DE19950825C2 - Mundstück für Atemmeßgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mundstück für ein Atemmeßgerät, dessen Innenwandung ein wärmeisolierendes Material derart umfaßt, daß der Atemgasstrom auf seinem Weg durch das Mundstück keine wesentliche Temperaturänderung erfährt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mundstück für ein Atemmeßgerät, insbesondere ein Atemalkoholmeßgerät mit integrierter Atemtemperaturmessung.

Bekannt sind die im Einsatz befindlichen Atemalkoholmeßgeräte, in deren Funktionsumfang eine Atemtemperaturmessung nicht integriert ist (vgl. beispielsweise DE 44 45 447 A1, DE 43 27 312 A1, EP 0 153 883 A1 und DE 29 06 908 A1).

Die Temperatur des Ausatemstroms ist beim Menschen jedoch nicht konstant, sie hängt z. B. von der Umgebungstemperatur der Luft oder vom körperlichen Zustand (Fieber) ab. Die Atemtemperatur kann zwischen 30° und 40°C schwanken. Darüber hinaus ist die Ausatemluft mit Wasserdampf gesättigt. Beim Ausatmen kann es daher an den Mundstückwandungen eines Atemalkoholmeßgeräts zur Kondensation von Wasserdampf kommen, wodurch die Gastemperatur beeinflußt wird. Durch Schwankungen der Atemtemperatur kommt es zu Meßfehlern bei der Bestimmung der Alkoholkonzentration in dem Atemgas.

Bei einer Temperaturänderung von 1°C bei 34°C kommt es bereits zu einem Fehler von 6,5% (G. Schoknecht, Z. Med. Phys. 6 (1996), 7-13).

Es wurden daher Atemalkoholmeßgeräte vorgeschlagen, die über einen im Atemgasstrom angebrachten Temperatursensor verfügen, dessen Meßwert für eine zielgerichtete Kompensation des Fehlers benutzt wird, mit dem bei Schwankungen der Atemtemperatur der Meßwert der Atemalkoholkonzentration behaftet ist (G. Schoknecht, a. a. O.; DIN/VDE 0405). Eine solche Temperaturkompensation des Atemalkoholmeßsignals steht in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit der Temperaturmessung der in das Gerät geleiteten Atemluft des Probanden.

Atemalkoholmeßgeräte weisen aus hygienischen Gründen ein auswechselbares Mundstück auf, in welches der Proband hineinbläst.

Auswechselbare Mundstücke für Atemalkoholmeßgeräte werden beispielsweise in der WO 98/08436 und der DE 32 33 462 A1 beschrieben. Es wird vorgeschlagen, die Mundstücke aus Polypropylen zu fertigen.

Eine Vorrichtung aus Plastik zur Erzeugung eines Druckabfalls für einen Pneumotachographen wird in der GB 1 202 911 offenbart. Durch die Wärmeisolation des Plastikkörpers soll eine Kondensation von Wasserdampf verhindert werden.

Bei Atemalkoholmeßgeräten mit integrierter Atemtemperaturmessung ist der Temperatur-Sensor direkt hinter dem Mundstück in einem Adapter plaziert, um die Temperatur des Atemgases möglichst frühzeitig nach dem Ausatmen zu erfassen. Hierdurch wird es ermöglicht, den temperaturbedingten Meßfehler bei der Atemalkoholmessung zumindest teilweise zu kompensieren.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die insbesondere bei der Atemalkoholmessung auftretenden Probleme zu lösen und dadurch insbesondere die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Alkoholbestimmung in der Atemluft zu verbessern. Es sollte eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, mit der der Meßfehler bei der Atemanalyse minimiert werden kann.

Es wurde nun gefunden, daß trotz der frühzeitigen Erfassung der Atemgastemperatur nach dem Ausatmen eine für die Temperaturkompensation relevante Verfälschung des Meßwerts durch das aus hygienischen Gründen vorgeschriebene, auswechselbare Mundstück erfolgen kann, da es trotz der Kürze des Mundstücks zu einem Temperaturaustauschprozeß zwischen dem Wandungsmaterial des Mundstücks und dem hindurchströmenden Atemgas kommt, der zur Verfälschung der wirklichen Atemgastemperatur führt. Außerdem kann es zu Kondensation von Wasserdampf an der Mundstückwandung kommen, wodurch die Gastemperatur ebenfalls beeinflußt wird.

Außerdem wurde gefunden, daß es durch eine geeignete konstruktive Ausgestaltung des Mundstücks überraschenderweise möglich ist, den Meßfehler bei Alkoholmessungen zu verringern und die Reproduzierbarkeit der Messungen zu vergrößern.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Mundstück für ein Atemmeßgerät, worin die Innenwandung des Mundstücks, mit der der Atemgasstrom in Kontakt kommt, zumindest zu einem solchen Teil aus einem oder mehreren wärmeisolierenden Materialien besteht, daß der Atemgasstrom auf seinem Weg durch das Mundstück keine wesentliche Temperaturänderung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material ein Schaumstoff aus Polyurethan, Polystyrol oder Polyvinylchlorid ist.

Durch das erfindungsgemäße Mundstück wird der Temperaturaustauschprozeß zwischen dem Mundstück und dem Atemgas so weit vermindert, daß die Genauigkeit der anschließenden Temperaturmessung in für die Meßwertfehlerkompensation signifikanter Weise erhöht wird.

Unter "keine wesentliche Temperaturänderung" wird vorliegend bevorzugt keine oder eine solche Temperaturänderung verstanden, die so gering ist, daß sie keinen oder nur einen untergeordneten Einfluß auf die Meßwertkorrektur beispielsweise bei der Atemalkoholmessung hat. Bevorzugt ist die durch das auswechselbare Mundstück verursachte Temperaturänderung der Ausatemluft insbesondere bei einem Durchfluß von 0,2 l/s und bei einer Temperaturmessung nach 6 Sekunden Durchtrittszeit nicht größer als ±0,2°C, besonders bevorzugt nicht größer als ±0,1°C und insbesondere etwa 0°C.

Das vorstehend genannte Kriterium wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß die Innenwandung des Mundstücks, mit dem der Atemgasstrom in Kontakt kommt, zumindest teilweise aus dem wärmeisolierenden Material besteht. Der Anteil der Innenwandung des Mundstücks, der aus dem wärmeisolierenden Material besteht, sollte so gewählt sein, daß der Atemstrom auf seinem Weg durch das Mundstück keine wesentliche Temperaturänderung erfährt. Besonders bevorzugt besteht die Innenwandung des Mundstücks überwiegend, vorteilhaft sogar ausschließlich, aus dem wärmeisolierenden Material.

Die Innenwandung des Mundstücks kann mit dem wärmeisolierenden Material beispielsweise ganz oder teilweise belegt oder beschichtet sein. Es können ein oder mehrere wärmeisolierende Materialien in einem Mundstück eingesetzt werden. Zur einfacheren Herstellung bestehen die gesamten Wandungen des erfindungsgemäßen Mundstücks vorteilhaft aus einem oder mehreren der wärmeisolierenden Materialien.

Als wärmeisolierende Materialien eignen sich vorliegend insbesondere solche Materialien, die einen Wärmeleitwert (auch Wärmeleitkoeffizient oder Wärmeleitzahl genannt) von < 0,1 W/mK aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist nach DIN 1341 definiert.

Als wärmeisolierende Materialien mit einem Wärmeleitwert von < 0,1 W/mK werden Schaumstoffe aus Polyurethan, Polystyrol oder Polyvinylchlorid, wie insbesondere Styropor® eingesetzt. Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß Styropor® als wärmeisolierendes Material eingesetzt.

Das erfindungsgemäß eingesetzte wärmeisolierende Material muß selbstverständlich eine ausreichende Festigkeit aufweisen und, insbesondere wenn die gesamte Mundstückwandung aus dem Material besteht, auch einen Durchtritt der Atemluft nach außen verhindern. Die notwendige Festigkeit des Materials hängt davon ab, ob nur die Innenwandung des Mundstücks mit dem Material ausgekleidet ist, oder ob die gesamte Wandung aus dem Material besteht. Wenn die gesamte Wandung daraus besteht, muß das Material so fest sein, daß es eine sichere Handhabung des Mundstücks gewährleistet. Bevorzugt ist das wärmeisolierende Material luftundurchlässig, um seine Isolationseigenschaften zu verbessern.

Aus hygienischen Gründen ist in Mundstücken für Atemalkoholmeßgeräte eine Atemsperre vorgeschrieben, die ein Zurücksaugen von Luft verhindert. Hierdurch wird vermieden, daß der Proband Bakterien von seinem Vorgänger aus dem Atemalkoholmeßgerät in den Mund einatmet. Erfindungsgemäß ist diese Atemsperre, wenn vorhanden, so ausgestaltet, daß der Atemgasstrom durch die Berührung mit der Atemsperre keine wesentliche Temperaturänderung erfährt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Atemsperre zu einem möglichst großen Teil aus einem wärmeisolierenden Material besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Atemsperre eine dünne Membran, die so in dem Mundstück angeordnet ist, daß sie beim Hineinblasen in das Mundstück die Atemluft vorbeiströmen läßt und beim Zurücksaugen von Luft das Mundstück verschließt. Die konstruktive Ausgestaltung solcher Atemsperren ist dem Fachmann bekannt (vgl. beispielsweise DE 32 33 462 A1).

Erfindungsgemäß besteht die Atemsperre bevorzugt aus einer möglichst dünnen Membran mit einem möglichst kleinen Wärmeleitwert, wie beispielsweise eine dünne Polyethylen- oder Polypropylenfolie. Polyethylen weist bespielsweise einen Wärmeleitwert von 0,3 W/mK auf. Dadurch, daß die Membran möglichst dünn ausgestaltet ist und aus einem Material besteht, das einen möglichst geringen Wärmeleitwert aufweist, wird der Wärmeaustausch zwischen der Membran und dem Atemgasstrom und damit die Temperaturänderung des Atemgases beim Durchströmen des Mundstücks minimiert.

Besonders vorteilhaft besteht die Membran auch aus einem wärmeisolierenden Material mit einem Wärmeleitwert < 0,1 W/mK. Hierdurch kann es jedoch zu konstruktiven Problemen kommen, da sich solche Materialien im allgemeinen schlecht zur Herstellung von Membranen eignen.

Vorteilhaft umfaßt das erfindungsgemäße Mundstück auch eine Speichelfalle, die so im Atemweg angeordnet ist, daß Speicheltröpfchen beim Blasen von Atemluft durch das Mundstück nicht in das dahinterliegende Meßgerät gelangen. Die konstruktive Ausgestaltung solcher Speichelfallen ist dem Fachmann bekannt (vgl. beispielsweise DE 32 33 462 A1).

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Mundstück bis auf die Membran der Atemsperre ausschließlich aus einem der wärmeisolierenden Materialien mit einem Wärmeleitwert von < 0,1 W/mK, insbesondere Styropor®.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines der wärmeisolierenden Materialien zur Herstellung eines Mundstücks für ein Atemmeßgerät sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Mundstücks für ein Atemalkoholmeßgerät, insbesondere mit integrierter Atemtemperaturmessung. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Mundstücks ist jedoch nicht auf Atemalkoholmeßgeräte beschränkt, sondern es kann für jedes Atemmeßgerät, insbesondere mit Atemtemperaturmessung vorteilhaft eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Mundstück wird beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die perspektivische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mundstücks.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Mundstück entlang des Winkels B-B in Fig. 3.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Mundstück entlang der Linie A-A in Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die Temperatur eines Prüfgases nach Durchtritt durch ein erfindungsgemäßes Mundstück in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 5 zeigt die Temperatur eines Prüfgases nach Durchtritt durch ein herkömmliches Mundstück in Abhängigkeit von der Zeit.

Das in den Fig. 1-3 dargestellte Mundstück besteht aus einem Einlaßteil 1, das mit einem Grundkörper 3 verbunden ist. Als Atemsperre weist das Mundstück eine Membran 2 auf. Einlaßteil 1 und Grundkörper 3 bestehen vollständig aus einem wärmeisolierenden Material, wie Styropor®. Die Membran 2 besteht aus einer Kunststoff-Folie, wie eine Polyethylen-Folie.

Bei der Montage des Mundstücks wird die Membran in den Grundkörper 3 gelegt und das Einlaßteil 1 wird anschließend in den Grundkörper 3 eingesteckt und mit diesem beispielsweise verklebt.

Entlang seiner Längsachse weist das Mundstück eine zentrale Bohrung als Atemluftdurchtrittsöffnung auf, die von der Membran 2 unterbrochen wird. Beim Hineinblasen von Atemluft in das Einlaßteil 1 des Mundstücks wird die Membran 2 aus der in Fig. 2 dargestellten Position nach rechts gedrückt, bis sie auf den Auflagen 4 zu ruhen kommt. In dieser Position kann die Atemluft außen an der Membran vorbeiströmen und durch die in Fig. 3 erkennbaren Aussparungen 5 des Grundkörpers 3 zur Luftaustrittsöffnung 6 gelangen. Beim Zurücksaugen von Luft wird die Membran 2 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung gesaugt, wodurch sie einen Luftdurchtritt durch den Einlaßteil 1 verhindert.

Zusätzlich weist der Grundkörper 3 Hohlräume 7 auf, die um die Luftdurchtrittsöffnung radial angeordnet sind und die als Speichelfalle dienen. Diese Speichelfalle verhindert, daß Speicheltröpfchen beim Blasen von Atemluft durch das Mundstück in das dahinterliegende Atemmeßgerät gelangen.

Beispiel

Die Temperaturänderung eines Prüfgases beim Durchtritt durch ein erfindungsgemäßes Mundstück aus Styropor und die Temperaturänderung des Prüfgases beim Durchtritt durch ein herkömmliches Mundstück aus Polypropylen (erhältlich von der Firma Siemens) wurden gemessen. Hinter dem Mundstück befand sich jeweils ein Adapter mit Temperatursensor.

Das Prüfgas wurde jeweils mit einer konstanten Temperatur von 32,5°C und einem Durchfluß von 0,2 l/s in die Mundstücke eingeleitet. Die Temperatur am Temperatur-Sensor wurde in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Nach 6 Sekunden sollte bei dem eingestellten Durchfluß von 0,2 l/s die tatsächliche Temperatur des Gases erreicht sein.

Die Ergebnisse der Messungen sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei Fig. 4 das Meßergebnis mit dem erfindungsgemäßen Mundstück und Fig. 5 das Meßergebnis mit dem herkömmlichen Mundstück zeigt. Der 6-Sekunden-Zeitintervall vom Beginn des Einblasens bis zu dem Zeitpunkt, an dem die tatsächliche Temperatur erreicht sein soll, ist in den Diagrammen ebenfalls dargestellt.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, steigt die Temperatur des aus dem Mundstück austretenden Gases steil an und erreicht nach ca. 6 Sekunden bereits die tatsächliche Temperatur des einströmenden Gases. Demgegenüber steigt die mit dem herkömmlichen Mundstück erhaltene Meßkurve (Fig. 5) flacher an und das ausströmende Gas erreicht nach 6 Sekunden nur ca. 31,5°C. Nach ca. 10 Sekunden wurde der Versuch abgebrochen, ohne daß das ausströmende Gas seine Anfangstemperatur erreicht hätte.

Es zeigt sich somit, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mundstücks die Abweichung der hinter der Austrittsöffnung gemessenen Temperatur des Prüfgases im Vergleich zur tatsächlichen Temperatur an der Entrittsöffnung nach 6 Sec. nur ±0,1°C betrug. Dieser Wert liegt deutlich unter der Temperaturdifferenz, die bei herkömmlichen Mundstücken aus Polypropylen mit ca. 1°C gemessen wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mundstücks für ein Atemmeßgerät wird ein Temperaturaustausch zwischen der Atemluft und dem Mundstück weitestgehend verhindert. Außerdem wird durch die wärmeisolierende Wandung des Mundstücks eine Kondensation von Wasserdampf in dem Mundstück ebenfalls weitestgehend verhindert. Hierdurch wird eine Beeinflussung der Temperatur der Ausatemluft des Probanden durch das Mundstück auf ein Minimum beschränkt, so daß die folgende Temperaturmessung in dem Atemmeßgerät eine hohe Genauigkeit aufweist und beispielsweise zur zielgerichteten Kompensation des Fehlers genutzt werden kann, mit dem bei Schwankungen der Atemtemperatur der Meßwert beispielsweise der Atemalkoholkonzentration behaftet ist.

Claims (8)

1. Mundstück für ein Atemmeßgerät, worin die Innenwandung des Mundstücks, mit der der Atemgasstrom in Kontakt kommt, zumindest zu einem solchen Teil aus einem oder mehreren wärmeisolierenden Materialien besteht, daß der Atemgasstrom auf seinem Weg durch das Mundstück keine wesentliche Temperaturänderung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material ein Schaumstoff aus Polyurethan, Polystyrol oder Polyvinylchlorid ist.

2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Mundstücks aus einem oder mehreren der wärmeisolierenden Materialien bestehen.

3. Mundstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück eine Atemsperre aufweist, die das Zurücksaugen von Luft verhindert, und die so ausgestaltet ist, daß der Atemgasstrom durch die Berührung mit der Atemsperre keine wesentliche Temperaturänderung erfährt.

4. Mundstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemsperre eine Membran umfaßt.

5. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück bis auf die Membran der Atemsperre ausschließlich aus einem der wärmeisolierenden Materialien mit einem Wärmeleitwert von < 0,1 W/mK besteht.

6. Verwendung eines Schaumstoffs aus Polyurethan, Polystyrol oder Polyvinylchlorid zur Herstellung eines Mundstücks für ein Atemmeßgerät.

7. Verwendung eines Mundstücks nach einem der Ansprüche 1-5 für ein Atemalkoholmeßgerät.

8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemalkoholmeßgerät eine integrierte Atemtemperaturmessung aufweist.