Antriebstechnik

Radiallüfter säuselt Schnarcher in den Schlaf

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Komponenten für Beatmungsgeräte | Um Patienten beim Atmen zu unterstützen, muss die Technik sehr dynamisch arbeiten. Damit immer der richtige Druck herrscht und keine störenden Geräusche auftreten, wurden spezielle Radiallüfter mit leistungsstarken Antrieben ausgestattet.

Martin Sauter
EBM Papst, St. Georgen

Ein Beatmungsgerät für Schlafapnoe-Patienten muss am Bett stehen und darf den gesunden Schlaf nicht durch Betriebsgeräusche stören. Um das sicher umzusetzen, entwickelte der Lüfter- und Antriebsspezialist EBM-Papst aus St. Georgen im Schwarzwald den Radiallüfter RV45 für Beatmungsgeräte und ähnlich dynamische Anwendungen. Er arbeitet sicher, zuverlässig, effizient und leise.

Ein vom Lüfter erzeugter Luftüberdruck bläst die Lunge auf und unterstützt so die Atmung des Patienten. Diese Anwendung fordert vom Lüfter aber eine hohe Dynamik: Bei Beginn der Beatmungssequenz muss das Gerät kurzzeitig einen hohen „Aufblasdruck“ erzeugen. Dieser hebt das schlaffe Gaumensegel an und erlaubt so der nachfolgenden Luft das Einströmen in die Luftröhre. Dieser „Aufblasdruck“ darf nur für sehr kurze Zeit anliegen und muss schnell, jedoch nicht schlagartig, ansteigen, um dem Gewebe die nötige Zeit zum Ausdehnen beziehungsweise Ausweichen zu geben. Nach dem Öffnen des Gaumensegels muss der Druck wiederum schnell auf das vom Arzt vorgegebene Einatemniveau zurückgeführt und konstant gehalten werden. Je nach natürlicher eigener Atmung des Patienten müssen dazu die unterstützende Fördermenge und der Druck ständig angepasst werden.

Sobald das Ausatmen einsetzt, muss der Druck wieder schnell, doch auch hier nicht schlagartig, abfallen, um ein ungehindertes Ausströmen der Atemluft zu erlauben. Dabei kann man für die Atem-Dynamik ungefähr von 200 ms Regelzeit bei Volumenströmen um etwa 150 l/min ausgehen sowie Druckschwankungen von 400 Pa auf 2000 Pa Überdruck.

Der Druck sollte dabei so niedrig wie möglich gehalten werden und keinesfalls über 3500 Pa liegen, um Lungenschäden zu vermeiden. Der einstellbare hohe Volumenstrom ist dagegen wichtig, um gegebenenfalls Leckagen sicher kompensieren zu können, wie sie an der Atemmaske durch schlechten Sitz auftreten können – oder auch bei Bartträgern.

Um die nötige Variation bei Volumenstrom und Druck in der Praxis zu regeln, muss die Drehzahl des Radiallüfters schnell hoch und wieder heruntergefahren werden. Der strömungstechnisch und motorisch auf diese Dynamik optimierte Kompaktlüfter RV45 liefert dazu die erforderliche Aerodynamik und Antriebstechnik, die sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Drehzahlen die Strömungsgeräusche der Luft deutlich verringern.

Eingebaut ins Gehäuse ist der Lüfter beinahe nicht zu hören

Alle medienberührenden Bauteile des 135 g leichten Lüfters sind FDA-konform gefertigt. Die schwingungsdämpfenden Werkstoffe und das aerodynamische Design minimieren das Betriebsgeräusch so weit, dass es am offenen Lüfter etwa einem mit geringer Zimmerlautstärke geführten Gespräch entspricht. Ist er in ein passendes, geräuschdämpfendes Gerätegehäuse eingebaut, ist nachts nicht mit einer Störung zu rechnen.

Um das Radialgebläse für einen möglichst breiten Einsatzbereich und Beatmungsgeräte mit unterschiedlicher Funktionsweise optimal auszustatten, wählten die Spezialisten als Antrieb einen besonders dynamisch ausgelegten, elektronisch kommutierten Innenläufermotor. Das geringe Trägheitsmoment des Rotors, der mit einem Neodymmagneten bestückt ist, kommt der Dynamik entgegen. Die in aufwendiger Simulation und mit vielen Testläufen entwickelte Magnet- und Spulenauslegung verbessert diese Eigenschaft weiter. Gleichzeitig wurden das Rastmoment sowie die Körperschallanregung gesenkt und die Effizienz verbessert.

Unterstützung für die Dauer von rund 6250 Nächten

Da beim EC-Motor im Wesentlichen nur die Lager einem Verschleiß unterliegen, konnte durch den Einsatz wartungsfreier Kugellager mit spezieller Fettschmierung die Lebensdauer auf 50 000 Stunden L10 (bei 25 °C) nach den hauseigenen EBM-Papst-Testbedingungen erhöht werden. Das entspricht rund 6250 Nächten oder etwa 17 Jahren bei acht Stunden Schlaf pro Nacht.

Bei einem Radiallüfterrad steigen die Fördermenge (linear) und der Förderdruck (quadratisch) mit der Drehzahl an. Daher ließ sich der Lüfter mit seiner Nenndrehzahl von über 40 000 min-1 sehr kompakt aufbauen. Die Motorsteuerung ist extern und nicht im RV45 enthalten. Das bietet Vorteile bei der Abstimmung des Lüfters auf die jeweilige Aufgabe: Je nach medizinischem Gerät kann so der Anwender auch seine eigene, spezifisch optimierte Steuerung einsetzen.

Für viele Standardaufgaben oder den schnellen Testbetrieb steht jedoch auch ein speziell auf den Motor abgestimmtes Ansteuermodul des Herstellers bereit. Dieses so genannte „Power-Modul RV45“ eignet sich zur einfachen Ansteuerung und bietet eine Plug-and-Play Lösung, wie es hauptsächlich im Industriebereich gefordert wird. Die größte Fördermenge beträgt frei blasend bis zu 410 l/min und die maximale Druckerhöhung über 5 000 Pa. Das ist auch für große Lungenvolumina beziehungsweise schwere Gaumensegel oder den Einsatz in der Schleimmobilisierung in der Intensivmedizin ausreichend.

www.ebmpapst.com/de/


Schlafapnoe und die Folgen

Atemaussetzer im Schlaf, auch Schlafapnoe genannt, betreffen in Deutschland rund 10 % der Männer und etwa 2 % der Frauen über 40 Jahren – weltweit liegt das Verhältnis bei etwa 4 % zu 2 %. Tagesmüdigkeit und ein Aufmerksamkeitsdefizit sind die offensichtlichen Auswirkungen der Krankheit. Da sie unbehandelt auch zu eher versteckten Folgeerkrankungen wie Bluthochdruck, Herzinsuffizienz – also einer verminderten Herzleistung –, Herzrhythmusstörungen oder Herzinfarkt führen kann, muss man die Schlafapnoe behandeln. Eine bewährte Therapieform unterstützt die körpereigenen Atmungsreflexe durch geregeltes Einblasen von Luft in die Lungen.

Das Gerät am Bett muss so leise arbeiten, dass es den Schlaf nicht stört
Bild: sbw19/Fotolia
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