DE2140685A1

DE2140685A1 - Durchflussleistungsmesser

Info

Publication number: DE2140685A1
Application number: DE19712140685
Authority: DE
Inventors: Giuseppe; Aurilio Giovanni; Medford Mass.; Faust jun. Valentine T. Manchester N.H.; Aurilio (V.St.A.). P
Original assignee: FIBRE OPTICS IND Inc
Current assignee: FIBRE OPTICS IND Inc
Priority date: 1970-09-11
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1972-03-16
Also published as: US3680378A; DE2140685C3; CA933383A; FR2106452A1; JPS5343064B1; FR2106452B1; GB1314627A; DE2140685B2

Description

^DR-^|NG· DIPL...NG.M..C. D.PL..PHYS.DR. DIPl-PMYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART 0 1/ HRO t\

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4. August 1971

Fibre-Optics Industries, Inc.

One Adams Street

Milton, Mass. 02187 / U. S. A.

Durchflussleistungsmesser

Die Erfindung befasst sich mit einem Durchflussleistungsmesser, also mit einem Gerät zur Messung des Durchflussvolumens von strömenden Medien, wie Gasen. Insbesondere

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befasst sich die vorliegende Erfindung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale, welche einem durch die Vorrichtung strömenden Luftvolumen entsprechen, wie dies bei Atmungsmessern beziehungsweise Pneumonometern mit Aufzeichnungsvorrichtungen der Pail ist.

In einer früheren Anmeldung (Aktenz.: ^s$ 7³.⁸ ϊ^1Ί. Y*?⁰;⁶:⁶?) wurde bereits ein tragbares Pneumonometer mit Aufzeichnungsvorrichtungen vorgeschlagen, welches ein Mundstück aufweist, das einen Strömungskanal für die Luft besitzt und durch welches der Patient sowohl beim Einatmen als auch beim Ausatmen atmet, wobei mit diesem Gerät eine permanente zweidimensionale photografische Aufzeichnung erhalten wird, auf der das während der Atmung strömende Luftvolumen über der Zeit als Abszisse aufgetragen wird. Die Aufzeichnung liefert eine Information über die Atmungsfunktionen des Patienten im Hinblick auf das Volumen bei der Ein- und Ausatmung,im Hinblick auf die maximale Leistung beim Ein- und Ausatmen und im Hinblick auf die maximale Atemluftgeschwindigkeit beim Ausatmen und gestattet eine Bestimmung der maximalen Atemleistung. Bei dem in der genannten Anmeldung beschriebenen Instrument ist der Strömungskanal für die Luft gekrümmt, um die Luftströmung umzukehren und das Instrument enthält ein Flügelrad, welches an einer mit einem Gewinde versehenen axial in festen Lagern gelagerten Welle befestigt ist. Die strömende Luft dreht das !Flügelrad, welches seinerseits die Welle dreht. Mit dem Gewinde der Welle steht ein beweglicher Wagen im Eingriff, der sich während der Ausatmung des Patienten in einer Richtung längs der Welle bewegt und der sich während der Einatmung in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Die Stellung des Wagens bezüglich der Welle entspricht der Ordinate der aufgezeichneten Punktion oder Kurve und

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die Abszissenwerte werden mittels eines mit konstanter Geschwindigkeit laufenden Motors erhalten, der in dem Instrument vorgesehen ist. Dieses Instrument arbeitet also mit der Erzeugung einer mechanischen Verschiebung des Wagens durch das Flügelrad zur Erzeugung der aufzuzeichnenden Punktion.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden nunmehr ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, Verbesserungen für das Mundstück und die funktionell zugeordneten Elemente eines eine Aufzeichnung liefernden Pneumonometern vorzuschlagen, und zwar insbesondere.im Hinblick auf die Betriebsbedingungen, die bei derartigen Instrumenten beachtet werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Durchflussledsfcungsmesser gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine röhrenförmige Förderleitung mit axialen Lagervorrichtungen vorgesehen ist, daß in den Lagervorrichtungen ein Flügelrad drehbar gelagert ist, dessen Flügel sich radial in Richtung auf die Innenwand der Förderleitung erstrecken, daß an der Innenwand eine flexible Membran vorgesehen ist, die sich in Richtung auf die Flügel erstreckt und die unter dem Einfluss des durch die Förderleitung strömenden Mediums stromabwärts auslenkbar ist, und daß ein Generator vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Drehung des Flügelrades elektrische Impulse erzeugt,und zwar mit einer Geschwindigkeit, die dem Durchflussvolumen des durch die Förderleitung strömenden Mediums entspricht.

Bei der Entwicklung des erfindungsgemässen Durchfluss-

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leistungsmesser wurde .davon ausgegangen, daß ein wichtiges Merkmal von Pneumonometern darin besteht, daß sie hinsichtlich der durch das Mundstück fliessenden Luftmengen einen vernünftigen Messbereich besitzen. Pur die meisten praktischen Anwendungen reicht dieser Bereich von etwa 100 cm /see bis etwa 10 000 cm /see, d.h. von etwa 0,1 Liter/sec bis etwa 10 Liter/sec. Da ein brauchbares Mundstück nur einen begrenzten Durchmesser aufweisen darf, weil der Patient das Ende des Mundstücks direkt zwischen seinen Lippen nehmen muss, liegt der Durchmesser eines Mundstücks typischerweise bei etwa 2 cm. Dies hat zur PoIge, daß am oberen Ende des Arbeitsbereichs die Luftgeschwindigkeit nahezu 32 m/sec erreicht.

Des weiteren wurde berücksichtigt, daß bei Instrumenten der hier betrachteten Art das Mundstück nur einen sehr kleinen beziehungsweise vernachlässigbaren Rückstau verursachen sollte,und zwar bei jedem Durchflussvolumen innerhalb des genannten Bereiches. Bei einigen Instrumenten ist es beispielsweise erwünscht, den Staudruck auf nicht mehr als 3 cm WS zu beschränken. Diese Forderung ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß ein Pneumonometer im Idealfall die Atmungsfunktionen eines Patienten bei Atmosphärendruck messen soll. Es versteht sich, daß die Schwierigkeit der Vermeidung eines Rückstaus bei hohen Durchflussmengen am grössten ist.

Ferner wurde berücksichtigt, daß es sich erwiesen hat, daß eine der Schwierigkeiten in einem Pneumonometer-Mundstück bei vernachlässigbarem Rückstau hohe. Durchflussleistungen zu erreichen darin besteht, gleichzeitig die gewünschte Empfindlichkeit zu erhalten,und zwar insbesondere an der

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unteren Grenze des Arbeitsbereichs.

Zusammenfassend lässt sich also feststellen, daß es ein Ziel der Erfindung war', einerseits die gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen und gleichzeitig ein Instrument zu schaffen, das bei allen Durchflussleistungen innerhalb seines Arbeitsbereichs mit hoher Genauigkeit arbeitet.

Gleichzeitig wurde angestrebt, die vorstehend aufgestellten Bedingungen mit einem Mundstück zu erreichen, bei dessen Benutzung die hygienischen Forderungen erfüllt wurden und durch welches eine gegenseitige Ansteckung der Patienten verhindert wurde. Diese Forderung lässt sich aber nur bei Verwendung eines getrennt sterilisierbaren Mundstückes oder eines Wegwerf-Mundstückes erfüllen. In dem letztgenannten Pail, der besonders für tragbare Geräte für Hausbesuche und für die Arbeit an Aussensteilen besonders praktisch ist, ist es wünschenswert, eine einfache Konstruktion vorzusehen, die sich mit relativ geringen Kosten herstellen lässt, mit der sich aber dennoch eine hohe Genauigkeit erreichen lässt.

Alle diese Forderungen und Vorteile sind bei dem vorstehend beschriebenen Durchflussleistungsmesser gemäss der Erfindung verwirklicht, der somit beachtliche Vorteile gegenüber dem einleitend erwähnten, früher vorgeschlagenen Pneumonometer aufweist. Insbesondere weist der erfindungsgemässe Durchflussleistungsmesser ein in die Hand nehmbares Messteil mit dem Mundstück auf, durch welches elektrische Impulse mit einer Geschwindigkeit erzeugt werden, welche der Durchflussmenge der Luft in einer gerade durchgehenden, rohrförmigen Förderleitung entspricht. Erfindungsgemäss ist in dieser

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Förderleitung ein Flügelrad drehbar gelagert, welches in Querrichtung eine Öffnung aufweist, durch die Lichtimpulse zu einer Photozelle gesteuert werden, welche elektrische Impulse erzeugt. Sowohl die Lichtquelle als auch die Photozelle sind dabei ausserhalb der Förderleitung angeordnet und bilden keine Behinderung für die Luftströmung.

Um das Flügelrad herum ist erfindungsgemäss ferner eine dehnbare, ringförmige Membran vorgesehen, die in einer Ebene liegt, die im wesentlichen quer zu der Förderleitung verläuft Diese Membran lenkt die Luft radial nach innen, so daß sie ^ auf die Flügel oder Blätter des Flügelrades auftrifft, und zwar besonders bei sehr geringen Durchflussleistungen. Bei zunehmenden Durchflussleistungen wird die Membran zunehmend we itei/ge dehnt und ermöglicht dadurch, daß ein ständig anwachsender Bruchteil der gesamten, durch die Förderleitung strömenden Luft das Flügelrad seitlich passiert. Die durch die Dehnung der Membran hervorgerufene Änderung des Luftdrucks ist sehr gering und führt nicht zu einer Überschreitung der vorgegebenen Obergrenze für den Rückstau.

Bin besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Durchflussleistungsmessers besteht darin, daß das Flügelrad eine Winkelgeschwindigkeit aufweist, die sich über den ganzen W Arbeitsbereich bei ansteigenden Durchflussmengen erhöht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Messteils eines erfindungsgemässen Pneumonometers mit Aufzeichnungsvor-

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richtung, und zwar teilweise im Schnitt;

Pig. 2 eine Seitenansicht eines zusammengesetzten Wegwerf-Mundstückes für einen Messteil gemäss Pig. 1;

Pig. 3 eine Draufsicht auf das rechte Ende des Mundstückes gemäss Pig.2;

Pig. 4 eine Membran für ein erfindungsgemässes Mundstück;

Pig. 5 ein Flügelrad für ein erfindungsgemässes Mundstück;

Pig. 6 einen vergrösserten Querschnitt durch einen Teil des Messteils gemäss Pig. 1; -

Pig. 7 einen Querschnitt durch das Messteil längs der Linie 7 - 7 in Pig. 6 und

Pig. 8 eine schematische Darstellung des Messteils des erfindungsgemässen Pneumonometers und der Aufzeichnungsvorrichtungen desselben.

Anhand der Pig. 8 der Zeichnung soll nunmehr zunächst die Aufzeichnungsvorrichtung eines erfindungsgemässen Pneumonometers betrachtet werden. Diese Aufzeichnungsvorrichtung kann ebenso aufgebaut sein wie dies in der eingangs erwähnten Anmeldung vorgeschlagen wurde, mit Ausnahme der Einrichtungen, die zur Bestimmung der Ordinatenwerte

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der Kurve der photografischen Aufzeichnung dienen.

Ganz allgemein gesagt, erzeugt der Messteil,der nachstehend , noch genauer beschrieben werden soll, elektrische Impulse mit einer Geschwindigkeit, die der Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Flügelrades proportional ist. Diese Impulse veranlassen das Vorrücken eines Bauteils, welches eine beleuchtete optische Paser tragt, und zwar bezüglich dem • fest angeordneten Ende eines Feldes von optischen Fasern, deren gegenüberliegende Enden, wie dies in der erwähnten Anmeldung beschrieben ist, relativ zu dem der Aufzeichnung fc dienenden photografischen Material bewegbar sind, und zwar in Richtung der Abszisse.

Die grundsätzliche Anordnung der Teile ist in Fig. 8 gezeigt. Die Aufzeichnungsvorrichtung des Pneumonometers ist schematisch in einem von einer gestrichelten Linie umgebenen Kasten 12 dargestellt. Dieser Kasten ist durch ein spulenförmig aufgewickeltes, flexibles Kabel 14 mit dem in der Hand zu haltenden Messteil verbunden, welcher ein Halteteil 16 aufweist, in das ein Wegwerf-Mundstück 18 eingesetzt ist. Vorzugsweise ist die Aufzeichnungsvorrichtung eine kleine tragbare Einheit, wie sie in der vorerwähnten früheren Anmeldung beschrieben wurde, und enthält W einen Halter für die photografischen Aufzeichnungshlätter. Diese Blätter bestehen vorzugsweise aus selbst entwickelndem Filmmaterial, welches üblicherweise als Polaroid-Film bezeichnet wird.

Der Patient nimmt das in Fig. 8 rechts liegende Ende des Mundstücks 18 in den Mund und bläst hinein, wodurch das Flügelrad 20 im Inneren des Mundstücks in Drehung versetzt

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wird. Das Flügelrad 20 dreht sich beim Ausatmen in einer Richtung und beim Einatmen in entgegengesetzter Richtung. Durch Verwendung photoelektrischer Einrichtungen, die nachstehend im Zusammenhang mit weiteren Figuren der Zeichnung noch näher beschrieben werden sollen, erzeugt das Flügelrad elektrische Impulse, die über das Kabel 14 zu einer elektronischen Schaltung 22 übertragen werden, die Teil der Aufzeichnungsvorrichtung ist. Die elektronische Schaltung 22 hat eine Vielzahl von Funktionen, die nicht direkt Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Sie enthält beispielsweise eine Energiequelle, vorzugsweise injPorm einer oder mehrerer Batterien, oder einen mit einer Steckdose verbindbaren Leistungswandler, sowie Einrichtungen zur Steuerung und mechanischen Rückstellung der beweglichen Teile der Aufzeichnungsvorrichtung 12 und schliesslich Einrichtungen zur Bestimmung der Richtung des Luftflusses und Einrichtungen zur Zählung der elektrischen Impulse.

Die elektronische Schaltung 22 ist über ein Kabel 24 mit einem Schrittschaltmotor 26 verbunden und liefert verstärkte elektrische Impulse, die von den Impulsen abgeleitet sind, die über das Kabel 14 übertragen werden, und zwar an den Schrittschaltmotor und derart, daß dessen Ritzel 28 bei jedem Impuls um einen vorgegebenen bestimmten Winkel gedreht wird und dabei das Zahnrad 30 dreht. Das Zahnrad 30 dreht einen Arm 32, der eine einzige optische. Faser 34 enthält, welche an einem Ende von einer Glühlampe 36 beleuchtet wird. Die Faser 34 wird so an einer feststehenden,bogenförmigen Anordnung von Enden optische^ Fasern entlangbewegt, welche ein Feld 38 bilden. Die entgegengesetzten Enden der Fasern des Feldes 38 sind bewegbar, wobei die Faserenden vorzugsweise längs einer geraden Linie und gegenüber einem photografischen Film 39 angeordnet sind. Die gerade Linie,

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auf der die optischen Pasern enden, erstreckt sich in Richtung der Ordinate der photografischen Aufzeichnung. Mit Hilfe eines mit konstanter Geschwindigkeit laufenden Motors (nicht dargestellt) kann das bewegliche Ende des Feldes 38 in den beiden Richtungen bewegt werden, die durch den Doppelpfeil F angedeutet sind, und zwar in Richtung der Abszisse. Me Einrichtungen zur Bewegung der ausgangsseitigen Enden der optischen Pasern des Feldes 38 sind im übrigen in der eingangs erwähnten früheren Anmeldung vollständig beschrieben.

Zu Beginn einer Aufzeichnung wird der Arm 32 in eine vorgegebene Stellung bezüglich der bogenförmigen Anordnung der Glasfaserenden gedreht und ausgehend von dieser Anfangsstellung in Abhängigkeit von der Portschaltung des Schrittschaltmotors 26 während der Ausatmung des Patienten in die eineRichtung gedreht und anschliessend während der Einatmung des Patienten in entgegengesetzter Richtung wieder auf die Anfangsstellung zurückgedreht. Auf diese Weise wird auf dem Filmmaterial das optische Bild einer Linie erzeugt, die im wesentlichen einer Schwingungskurve entspricht, und diese Kurve ermöglicht bei Betrachtung durch eine geeignet dimensionierte Padenkreuzplatte eine Auswertung der Atmungsfunktionen des Patienten, wie dies zuvor ausgeführt wurde.

Nachstehend soll nunmehr anhand der Figuren 1 bis 7 eine genauere Beschreibung des Messteils sowie des Mundstückes gegeben werden. Der Halteteil 16 ist ein rundlicher, hohler, gegossener Plastikkörper, dessen Form so gewählt ist, daß sie von den Fingern der Hand des Patienten umschlossen werden kann, während dieser seine Lippen um den nach aussen ragenden Teil des Mundstückes 18 schliesst. Auf der Innenseite ist der Halteteil 16 schalenförmig ausgebildet, so daß er geeignet ist,

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das Mundstück 18 aufzunehmen und an seinem einen Ende ist eine sich in Längsrichtung erstreckende Nut 40 (vergleiche Pig. 1) vorgesehen, die mit einem Keil 42 des Mundstückes zusammenwirkt.

Die Nut 40 und der Keil 42 legen eine genaue Winkelstellung des Mundstückes gegenüber dem Halteteil fest. Ein ringförmiger Plansch 43 an dem Mundstück legt sich gegen ein Ende des Halteteils an und dient der genauen Festlegung der lage des Mundstückes gegenüber dem Halteteil in Längsrichtung.

Wie insbesondere Pig. 6 zeigt, ist in einer Ringnut 46 in der Innenwand des Halteteils 16 eine Ringscheibe 44 aus isolierendem Material vorgesehen, die eine runde Mittelöffnung aufweist. Vorzugsweise stellt die Ringscheibe eine gedruckte Schaltung dar, die elektronische Bauteile (nicht dargestellt) trägt, welche mit den photoelektrischen Elementen verbunden sind, die nachstehend noch beschrieben werden sollen.

Innerhalb der Ringnut 46 und angrenzend an die Ringscheibe 44 ist ferner ein Signalring 48 angeordnet. Der Signalring 48 hat eine innere und eine äussere Zylinderfläche mit den gleichen Durchmessern wie die Mittelöffnung beziehungsweise der äussere Rand der Ringscheibe 44. Ausserdem weist der Signalring 48 zwei einander gegenüberliegende Aussparungen 50 und 52 auf (vergleiche Pig. 6 und 7). Jede dieser Aussparungen fluchtet mit der inneren Oberfläche eines Paares von radialen Bohrungen, die vorzugsweise um 30 gegeneinander versetzt sind. Im Inneren dieser beiden Bohrungen sind Lichtquellen 54 und 56 angeordnet, denen Sammellinsen 57 zugeordnet sind. In den gegenüberliegenden Enden der Bohrungen sind entsprechende Photozellen 58 und 60 angeordnet, denen ebenfalls

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Sammellinsen 61 zugeordnet sind. Die Photozelle 58 liegt der Lichtquelle 54 diametral gegenüber, die Photozelle 60 liegt der Lichtquelle 56 diametral gegenüber. Die Lichtquellen und Photozellen sind über eine nicht dargestellte Verdrahtung mit den Schaltkreiselementen auf der Ringscheibe 44 verbunden. Das Kabel 44 ist ebenfalls mit diesen Schaltkreiselementen verbunden.

Die vorstehend beschriebenen Elemente bilden die Dauereinrichtungen des Messteils und umfassen sämtliche gedruckten Schaltungen und damit verbundenen Teile des Signalringes.

Es soll nunmehr das Wegwerf-Mundstück 18 betrachtet werden. Dieses bildet die in Fig.2 gezeigte Einheit, welche in den Halteteil eingesetzt und in diesem durch die Nut 40 und den Keil 42 in ihrer Winkellage gegenüber den Komponenten des Signalrings 48 genau ausgerichtet wird.

Der äussere Teil des Mundstücks 18 besteht aus zwei im wesentlichen zylindrischen, durchsichtigen Plastikhülsen 62 und 64, die über passend ausgebildete Endflansche 66 und 68 verbunden sind, so daß sie eine durchgehende zylindrische Luftleitung 70 mit glatten Wänden bilden. Die Hülse 64 weist fc einen sich radial nach aussen erstreckenden ringförmigen Flansch 43 auf, der sich gegen das Ende des Halteteils 16 abstützt und damit die Lage des Mundstücks in dem Halter in Längsrichtung genau festlegt. In den Hülsen 62 und 64 sind durchsichtige Plastikführungen 74 beziehungsweise 76 angeordnet, von denen jede vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte Flügel aufweist und die entweder zusammen mit den Hülsen ein einheitliches Bauteil bilden oder in diese eingesetzt sind. Wie Fig. 6 zeigt, sind die Führungen nach dem

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Zusammensetzen der Hülsen räumlich genau gegeneinander ausgerichtet. Die Führung 76 weist eine sich in axialer Richtung erstreckende geformte zylindrische Nabe 78 mit einem ersten zylindrischen Ansatz 80 verringerten Durchmessers und einem zweiten angeformten zylindrischen Abschnitt 82 noch weiter verringerten Durchmessers auf, wobei der letztere von einer

axialen Öffnung 83 eines Nabenteils 84 der Führung 74 aufgenommen wird.

Das Flügelrad 20 ist aus leichtem durchsichtigen Plastikmaterial gegossen und läuft frei über der Nabe 78. Das Flügelrad besitzt einen hohlen, zylindrischen Nabenteil 86 und eine Vielzahl von dünnen, angeformten und in gleichmässigen Abständen angeordneten Flügeln 88 mit gekrümmter Aussenkante.

Dabei besitzt jeder Flügel eine von den Enden zur Mitte hin

mit

zunehmende Tiefe und ist;dem Nabenteil längs einer Schraubenlinie verbunden,wie dies in Fig.5 besonders deutlich gezeigt ist. Nach dem Einbau zwischen den Führungen 74 und 76 ist das Flügelrad 20 in beiden Richtungen mit geringer Reibung in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung der Luft in dem Kanal 70 frei drehbar.

Zwischen den aneinander anliegenden Endflächen der Hülsen 62 und 64 ist,wie Fig. 6 zeigt,eine dünne, kreisringförmige, flexible Plastikscheibe als Membran 90 mit einer kreisförmigen Mittelöffnung 91 (vergleiche Fig. 4) angeordnet.Die Membran besteht vorzugsweise aus Polyäthylen, aus einem PoIyäthylen-TeraphUaalat-Harz-Film (wie er von der Firma duPont unter dem Markennamen Mylar vertrieben wird) oder aus einem anderen entsprechenden Material, welches durch Feuchtigkeit im wesentlichen nicht beeinflusst wird. Die Membran ist mit

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einer Anzahl von in gleichmässigen Abständen vorgesehenen radialen Schlitzen 92 versehen, die die Membran in Abhängigkeit von der durch den Kanal 70 strömenden luft dehnbar machen. Diese Schlitze gehen durch das die Membran bildende Material vollständig hindurch, enden jedoch kurz vor dem äusseren Rand derselben, wie dies die Zeichnung zeigt. Die Membran ragt in radialer Richtung ein beträchtliches Stück in den Raum zwischen der Innenwand des Kanals 70, welcher durch die Hülsen 62 und 64 gebildet wird, und dem Nabenteil 86 hinein. Ausserdem ist die Membran in Längsrichtung in ^ Höhe der grössten radialen Ausdehnung der Flügel 88 angeordnet. Der Durchmesser der Mittelöffnung 91 der Membran ist geringfügig grosser als der maximale Durchmesser des Flügelrades, so daß die Membran das Flügelrad nicht berührt. Vorzugsweise ist die Breite des Spaltes zwischen diesen beiden Teilen jedoch gering.

Die Hülse 64 weist angeformte Linsenteile 96, 98, 100 und 102 (vergleiche Fig. 2, 6 und 7) auf, die aus durchsichtigem Plastikmaterial bestehen und die in Ausnehmungen auf der Aussenseite der Hülse sehr genau ausgebildet sind. Diese Linsenteile sind mit ihren optischen Achsen auf radialen Linien angeordnet, die durch die Längsachse des Kanals 70 hindurch- ψ gehen, welche gleichzeitig die Rotationsachse des Flügelrades 20 bildet. Wenn das Mundstück 18 in der vorstehend beschriebenen Weise genau in dem Halteteil 16 angeordnet ist, fallen diese radialen Linien, mit den optischen Achsen der Linsen 61 und 57, die ^::den Photozellen 60 und 58 zugeordnet sind, und mit den optischen Achsen der Lichtquellen 54 und 56 zusammen, wie dies Fig. 7 zeigt. Die Brennweiten der Linsenteile sind identisch und gleich dem Radius des Kanals 70. Dies bedeutet, daß sie das Licht von den Linsen 57 sammeln

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und Tür eine Bündelung der Bilder der Glühdrähte der Lichtquellen 54 und 56 in der Rotationsachse des Flügelrades in der Mitte der Nabe 78 sorgen. Die Linsenteile 96 und 98 bewirken zusammen mit den Linsen 61 auch eine erneute Bündelung dieser. Bilder auf den Photozellen 58 und 60. Es versteht sich, daß dies auch erreicht werden kann, indem man lediglich die Linsenteile 96, 98, 100 und 102 verwendet und eine geeignete Brennweitenkorrektur durchführt,- wodurch die Linsen 57 und entfallen können. Selbstverständlich gilet es .auch andere

aufgrund

Möglichkeiten, die " dem Fachmann/aer bekannten optischen Gesetze ohne weiteres zur Verfügung stehen..

Der Nabenteil 86 des undurchsichtigen Flügelrades weist ein Paar voneinander diametral gegenüberliegenden Löchern 104 und 106 auf (vergleiche Fig. 6 und 7)» die mit den Lichtquellen und Photozellen fluchten und die dazu dienen, die Lichtpfade zwischen diesen Elementen selektiv zu öffnen und zu schliessen, so daß elektrische Signalimpulse erzeugt werden. Wie Fig. 7 zeigt, werden die Photozellen nacheinander erregt, wobei die Folge 60, 58 eine Drehung im Uhrzeigersinn und die Folge 58, 60 eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn anzeigt. In der elektronischen Schaltung 22, die vorstehend beschrieben wurde, und die in der üblichen Technik der logischen Schaltungen aufgebaut ist, sind logische Schaltungen zur Unterscheidung dieser beiden Richtungen enthalten. Die Impulse von den Photozellen 58 und 60 werden über das Kabel 14 zu der elektronischen Schaltung 22 in der Aufzeichnungsvorrichtung 12 (Fig. 8) übertragen und werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde, dazu benutzt, den Schrittschaltmotor 26 fortzuschalten.

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Bei der Benutzung des erfindungsgemässen Geräts strömt die luft beim Ausatmen des Patienten in Richtung der Pfeile in Fig. 1 und 6 durch den Kanal 70. Wenn die strömende Luftmenge , nur ein geringes Volumen hat, wird die Membran 90 nur geringfügig aufgeweitet und hält den Luftstrom so klein, daß er nahezu vollständig die Flügel 88 trifft und das Flügelrad gegenüber der Luftströmung sehr empfindlich ist und in Drehung versetzt wird. Infolge des symmetrischen Aufbaus gilt das " Gleiche für das Einatmen von Luft mit der.gleichen Geschwindigkeit, wobei jedoch die Drehrichtung des Flügelrades 20 entgegengesetzt ist. Für geringe Strömungsgeschwindigkeiten ist fc die Winkelgeschwindigkeit des Flügelrades 20 relativ niedrig und die Pulsfrequenz, die von den Photozellen erzeugt wird, ist ebenfalls entsprechend gering. Der Schrittschaltmotor bewegt folglich den Arm 32 mit relativ geringer Geschwindigkeit bezüglich der längs eines Bogens angeordneten Enden der Glasfasern des Feldes 38.

Wenn die Luft mit höherer Geschwindigkeit durch den Kanal strömt, wird die Membran, wie dies Fig. 6 und 7 zeigen, in-. folge ihrer durch die Schlitze 92 gegebenen Flexibilität ausgelenkt. Hierdurch ist es möglich, daß ein Teil der Luft an dem Flügelrad 20 vorbeistreicht, während immer noch genügend Luft die Flügel 88 trifft, um dem Flügelrad eine erhöhte " Winkelgeschwindigkeit zu verleihen. Auf diese Weise ist es möglich, beträchtliche Strömungsgeschwindigkeiten zu messen. Diese erzeugen nämlich im wesentlichen eine Auslenkung der Membran 90 und führen zu einem Rückstau, der so gering ist, daß er dem Patienten im Vergleich zum Ein- und Ausatmen in der freien Atmosphäre nicht auffällt.

Die Wirkung der Membran 90 auf die Luftströmung durch den

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Kanal 70 ist eine Punktion der Luftgeschwind^gkeit und die Membran begrenzt die Luftströmung um so stärker je geringer die Strömungsgeschwindigkeiten sind. Dies wird erreicht, indem stromaufwärts von der Membran eine ringförmige Barriere aus Luftturbulenzen geschaffen wird, durch die die Luft nach innen gegen den Mittelteil des Kanals 70 gelenkt wird, wodurch wiederum ein grösserer Anteil der strömenden Luft auf die !flügel 88 des Flügelrads auftrifft. Bei grösseren Strömungsgeschwindigkeiten nimmt diese ringförmige Barriere eine andere Form an, was teilweise auf die grössere Luftgeschwindigkeit und teilweise auf die grössere Dehnung der Membran 90 zurückzuführen ist. Es versteht sich, daß die Membran aus einem sehr flexiblen Material hergestellt wird, welches dem Luftstrom ohne weiteres und federnd nachgibt und gleichzeitig einen ausreichenden Widerstand bildet, um die erforderliche Turbulenz zu erzeugen. Insgesamt bietet die Membran der strömenden Luft einen Widerstand, der über den ganzen Arbeitsbereich des erfindungsgemässen Geräts jedoch so gering ist, daß er keinen unzulässigen Rückstau hervorruft und die Atmung des Patienten ni cht unziiläsa dg b e e inf Iu s s t.

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Verbesserungen eines Pneumonometers mit einer Aufzeichnungsvorrichtung gemäss der vorstehend erwähnten früheren Anmeldung wird das Gerät insgesamt nützlicher, zuverlässiger und in seiner Handhabung bequemer. Die Aufzeichnungsvorrichtung 12 kann vorteilhafterweise auf einen Tisch in der Nähe des Patienten gestellt werden und der Patient muss nur das Messteil in die Hand nehmen und in das Mundstück 18 ausatmen beziehungsweise durch dieses einatmen,während er sich im übrigen in jeder beliebigen Stellung befindet, also beispielsweise liegt, sitzt oder eteht oder sich auf der Stelle bewegt. Auf diese Weise kann das

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erfindungsgemässe Gerät für die Gewinnung genauer Messungen sowohl bei extrem schwachen Patienten, die nur eine schwache Atmung haben,als auch bei gesunden und robusten Personen eingesetzt werden. Das Wegwerf-Mundstück 18 ist von einfacher Konstruktion und kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Da dieser Teil des Geräts der einzige Teil ist, welcher dem Atem des Patienten ausgesetzt ist, wird eine gegenseitige Ansteckung der Patienten wirksam verhindert.

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Claims

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Patentansprüche

M.jDurchflussleistungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß eine röhrenförmige Förderleitung (62, 64) mit axialen Lagervorrichtungen (74, 76) vorgesehen ist, daß in den Lagervorrichtungen (74, 76) ein Flügelrad (2o) drehbar gelagert ist, dessen Flügel (88) sich radial in Richtung auf die Innenwand der Förderleitung erstrecken, daß an der Innenwand eine flexible Membran (90) vorgesehen ist, die sich in Richtung auf die Flügel (88) er^- streckt und die unter dem Einfluss des durch die Förderleitung strömenden Mediums stromabwärts auslenkbar ist, und daß ein Generator vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Drehung des Flügelrades (20) elektrische Impulse erzeugt, und zwar mit einer Geschwindigkeit,'die dem Durchflussvolumen des durch die Förderleitung strömenden Mediums entspricht.

2. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (62, 64) im wesentlichen gerade ist und ausser der Membran (90),den Lagervorrichtungen (74, 76) und dem Flügelrad (20) keine Hindernisse enthält.

3. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Lagervorrichtungen (74, 76) radiale Flügel aufweisen, die an der Innenwand der Förderleitung (62, 64) befestigt sind und daß sie ferner von den Flügeln getragene Lager aufweisen.

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4. Burchflussleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (20) Flügel (88) im wesentlichen schraubenförmiger Gestalt aufweist.

5. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil des Querschnitts der Förderleitung (62, 64) ausserhalb des radialen Umfangs des Flügelrades (20) liegt und daß die Membran (90) diesen Teil des Querschnitts im nicht ausgelenkten Zustand im wesentlichen verschliesst.-^:

6. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (90) eine kreisförmige Mittelöffnung (91) aufweist, in der das Flügelrad (20) angeordnet ist, und daß die kreisförmige Mittelöffnung (91) in Abhängigkeit vom Druck des strömenden Mediums dehnbar ist.

7. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Membran eine im wesentlichen flache, quer zur Förderleitung (62}64) angeordnete Scheibe ist, die eine kreisförmige Mittelöffnung (91) aufweist und mit mehreren axialen Schlitzen (92) versehen ist, die sich

w von der Mittelöffnung in Richtung auf die Innenwand der Förderleitung erstrecken.

8. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Plastikmaterial besteht, dessen Flexibilität durch Feuchtigkeit im wesentlichen nicht beeinflusst wird.

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A 38 870 b

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4. August 1971

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2H0685

9. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator Einrichtungen (54, 57) umfasst, über die Licht auf das Flügelrad (20) gerichtet werden kann, daß er eine Photozelle (58) enthält, die das licht von dem Flügelrad (20) empfängt und daß er einen Impulsgenerator enthält, der durch die Photozelle (58) zur Erzeugung elektrischer Impulse steuerbar ist.

10. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (54, 57) zur Lichterzeugung die Photozelle (58) und der Impulsgenerator ausserhalb der Förderleitung (62, 64) liegen.

11. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (62, 64) durchsichtige Wandteile hat, durch die das Licht auf seinem Wege von und zu dem Flügelrad (20) hindurchtreten kann.

12. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtigen Wandteile als angeformte Linsenbereiche ausgebildet sind.

13. Durchflussleistungsmesser nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (54, 57; 56, 57) zur Erzeugung mehrerer Lichtstrahlen unter verschiedenen Winkeln bezüglich der Rotationsachse des Flügelrades (20) angeordnet sind und daß jedem Lichtstrahl eine Photozelle (58, 60) und ein Impulsgenerator zugeordnet sind und daß logische Schaltungen (22) vorgesehen sind, mit deren Hilfe aus der Reihenfolge der Ansteuerung der Photozellen (58, 60) die Drehrichtung des Flügelrades (20) feststellbar ist.

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