen. Am Mittelpunkt des ersten Zahnrads 15 ist eine Drehwelle des Motors angebracht, um das erste Zahnrad 15 drehbar anzutreiben. Am Mittelpunkt des zweiten Zahnrads 9 ist ein Ende der Ventileinsatzverschlussstange 3 angebracht, während das andere Ende der Ventileinsatzverschlussstange 3 in der Ausnehmung A des Körpers angeordnet ist und sich an die Oberseite des Ventileinsatzes 1 anlegt, so dass das zweite Zahnrad 9 die Ventileinsatzstoppstange 3 antreiben kann, so dass sie sich entlang der Ausnehmung A auf und ab bewegt. Jeder Winkel, um den das zweite Zahnrad 9 gedreht wird, bewirkt, dass sich die Ventilverschlussstange 3 um eine bestimmte Strecke bewegt, wodurch ein Zusammenhang zwischen einem Drehwinkel des Motors und einer Gasflussrate ermittelt werden kann. Am Boden des Ventileinsatzes 1 nahe an der Gasdurchführung 15 ist der Durchführungsverschluss 7 angeordnet. Das Drehpotentiometer ist an der Drehwelle des Motors über einen festen Stift 11 angebracht, so dass das Drehpotentiometer synchron mit der Drehwelle des Motors gedreht werden kann. Ein elektrischer Signalausgangsanschluss des Drehpotentiometers, das zur Ausgabe eines elektrischen Signals gemäß einem Drehwinkel des Drehpotentiometers ausgebildet ist, ist mit der Steuereinheit elektrisch verbunden, die wiederum mit dem Motor verbunden ist. Im ersten Zahnrad 10 ist am Umfang unter einem bestimmten Radius ein Durchgangsloch 12 angeordnet, wobei die Drehwelle des Motors durch einen Mittelpunkt des ersten Zahnrads 10 verläuft, und wobei der erste fotoelektrische Sensor 13 und der zweite fotoelektrische Sensor 16 am ersten Zahnrad 10 am Umfang unter einem bestimmten Radius angeordnet ist und die Drehwelle des Motors durch einen Mittelpunkt des ersten Zahnrads 10 verläuft, so dass der erste fotoelektrische Sensor 13 und der zweite fotoelektrische Sensor 16 hinsichtlich des Durchgangsloches 12 während der Drehung des ersten Zahnrads 10 ausgerichtet werden können.
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Der Zusammenhang zwischen den Flussraten des Gases, das durch die Gasdurchführung 15 hindurchtritt, und den Drehwinkeln der Drehwelle des Motors kann in der Steuereinheit gespeichert sein.
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Die den Atemfluss einstellende Vorrichtung kann ferner ein elastisches Element 4 umfassen, das innerhalb der Ausnehmung A angebracht ist und ein Ende aufweist, das mit dem Ventileinsatz 1 in Kontakt steht und das zur Erzeugung einer elastischen Kraft ausgebildet ist, die eine Bewegung des Ventileinsatzes 1 zur Gasdurchführung 15 hin bewirkt. Das elastische Element 4 kann vorzugsweise eine Feder sein, durch die die Ventileinsatzverschlussstange 3 verlängert wird, wobei sich ein Ende der Feder gegen den Ventileinsatz 1 abstützt und sich das andere Ende der Feder gegen die Innenwand des Körpers der den Atemfluss einstellenden Vorrichtung abstützt.
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Wenn bei Eintritt des Gases in den Gaseinlass B eine bestimmte Gasflussrate gewünscht wird, kann die gewünschte Gasflussrate in die Steuereinheit über Eingabemittel eingegeben werden, so dass die Steuereinheit gemäß der gewünschten Gasflussrate einen entsprechenden Winkel bestimmt, unter dem der Motor zu drehen ist, und bewirkt, dass die Drehwelle des Motors um den bestimmten Winkel gedreht wird, so dass dementsprechend das erste Zahnrad 10 und das zweite Zahnrad 9 aufgrund der Drehung der Drehwelle um die entsprechenden Winkel gedreht werden, so dass sich die Ventileinsatzverschlussstange 3 um eine entsprechende Strecke bewegt. Aufgrund des Drucks des Gases vom Gaseinlass B wird der Ventileinsatz 1 zu der Ventileinsatzverschlussstange 3 entlang der Ausnehmung A bewegt und schließlich an einer bestimmten Position durch die Ventileinsatzverschlussstange 3 angehalten, während der Durchführungsverschluss 7 an einer entsprechenden Position in der Gasdurchführung 15 gehalten wird, so dass die Flussrate des durch die Gasdurchführung 15 hindurchtretenden Gases der entsprechenden Gasflussrate entspricht, die in die Steuereinheit eingegeben wurde.
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In einigen Fällen kann es passieren, dass sich der Motor nicht um den entsprechenden Winkel dreht, wodurch sich ein Fehler in der tatsächlichen Flussrate des durch die Gasdurchführung 15 hindurchtretenden Gases ergibt. Hierin bestimmt die Steuereinheit unter Erfassung des von dem Drehpotentiometer ausgegebenen elektrischen Signals, ob der Drehwinkel des Drehpotentiometers mit dem entsprechenden Winkel übereinstimmt. Falls sich ergibt, dass der Drehwinkel des Drehpotentiometers nicht mit dem entsprechenden Winkel übereinstimmt, fährt die Steuereinheit damit fort, eine Drehung des Motors zu bewirken, bis der erfasste Drehwinkel des Drehpotentiometers mit diesem entsprechenden Winkel übereinstimmt. Auf diese Weise wird eine Steuerung des Drehwinkels des Motors und der Gasflussrate mit Regelschleife umgesetzt, wodurch die Genauigkeit der Gasflussrate verbessert wird.
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Der Drehwinkel des Drehpotentiometers ist innerhalb eines erlaubten Bereichs begrenzt und ein Drehwinkel, der den erlaubten Bereich überschreitet, beschädigt die interne Struktur des Drehpotentiometers und setzt folglich das Drehpotentiometer außer Kraft. Dementsprechend sind der erste fotoelektrische Sensor (insbesondere ein fotoelektrischer Schalter) 13 und der zweite fotoelektrische Sensor 16 am Umfang mit einem Mittelpunkt an der Drehwelle des Motors angeordnet und ein Winkel zwischen dem fotoelektrischen Sensor 13 und dem zweiten fotoelektrischen Sensor 16 kann gemäß dem erlaubten Bereich der Drehwinkel (beispielsweise von 0° bis 360° Grad) ausgelegt sein. Auf diese Weise erfasst der erste fotoelektrische Sensor 13 die Gegenwart des Durchgangslochs 12 und die Steuereinheit steuert demgemäß den Motor, um die Drehung anzuhalten oder rückwärts zu drehen (insbesondere entgegengesetzt zu drehen) sofern die Steuereinheit eine Anweisung empfangen hat, die eine entgegengesetzte Drehung des Motors bewirkt, wenn das Durchgangsloch 12 in eine Position gedreht wird, die bezüglich des ersten fotoelektrischen Sensors 13 ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise erfasst der zweite fotoelektrische Sensor 16 die Gegenwart des Durchgangslochs 12 und die Steuereinheit steuert demgemäß den Motor, um die Drehung anzuhalten oder rückwärts zu drehen sofern die Steuereinheit eine Anweisung empfangen hat, die die Rückwärtsdrehung des Motors bewirkt, wenn das Durchgangsloch 12 in eine Position gedreht ist, in der sie bezüglich des zweiten fotoelektrischen Sensors 16 ausgerichtet ist. Wenn die Ausrichtung des fotoelektrischen Schalters bezüglich des Durchgangslochs 12 ergibt, dass sich der fotoelektrische Schalter in einem ausgeschalteten Zustand befindet, und die Fehlausrichtung des fotoelektrischen Schalters bezüglich des Durchgangslochs 12 ergibt, dass der fotoelektrische Schalter in einem ausgeschalteten Zustand ist, steuert die Steuereinheit den Motor, so dass die Drehung angehalten wird oder sich der Motor rückwärts dreht, wenn der ausgeschaltete Zustand des fotoelektrischen Schalters erfasst wird. Die Steuerung des Motors auf Basis der Erfassungssignale der ersten und zweiten fotoelektrischen Sensoren ist der Steuerung des Motors durch die Steuereinheit auf Basis von empfangenen Steueranweisungen, die von einem Benutzer eingegeben werden, um das Drehpotentiometer zu schützen, überlegen. Die hierin genannte Rückwärtsdrehung bezieht sich auf eine Drehung des Motors entlang einer Richtung entgegen der gegenwärtigen Drehrichtung.
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Wenn eine fotoelektrisch kodierte Scheibe anstelle des Drehpotentiometers eingesetzt wird, wird die fotoelektrisch kodierte Scheibe auch synchron zur Drehwelle des Motors gedreht. Eine Drehung der fotoelektrisch kodierten Scheibe um einen Winkel bewirkt eine Ausgabe einer entsprechenden Anzahl von elektrischen Pulssignalen und die Steuereinheit kann den tatsächlichen Drehwinkel der fotoelektrisch kodierten Scheibe (insbesondere den tatsächlichen Drehwinkel der Drehwelle des Motors) gemäß der elektrischen Pulssignale bestimmen, so dass auch eine rückgekoppelte Erfassung umgesetzt werden kann.
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Falls in den Gaseinlass B kein Gas eintritt wird der Ventileinsatz 1 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 4 zu der Gasdurchführung 15 bewegt, so dass der Durchführungsverschluss 7 zum Blockieren der Gasdurchführung 15 in die Gasdurchführung 15 bewegt wird.
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Wie aus den obigen Betriebsprinzipien hervorgeht ist das elastische Element 4 nicht notwendig, da es nicht darauf ankommt, ob die Gasdurchführung 15 verschlossen ist oder nicht, wenn in den Gaseinlass B kein Gas eintritt. Die Gegenwart des elastischen Elements 4 verhindert ein einfaches Schütteln des Ventileinsatzes 1. Darüberhinaus können der Ventileinsatz 1 und die Ventileinsatzverschlussstange 3 aneinander befestigt sein, wenn das elastische Element 4 nicht vorhanden ist, insbesondere wenn der Ventileinsatz 1 und die Ventileinsatzstoppstange 3 in einem Stück ausgebildet sein können und in der Ausnehmung Atemflusseinstellende Vorrichtung aufgrund der Drehung des zweiten Zahnrads 9 bewegt werden können.
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Die Steuereinheit kann ein Mainboard und ein Motorsteuerungsboard aufweisen. Im Mainboard kann eine Zusammenhangstabelle zwischen den Gasflussraten und Drehwinkeln des Motors gespeichert sein. Bei Aufnahme einer durch einen Benutzer eingegebenen Gasflussrate überträgt das Mainboard an das Motorsteuerboard Daten zu einem Drehwinkel des Motors, so dass das Motorsteuerboard die Drehwelle des Motors zum Drehen um einen bestimmten Winkel steuert. Das Drehpotentiometer und das Motorsteuerboard sind mit dem Mainboard elektrisch verbunden und das Motorsteuerboard ist mit dem Motor, dem fotoelektrischen Sensor 13 und dem zweiten fotoelektrischen Sensor 16 verbunden. Das Drehpotentiometer und der Motor können am Körper (z. B. durch Anbringen des Motors an einem oberen Ventilblock 2 und ein Anbringen des Drehpotentiometers an einem unteren Ventilblock 5) angebracht sein, und der erste fotoelektrische Sensor 13 und der zweite fotoelektrische Sensor 16 können an fotoelektrischen Sensorträgern 14 angebracht sein, die an dem Motor angebracht sind. Zwischen einer Gasquelle und dem Gaseinlass B kann ein elektromagnetische Proportionalventil angeordnet sein, das durch Steuerung des Mainboards ein- und ausgeschaltet werden kann.
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Die Ausnehmung A umgibt den oberen Ventilblock 2 und den unteren Ventilblock 5, die den Körper der den Atemfluss einstellenden Vorrichtung bildet. Der Boden des Ventileinsatzes 1 ist mit einem Dichtring 6 ummantelt, um zu verhindern, dass Gas durch eine Lücke zwischen dem Ventileinsatz 1 und dem Körper in die Ausnehmung A eintritt. Falls der Durchgangsverschluss 7 eine sphärische Gestalt aufweist, ist ein Verschlussstöpsel 8 am Boden des unteren Ventilblocks 5 angebracht, um ein Durchfallen des Durchführungsverschlusses 7 durch die Gasdurchführung 15 zu verhindern.
