DE1575050A1

DE1575050A1 - Ultraschall-Nebelerzeugungsgeraet

Info

Publication number: DE1575050A1
Application number: DE19671575050
Authority: DE
Inventors: Peck Allan Earle; Harris Raleigh Joseph
Original assignee: MISTO GEN EQUIPMENT CO
Current assignee: MISTO GEN EQUIPMENT CO
Priority date: 1966-01-12
Filing date: 1967-06-30
Publication date: 1972-04-13
Also published as: US3861386A; CH477885A

Description

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MIST0_oGBN EQUIPMEIfT COMPANY, Oakland / California (V.St.ν.Α.)

Ultraschall-lebelerzeugungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Nebeln oder Aerosolen aus Flüssigkeiten und im besonderen auf ein Rebelerzeugungsgerät, bei dem zum Erzeugen eines Aerosols Ultraschallwellen durch eine Flüssigkeit geleitet werden·

. Bei der Behandlung von Atmungsbeschwerden umfasst die Behandlung u.a« auch das Einatmen von Aerosolen durch den Patienten. Viele Atmungsbeschwerden treten auf in Begleitung von Blutandrang in den Atmungswegen und eines unzureichenden Auswurfs von Absonderungen der Lunge durch den Patienten, und es hat sich gezeigt, dass diese Beschwerden durch Einatmen eines Aerosols aus Wasser oder Salzwasser behoben werden können. Es ist eine herkömmliche Praxis, ein Heilmittel, wie ein Relaxans, für die

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OfIfGINAL INBPEeTEO

Behandlung von Asthma in das Atmungssystem in Form eines Aerosols direkt einzuführen, und als ein diagnostisches Verfahren ergibt die Analyse des Auswurfs nach dem Absetzen des Aerosols in den Lungen eine repräsentativere Information als mittels einer Biopsie erhalten werden kann.

Die herkömmlichen Geräte zum Erzeugen eines Aerosols, die bei der Inhalationstherapie benutzt werden, enthalten einen Vorrat einer Flüssigkeit und eines unter Druck stehenden einatmungsfähigen Gases. Eine Flüssigkeitsausströmdüse und eine Gasausströmdüse sind so angeordnet, dass zuerst die Flüssigkeit und hinter dieser das Gas zum Ausströmen gebracht wird, wobei ein Gemisch aus Gas und vernebelter Flüssigkeit erzeugt wird, das vom Patienten eingeatmet wird. Diese Art von Kebelerzeugungsgerät erfordert einen Luftkompressor oder eine Quelle eines unter Druck stehenden Gases und kann daher nur eine beschränkte Menge Nebel erzeugen, so dass bei einem größeren Bedarf mehrere solcher Geräte benutzt werden müssen. Aerosole dringen in das Atmungssystem am tiefsten ein, wenn die Aerosolpartikel die gleiche sehr geringe Größe aufweisen, und die oben beschriebenen Kebelerzeugungsgeräte können häufig diese Anforderungen nicht erfüllen«

Diese und sonstige Mangel von herkömmlichen Nebelerzeugungsgeräten werden bei dem Gerät nach der Erfindung vermieden, bei dem ein Aerosol dadurch erzeugt wird, dass Ultraschallwellen durch die zu vernebelnde Flüssigkeit geleitet werden, wotei die Schallwellen von einem Ultraschallvibrationselement abstrahlen, das mit der Flüssigkeit akustisch in Verbindung steht.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen, der Erfindung beschrieben, an denen von Sachkundigen im Rahmen des

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Erfindungsgedankens selbstverständlich Änderungen, Abwandlungen

j·" " ■. -. f '■'."■ und Ersetzungen vornehmen können. Die Erfindung wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform eines Ultraschal-Hebelerzeugungsgerätes nach der Erfindung, die die Hauptbauteile des Gerätes zeigt,

Fig.2 ein senkrechter Schnitt durch das Gerät im wesentlichen nach der Linie 2-2 in der Fig.1,

Fig.3 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Seitenansicht der Vernebelungs- und der Flüssigkeitszuführungseinrichtung, von der Linie 3-3 in der Fig.1 aus gesehen,

Fig.4 eine vergrößert gezeichnete schaubildliche Darstellung des unteren Teiles der Vernebelungseinrichtung nach der Fig.1 mit dem Übertrager und der Übertragerhalterung,

Fig.5 eine schaubildliche Darstellung der Einzelteile des oberen Teiles der Vernebelungseinrichtung nach der Fig.1 sowie des Leitbleches und dessen Umschließung,

Fig.6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführung des unteren Teiles der Vemebelungseinri chtung nach der Fig.1, bei der eine, ein vorherbestimmtes Volumen eines flüssigen Heilmittels enthaltende Flasche anstelle der Flüssigkeitszuführungseinrichtung nach den Figuren und 3 verwendet wird, und die

Fig.7 eine schaubildliche Darstellung einer ein flüssiges Heilmittel enthaltenden Ampulle, die bei dem Ultraschallvernebelungsgerät nach der Erfindung benutzt werden kann.

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Die in der Eig,1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist drei Hauptbestandteile auf und zwar einen Ultraschallwellengenerator oder -oszillator 1, eine Vernebelungseinrichtung 2 und einen Flüssigkeitsvorratsbehälter 3.

Der Oszillator 1 weist ein Gehäuse 4 auf mit einem Sockel 12, der die elektronischen Bauelemente einer herkömmlichen ültraschallgeneratorschaltung und einer Gebläseeinheit 13 trägt. Das Gehäuse 4 weist zwei Seitenwandungen 5» 6, eine Deckwandung 7, eine Basiswandung 8 und eine Stirnwandung 9 auf. An der Vorderseite des Gehäuses 4 ist eine Platte 15 vorgesehen, die von den Vorderkanten der Wandungen 5, 6, 7, 8 aus etwas vertieft angeordnet ist· Der Sockel 12 und die Vorderplatte 15 ist an den Wandungen 5 und 6 des Gehäuses 4 mittels Schrauben 16 befestigt. Werden die Platte 15 und der Sockel 12 an den Wandungen 5, 6 (Fig.1) befestigt, so befinden sich die vom Sockel getragenen Bauteile innerhalb des schützenden Gehäuses 4, stehen jedoch über die an den genannten Wandungen vorgesehenen Öffnungen 11 mit der Umgebungsluft in Verbindung· Nach einem Lösen der Schrauben 16 kann die Platte 15 und der Sockel 12 zusammen durch das offene Ende des Gehäuses 4 entfernt werden, so dass die im Gehäuse befindlichen Bauteile zugänglich werden. An beiden Seiten der Platte 15 ist eine langgestreckte Ausnehmung 17 vorgesehen, welche Ausschnitte das Erfassen der Platte mit den Fingern ermögli. chen, und die zusätzliche Ventilationsöffnungen darstellen.

An der Innenseite der Platte 15 ist nahe an jeder oberen Ecke ein waagerecht und seit nach außen vorstehender Arm 18 befestigt (Fig.1), der von einem innen gelegenen und an der Platte 15 mittels Nieten oder Schrauben angebrachten Teil 19 und von einem außen befindlichen waagerechten Ring 22 gebildet wird, der

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der bei 23 mit einem senkrechten Schlitz versehen ist,Die Arme ' 18 dienen als Halterung für den Nebelerzeuger 2 und für den Flüssigkeitsvorratsbehälter 3» welche Bauteile später noch beschrieben werden, wöbe; die Schlitze 23 das Einsetzen erleichtern. Die Wandungen 5 und 6 sind an der vorderen Kante mit den Ausschnitten 24, 25 versehen, um Platz für die Teile 19 zu schaffen. Das Gehäuse 4, der Sockel 12 und die Platte 15 können aus einem steifen Aluminiumblech bestehen, wobei die Platte 15 genügend stark sein muss, um die Arme 18, den Kebelerzeuger 2 und den Flüssigkeitsbehälter 3 tragen zu können.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Nebelerzeuger ist allgemein langgestreckt und zylindrisch ausgestaltet und am unteren Teil mit einer kreisrunden zylindrischen Kappe 26 aus einem leiten Material versehen, welche Kappe in der Mitte eine axiale Aussenkung 27 (Fig»2) aufweist, die sich von der ebenen Oberseite der Kappe nach unten erstreckt. Von der einen Seite der Kappe 26 aus erstreckt sich radial nach innen eine Bohrung 29, die die Ausnehmung 27 anschneidet und einen erweiterten Außenteil 32 aufweist, der eine nach außen gerichtete Schulter 33 bildet. In die Bohrungen 29, 32 ist ein herkömmlicher elektrischer Kabelverbinder 34 eingesetzt, wobei der eine elektrische Leiter aus einer leitenden Abschirmung 35 in der Bohrung 29 besteht und einrn ringförmigen Flansch 36 aufweist, der an der Schulter 33 anliegt. Der andere elektrische Leiter des Verbinders 34 besteht aus einem in der Mitte angeordneten, von der Abschirmung 35 durch eine koaxiale isolierende Schicht 38 getrennten Stift 37, dessen innen gelegenes Ende sich im wesentlichen bis zur Mitte der Aussenkung 27 erstreckt. Der Verbinder 24 ist in den Bohrungen 29, 32 mittels einer Madenschraube 39 befestigt, die in die Kappe

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eingeschraubt ist und gegen die Abschirmung 35 drückt.

Wie aus den Figuren 2 und 4 zu ersehen ist, ruht auf der Oberseite 28 der Kappe 26 ein zylindrisches und aus einem Kunststoff oder einem anderen nichtleitenden Material bestehendes Kappenglied 42 -mit einer ebenen, kreisrunden und von einem hochstehenden Rand 44 umgrenzten Basis 43, die in der Mitte mit einer kreisrunden öffnung 45 versehen ist, die sich durch einen herabhängenden und in die Aussenkung 27 hineinragenden Ansatz 46 erstreckt· Auf der Basis 43 ruht eine allgemein flache kreisrunde Scheibe 47 aus einem dünnen, leitenden Metallblech, die in der Mitte etwas eingebuchtet ist, wodurch ein kleiner Hocker 48 geschaffen wird, der sich nach unten durch die Öffnung 45 erstreckt» Zwischen dem innen gelegenen Ende des Stiftes 37 und der Scheibe 47 ist eine schwache Druckfeder 49 angeordnet, die im Ansatz 46 vom Höcker 48 eingemittet gehalten wird. In entspantem Zustand ist die Länge der Feder 49 gröOer als der Abstand zwischen dem Stift 37 und der Scheibe 47 beträgt, so dass die Scheibe mit einem verhältnismäßig schwachen Druck nach oben gedrückt wird.

Auf der Kappe 26 ruht ein das becherförmige Glied 42 umgebender Ring 52, der nach der Fig«2 am oberen Ende mit einem nach innen gerichteten Flansch 53 versehen ist, der über der oberen Kante des Randes 44 liegt und radial einwärts von dieser oberen Kante endet.

Die Kappe 26, das becherförmige Glied 42, die Scheibe 47 und die zugehörigen Bauelemente bilden zusammen eine Halterung für einen Scheibenübertrager 55 ζ·Β. für einen piezoelektrischen keramischen Kristall (Fig.2, 4), der auf der Scheibe sitzt. Bei einer elektrischen Erregung wandelt der Übertrager

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die elektrische Energie in eine mechanische Wellenenergie um und ist deshalb zwischen der von der Feder 49 nach oben gedrückten Scheibe 47 und einem Ring 56 aus einem leitenden.Material federnd gelagert, der sich um den Rand der Oberseite des Übertragers oder Wandlers herum erstreckt und zum zum Teil eingepresst zwischen der Überseite und der Schulter 54 ruht.

Dem Wandler 55 wird radiofrequente elektrische Energie zugeführt über je einen elektrischen Kontakt an der Unterseite und an der Oberseite. Der Stromkreis verläuft vom Stift 37 aus durch die Feder 49 und durch die Scheibe 47» welche Elemente von der Kappe 26 isoliert sind, zur Unterseite des Wandlers 55 und von der Oberseite des Wandlers durch den Ring 56, den Ring 52, die Kappe 26 zur Abschirmung dee Verbinders 34* Die beiden elektrischen Anschlüsse des Verbinders 34 sind an den Ausgang eines Ultraschalloszillators 1 angeschlossen.

Als Oszillator 1 wird vorzugsweise eine Ausführung verwendet, wie sie im allgemeinen in der Radioindustrie benutzt wird und eine abgestimmte radiofrequente elektromagnetische Welle mit hoher Leistung erzeugen kann· Für die Zwecke der Erfindung soll der Generator 1 eine Ausgangsleistung von 15 Watt aufweisen, während der Wandlerkristall 55 mit einer Frequenz von 1,4 Megahertz schwingt.

In den Stromkreis des Generators 1 ist eingeschaltet ein Schalter 109, eine Anzeigelampe 112, ein Halter 113 für die Sicherung und der Verbinder 114, an den ein Stromleiterkabel angeschlossen ist, welche genannten Elemente an der Frontplatte 15 des Gehäuses 4 angeordnet sind, wie in der Fig.1 dargestellt. Wird der Schalter 109 in die Stellung "EIN" bewegt, so wird der Ausgang des Generators 1 dem Wandler 55 über das Zweileiter-

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Kabel 115 zugeführt, von dem der eine Leiter mit der Abschirmung 35 und der andere Leiter mit dem Stift 37 verbunden ist. Mit dem Schalter 109 kann ferner die Gebläseeinheit 13 ein- und ausgeschaltet werden.

Wie in.der Mg.2 dargestellt, ist ein langgestrecktes, zylindrisches und an den Enden offenes Rohr 57 aus Kunststoff oder einem anderen nichtleitenden Material am unteren Ende mit einer kreisrunden Aussenkung versehen, wodurch ein nach unten gerichteter ringförmiger Plansch 58 und eine nach unten gerichtete Schulter 59 geschaffen wird, die das obere Ende des Ringes 52 aufnimmt. Durch die Kappe 26 und den Ring 52 erstrecken sich mehrere Schrauben 62, von denen in der Fig.2 nur eine Schraube dargestellt ist, die in das untere Ende des Rohres 57 eingeschraubt sind und die Wandlerhalterung an der Gebrauchsstelle festhalten. Eine in einer Vertiefung 65 an der Schulter 59 sitzende Ringdichtung 64 wird gegen die Oberseite des Flansches 53 am Ring 52 gepresst und dichtet die Stelle zwischen dem Ring und dem Rohr 57 flüssigkeitsdicht ab·

Oberhalb des Wandlers 55 bildet das Rohr 57 eine Kammer, in der eine Flüssigkeit vernebelt werden soll, welche Kammer die Form einer kreisrunden axialen Bohrung 67 aufweist, deren unterer Teil den gleichen Durchmesser besitzt wie die vom Flansch 53 am Ring 52 umgrenzte Öffnung, welche Bohrung etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Wandlers 55. Der obere Teil der Bohrung 67 weist einen wesentlich größeren Durchmesser auf, wodurch zwischen den Teilen des Rohres 57 und allgemein in dessen Mitte eine schräge Schulter 68, eine nach oben gerichtete waagerechte Schulter 72 und ein waagerechter Absatz 73 gebildet wird. Durch den genannten Absatz wird der obere Wandungsteil 74 gegenüber dem

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unteren !eil des Eohres 57 nach außen versetzt und dabei eine äußere, nach unten gerichtete Schulter 66 geschaffen, die von dem Ring 22 abgestützt wird (Mg. 1-3.)· Ein radial nach innen gerichteter Flansch 75 am oberen Ende des Wandungsteiles 74 weist eine nach unten abfallende Oberseite 76 auf und erstreckt sich nach innen bis zu demselben Innendurchmesser wie der innere Wandungsteil oberhalb der Schulter 72.

Es ist ein zweites zylindrisches und an den Enden offenes Rohr 77 vorzugsweise aus einem durchsichtigen Kunststoff oder einem ähnlichen durchsichtigen Material vorgesehen, dessen Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Flansches 75 und des oberhalb der Schulter 72 gelegenen Wandungsteiles ist, während die Wandstärke gleich der Breite der genannten Schulter ist. Das Rohr 77 kann daher in das Rohr 57 eingeschoben werden, wobei die Außenseite am Flansch 75 anliegt sowie an dem Wandungsteil am Absatz 73, während das untere Ende des Rohres auf der Schulter 72 ruht. Wird das Rohr 77 auf diese Weise eingesetzt, so bildet es eine Fortsetzung der Bohrung 67 mit einem größeren Durchmesser, wobei die Länge des Rohres 77 ^so bemessen ist, dass es vom oberen Ende des äußeren Rohres 57 aus bis zu einem oberen Ende 78 vorsteht, das mit einem Außengewinde 79 versehen ist·

Auf das obere Ende 78 des Rohres 77 ist ein zylindrisches Leitblechgehäuse 82 aufgeschraubt (Fig»2, 5), das für diesen Zweck mit einem zu dem Gewinde 79 passenden Innengewinde 83 am unteren Ende versehen ist· Im Gehäuse 82 ist ein Leitblech 84 angeordnet. Das Gehäuse wird am oberen Ende durch eine Kappe 85 verschlossen.

Oberhalb des Innengewindes weist das Gehäuse 82 einen

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verhältnismäßig dicken Wandungsteil 86 auf, der sich bis zur Oberseite eines Quergliedes 87 erstreckt. Am Wandungsteil 86 ist eine allgemein radial verlaufende Durchlassöffnung 88 vorgesehen, die schräg nach unten verläuft und mit dem Inneren des Gehäuses 82 in Verbindung steht·

Von der Unterseite des Quergliedes 87 hängt in der Mitte des Gehäuses 82 senkrecht eine Umlenk- oder Leitplatte 89 herab, die das Innere des Gehäuses unterhalb des Quergliedes 87 und den oberen Teil des Rohres 77 in zwei halbzylindrische Teile unterteilt. Die Seitenkanten der Platte 89 sind, wie aus der Pig.5 zu ersehen ist, bei 92 mit Ausschnitten versehen, die die nach innen vorstehenden Seiten des Wandungsteiles 86 aufnehmen. Die Platte 89 wird an der Gebrauchsstelle dadurch festgehalten, dass sie gegen die gekrümmte Innenseite des Wandungsteiles 86 von einer Schraube 94 geklemmt wird, die radial durch den Wandungsteil 86 hindurchgeschraubt wird, bis die Schraube gegen die Platte stößt.

An der am Durchlass 88 gelegenen Seite der Platte 89 ist ein Querglied 87 mit einer verhältnismäßig kleinen Öffnung 95 vorgesehen, wober an der anderen Seite der genannten Platte im wesentlichen das ganze Querglied 87 weggeschnitten ist, wodurch eine allgemein segmentförmige Öffnung 96 geschaffen wurde (]?ig,.5)o Der oberhalb des Quergliedes 87 gelegene Wandungsteil 97 ist mit einer nach oben gerichteten Schulter 98 versehen.

Das in den Figuren 2 und 5 dargestellte Leitglied 84 weist einen in der Mitte gelegenen zylindrischen Körper 99 auf, von dem radial und in axial gleichen Abständen drei verhältnismäßig dünne und segmentförmige Rippen 102 abgehen, von denen· jede Rippe am Umfang des Körpers 99 eine gerade Kante 1o3 sowie eine

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angeschärfte kreisrunde zum Körper konzentrische Kante 10^· aufweist. Der Durchmesser der gekrümmten Kanten 10^· der Hippen 102 ist im wesentlichen der gleiche, während der Durchmesser des zylindrischen Körpers 99 ungefähr gleich der Hälfte des Innendurchmessers des Wandungsteiles 97 oberhalb der Schulter 98 ist, so dass das Glied 8^ in das Gehäuse 82 hineinpasst, wobei die gekrümmten Kanten 104- im wesentlichen an der Wandung 97 anliegen, während die unterste Rippe 102 auf der Schulter 98 ruht· Wird das Leit- oder Umlenkglied 8^4- ordnungsgemäß eingesetzt, so verläuft die gerade Kante 103 cL©r untersten Rippe 102 parallel zur oberen Kante der Platte 89 und liegt über der Öffnung 95· Der gekrümmte Teil 10*l· der untersten Rippe liegt mit Abstand über der Öffnung 96· Es wird darauf hingewiesen, dass der gekrümmte Teil 104- der mittleren Rippe 102 entgegengesetzt zu den gekrümmten Teilen der oberen und der unteren Rippe angeordnet ist, wodurch ein gewundener Strömungspfad geschaffen wird, der von der Öffnung % aus am Leitglied 8*l· vorbei zum oberen Ende des Gehäuses 82 verläuft·

Das obere Ende des Gehäuses 82 wird von einer Kappe 85 und einem Dichtungsring 105 abgeschlossen, der in einer an- der Kappe vorgesehenen Nute si fet. In der Kappe 85 ist eine Kammer vorgesehen, deren Innenwandung nach oben konvergiert und mit einer in der hitte der Kappe gelegenen Auslassöffnung 108 in Verbindung steht· Alle Bauteile der Umlenkanordnung werden vorzugsweise aus einen Kunststoff oder aus einem anderen, nicht korrodierenden und sterilisierbaren Material hergestellt.

Ein Schlauch 116 ist mit dem einen finde mit dem Ausgang eines im Gehäuse ^ (Fig.l) angeordneten Gebläses 13 und mit dem anderen Ende an ein Passtück 117 in der Durchlassöffnung 88 (Fig*2) angeschlossen und leitet einen Luftstrom aus dem Gebläse 13 in das

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obere Ende des Rohres 77 an der der Öffnung 96 gegenüberliegenden Seite der Umlenkplatte 89·

Um ein Aerosol mit größter Partikelgleichförmigkeit und der günstigsten Vernebelung in bezug auf die Geschwindigkeit der Aerosolerzeugung zu erhalten, muss dem Rohr 37 fortlaufend Flüssigkeit zugeführt werden, und der Pegel dieser Flüssigkeit muss im wesentlichen konstant gehalten werden· Die zu vernebelnde Flüssigkeit wird der Bohrung 67 aus einem Vorratsbehälter 3 zugeführt (Fig.l und 3)> der aus einem umgestülpten Topf 119 besteht, der am offenen unteren Ende von einer auf dieses aufgeschraubten Ring-Mutter 123 und einem Verschlussglied 122 (Fig.3) verschlossen wird. Am Rand der Überseite des Verschlussgliedes 122 ist ein Dichtungsring 12^ vorgesehen, und von der Unterseite des Verschlussgliedes hängt in der Mitte ein allgemein kreisrunder Block 125 herab (Fig.l und 3), der von dem Ringteil des linken Armes 18 aufgenommen wird. Vom Verschlussglied 122 aus erstreckt sich ein an den Enden offenes Rohr senkrecht nach oben in den Topf 119 hinein, welches Rohr zu einem langgestreckten umgekehrten "U" gebogen ist. Das mit einem Gewinde versehene eine Ende 127 des Rohres ragt durch das Verschlussglied 122 und durch den Block 125 hindurch und ist an diesem mit Hilfe der Muttern 128 befestigt. Dieses Ende des Rohres steht mit der Umgebungsluft in Verbindung. Das entgegengesetzte Ende 129 des Rohres endet einwärts vom Verschlussglied 122 und ist gleichfalls mit einem Gewinde versehen. Auf das Ende 129 ist eine Hülse 132 aufgeschraubt, die mit einer Gewindebohrung 133 versehen ist sowie mit zwei entgegengesetzten, mit der Hand erfassbaren ebenen Flächen, so dass die Hülse auf dem Rohrende 129 mühelos gedreht werden kann, um den Abstand des offenen unteren Endes 139 der Hülse 132 von der Oberseite des Verschlussgliedes 122 zu verändern.

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In eine sich durch das Verschlussglied 122 und den Block 125 erstreckende kleine Gewindebohrung 13^ ist ein Passtück 135 für den Anschluss eines Schlauches eingeschraubt. Um Platz für das Passtück 135 und für die untere Mutter 128 zu schaffen, ist der Block 125 mit Aussenkungen I36 versehen.

Die zu vernebelnde Flüssigkeit wird aus dem Vorratsbehälter 3 in die Bohrung 67 (Fig.3) durch einen Schlauch oder eine biegsame Rohrleitung 13? geleitet, der (die) am Einlassende mit dem Passtück 135 und mit dem Auslassende mit einem Passtück I38 (Fig.2, 3) am unteren Teil des Rohres 57 verbunden ist, wobei ein Heraussickern der Flüssigkeit aus der Bohrung 67 mittels der Dichtungsringe 56, 64· verhindert wird» Das Passtück I38 enthält ein Sperrventil, das eine Strömung nur in einer Richtung zulässt, d.h. in das Innere der genannten Bohrung.

Der Flüssigkeitsspiegel in der Bohrung 67 wird durch den Zufluss konstant gehalten und liegt auf derselben Höhe wie das untere Ende 139 äer Hülse 132 aus noch zu erläuternden Gründen. Die Arme 18 tragen die Vernebelungseinrichtung 2 und den Flüssigkeitsvorratsbehälter 3, so dass die Hülse 132 so eingestellt werden kann, dass deren unteres Ende I39 auf derselben Höhe liegt wie die Schulter 72 des Rohres 57·

Zu Beginn wird der Topf 119 mit der zufvernebelnden Flüssigkeit gefüllt und auf den Arm 18 so aufgesetzt, dass der Flüssigkeitsspiegel wesentlich über der Hülse 139 liegt. Das Ende 139 der Hülse steht über das Rohr 126 mit der Umgebungsluft in Verbindung, und wenn die Flüssigkeit sich im statischen Qleichgewioht befindet, so steht die Flüssigkeit im Topf 119 in der Höhe des Hülsenendes 139 unter dem atmosphärischen Druck, wobei der Druck der Flüssigkeit und der Luft oberhalb des Hülsenendes 139 kleiner als der

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atmosphärische Druck und der Druck der Flüssigkeit unterhalb des Hülsenendes 139 größer als der atmosphärische Druck ist. Das Flüssigkeitssystem suchtanfangs und beständig einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, bei dem der Spiegel der beständig unter dem atmosphärischen Druck stehenden Flüssigkeit in der Basis 67 bis zur Höhe des Hülsenendes 139 ansteigt. Wenn die Flüssigkeit in der Bohrung 67 durch die Vernebelung vermindert wird, so wird jedem Absinken des Flüssigkeitsspiegels ein Widerstand entgegengesetzt, da bei einem Absinken des Spiegels unter das Niveau des Hülsenendes 139 ein Druckunterschied erzeugt wird, wobei der Druck der Flüssigkeit am Hülsenende 139, das nunmehr oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Bohrung 6? liegen würde, kleiner als der atmosphärische Druck wird· Um diesen Druckunterschied zu beseitigen wird Flüssigkeit aus dem Topf 119 zur Bohrung 67 geleitet, während zugleich in den Topf Luft durch das Rohr 126 eingelassen wird, die die zugeführte Flüssigkeit verdrängt, so dass der Flüssigkeitsspiegel, in der Bohrung 67 auf der Höhe des Hülsenendes 139 gehalten wird. Sinkt die Flüssigkeit im Topf 119 unter die Höhe des Hülsenendes 139 ab, so sinkt auch der Flüssigkeitsspiegel in der Bohrung 67 entsprechend ab.

Im Betrieb wird die Oszillatorschaltung an eine Stromquelle angeschlossen, der Topf 119 wird mit der zu vernebelnden Flüssigkeit gefüllt, die aus Wasser, Salzwasser oder einer anderen Flüssigkeit bestehen kann, die Vernebelungseinrichtung 2 und der Vorratsbehälter 3 werden auf die Arme 18 aufgesetzt, während das Kabel 115, der Schlauch 137, der Verbinder 34 und das Passtück 138 durch die Schlitze 23 hindurchgeführt werden, wonach gewartet wird, bis das Flüssigkeitssystem den Gleichgewichtszustand erreicht hat. . Hiernach wird der Schalter 109 in die "ElW-Stellung bewegt, wonach

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die Ultraschallschwingung des Wandlers 55 durch Zuführung von elektrischer Energie aus dem Generator 1 eingeleitet und die Gebläseeinheit 13 in Betrieb gesetzt wird. Dies wird durch die Lampe 112 angezeigt. Durch Verändern der dem Wandler 55 zugeführten Leistung kann die Schwingungsamplitude reguliert und damit eine Kontrolle über die Menge des von der Vernebelungseinrichtung erzeugten Aerosols ausgeübt werden.

Wird der Wandler 55» der nach der bisherigen Beschreibung aus einer Scheibe eines piezoelektrischen Kristalls besteht, durch elektromechanische Energie zu Schwingungen mit einer Ultraschallfrequenz angeregt, so bewegen sich dessen Seitenflächen in bezug auf einander axial zur Scheibe, d.h. der Kristall schwingt mit einer entsprechenden Frequenz. Die bei einer bestimmten Energie erzeugte Schwingungsamplitude ist wesentlich größer, wenn der Kristall bei seiner Resonanzfrequenz schwingt, weshalb es vorzuziehen ist, den Kristall bei dieser Resonanzfrequenz zu betreiben, die normalerweise als Nennfrequenz bezeichnet wird.

Stehe eine der schwingenden Flächen mit einer Flüssigkeitsmenge in Berührung, so werden die Ultraschallwellen vom Kristall aus durch die flüssigkeit hindurch übertragen. An der Kristallfläche tritt ferner in der Flüssigkeit ein Druckabfall auf, der in einem außerordentlich hohen Ausmaß die Bildung und das Zusammenfallen von Hohlräumen oder Blasen bewirkt. Diese Blasen strömen zur Überfläche der Flüssigkeit und treffen auf die Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft, wobei an dieser Fläche ein feiner Nebel oder ein Aerosol erzeugt wird.

Bei der Vernebelungseinrichtung nach der Erfindung werden Aerosolpartikel gleicher Größe und in größten Mengen dadurch erzeugt, dass der Strahl der Ultraschallwellen auf einen Punkt kon-

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konzentriert wird, in dem der Strahl den Flüssigkeitsspiegel durchdringt, und dass die Strömung der Blasen auf einen Punkt fokussiert wird, der im wesentlichen auf diesem Flüssigkeitsspiegel liegt. Diese erwünschte Konzentration des Ultraschallstrahls erfolgt in einer Strahlkonzentrationskammer, die von der Wandung der Bohrung 67 und der angrenzenden Seite des Wandlers abgegrenzt wird, welche Kammer mit der zu vernebelnden Flüssigkeit gefüllt ist.

Die Bohrung 67 weist die gleiche Weite auf von dem an den Wandler 55 angrenzenden Ende bis im wesentlichen zum oberen entgegengesetzten Ende, an dem sich die Bohrung erweitert. Der die gleiche Weite aufweisende Teil der Bohrung 67 besitzt ungefähr den gleichen bis zu einem etwas kleineren Durchmesser wie der Wandler 55· Da bei den Ultraschallwellen eine starke Reflexion auftritt, wenn die Schallwellen aus einer Flüssigkeit auf einen festen Körper übertragen werden, so ist es erwünscht, den Durchmesser der Bohrung verhältnismäßig klein zu bemessen, so dass die Reflexion des festen Materials benutzt wird, um den Ultraschallstrahl einzugrenzen und hoch zu konzentrieren. In der Praxis soll jedoch der Durchmesser der Bohrung nicht wesntlich kleiner sein als der Durchmesser des Wandlers, da ein festes Material, das über der abstrahlenden Fläche des Wandlers in der Bahn der ausgesendeten Schallwellen liegt, einen Teil der abgestrahlten Energie absorbiert, wodurch die Wirksamkeit der Vernebelung herabgesetzt wird. Bei der Vernebelungseinrichtung nach der Erfindung ist ein Umfangskontakt zwischen dem Rohr 51 und dem Wandler notwendig, um eine Flüssigkeitsabdichtung herzustellen.

Nachdem der Durchmesser des gleich weiten Teiles der Bohrung und der resultierende Brennpunkt der konvergierenden Blasenströmung in der zu vernebelnden Flüssigkeit bestimmt worden sind,

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wird die Länge dieses Teiles so "bemessen, dass der Brennpunkt im erweiterten oberen Teil der Bohrung und im wesentlichen an der Schulter 72 auftritt. Dies ist für die Flüssigkeit in der Bohrung 67 der günstigste Spiegel, der bei der Flüssigkeit in der Vernebelungseinrichtung vom Vorratsbehälter 3 und der oben beschriebenen Pegelregulierungsanordnung selbsttätig aufrecht erhalten wird·

Bei der beschriebenen Einrichtung besteht der Wandler 55 aus einer Scheibe eines piezoelektrischen keramischen Materials, z.B.Bariumtitanat mit einem Durchmesser von ungefähr 22,2 mm, während das Rohr 57 aus Nylon besteht, wobei der gleich weite untere Teil der Bohrung 67 über eine Länge von ungefähr 15,8 mm hinweg einen gleichbleibenden Durchmesser von 17,5 mm aufweist, während der obere erweiterte Teil sich axial über weitere 6,3 mm bis zur Schulter 72 erstreckt« Wird der Wandler 55 vom Generator 1 mit einer Ausgangsleistung von ungefähr 15 Watt zu Schwingungen mit einer Frequenz von 1,^ Megahertz angeregt, so tritt der günstigste Wirkungsgrad bei der Erzeugung des Aerosols auf, wenn der Flüssigkeitsspiegel im wesentlichen auf der Höhe der Schulter 72 liegt,

3 wobei das Aerosol in einer Menge von ungefakr 2 cnr pro Minute erzeugt wird.

Der Ultraschallstrahl kann andererseits auch dadurch zum Konvergieren gebracht werden, dass ein konkav gekrümmter Kristall verwendet wird, jedoch ist ein solcher Kristall wesentlich teurer als ein ebener Kristall,

Befindet sich die Vernebelungseinrichtung in Betrieb, so wird die Flüssigkeit in der Kammer 67 beständig verbraucht; jedoch wird der Flüssigkeitsspiegel beständig auf der günstigsten Höhe gehalten, bis der Vorrat im Topf 119 unter diesen Spiegel absinkt. Sinkt die Flüssigkeit in der Bohrung 67 unter diesen

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Spiegel ab, so sinkt auch der Wirkungsgrad der Vernebelung merklich ab. Bei der in der Fig_e2 dargestellten Einrichtung dauert es nach dem Absinken des Flüssigkeitsspiegels unter die erwünschte Höhe noch mehrere Stunden, bis auch der Rest der Flüssigkeit vernebelt ist, Wird die Einrichtung unbeabsichtigterweise in Betrieb gelassen ohne einen ausreichenden Flüssigkeitsbestand, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass dieser Zustand entdeckt und aufgehoben wird, lange bevor der Flüssigkeitsbestand erschöpft ist und das Gerät durch überhitzung beschädigt wird«

Wie in der Fig.2 durch den Pfeil 1A2 angezeigt wird , führt der Luftstrom aus der Gebläseeinheit 13 das Aerosol aus dem Rohr 77 nach oben an den Umlenkrippen 103 vorbei, die alle größeren Partikel abfangen, und dann durch den Auslass 108 und durch einen Schlauch 1^-0 zu einer Maske oder zu einem anderen Leitmittel für den Patienten· Die eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit aufweisende Strömung aus dem Gebläse 13 tritt aus dem Passtück 117 aus, stößt auf die Platte 89, strömt an dieser entlang nach unten um die untere Kante herum, nimmt den in der Bohrung 67 erzeugten Nebel auf und strömt dann zusammen mit dem Nebel längs der entgegengesetzten Seite der Platte 89 nach oben durch das die Umlenkglieder enthaltende Gehäuse 82 und durch den Auslass 108. Die Luftströmung aus dem Gebläse I3 kann den jeweiligen Erfordernissen entsprechend reguliert werden» AnsMle der Luftströmung kann als Aerosolträger Sauerstoff oder ein anderes einatmungsfähiges Gas verwendet werden, oder der Patient kann das erzeugte Aerosol einfach durch Einatmen zur Wirkung bringen· Bei der Behandlung bestimmter Leiden können besondere Gasträger erforderlich sein; es wird jedoch darauf hingewiesen, dass für das Vernebelungsverfahren ein komprimiertes Gas oder eine Luftströmung nicht wesentlich

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Die Gleichförmigkeit der Partikelgröße wird weiterhin noch durch den Aufbau mit den Leitrippen gefördert, so dass die Größe der aus dem Auslass austretenden Partikel noch unter 10 Mikron liegt.

Das Aerosol wird durch die Öffnung 96 nach oben geführt, verfolgt einen gewundenen Pfad (Fig,5, Pfeil 14-3) längs beider Seiten der Rippen 102 und strömt dann durch die Kammer 10? und durch den Auslass 108 aus, Partikel, die schwerer als erwünscht sind, prallen gegen die Unterseite der Rippen 103 und gegen andere Hindernisse und kondensieren, wobei das Kondensat an der Wandung 97 nach unten und schließlich durch die Öffnung 95 abläuft. Die leichteren Partikel durchströmen den Aufbau mit den Umlenkrippen ohne auf eine Rippenfläche zu stoßen.

Die Bauteile der Einrichtung, die mit der Flüssigkeit oder mit dem Aerosol in Berührung gelangen, sind ohne Schwierigkeiten von einander trennbar z.B. das Rohr 77, das Glied Qk und die Kappe 85, welche Teile vom Gehäuse 82 abgenommen werden können, und die aus einem sterilisierbaren und nicht korrodierenden Material bestehen.

Soll eine verhältnismäßig kleine und genau dosierte Menge eines Heilmittels in Aerosolform verabreicht werden, so kann die Vernebelungseinrichtung in der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Weise abgeändert werden. Die Fig,7 zeigt eine Ampulle 1*J4 für ein flüssiges Heilmittel, die anstelle des Rohres 77 benutzt werden kann. Die Ampulle 1*44 weist eine zylindrische Wandung 1^5 mit dem gleichen Durchmesser wie das Rohr 77 auf und ist mit einem Schraubgewinde an dem einen Ende versehen, auf das eine Kappe 1^6 aufgeschrau bt wird. Die Ampulle wird am entgegengesetzten Ende von einer Wandung oder Membran 1^7 abgeschlossen, die in der Mitte mit einem

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axial nach außen vorstehenden halbkugelförmigen Buckel 148 versehen ist. Es kann ein Etikett oder ein anderes Mittel vorgesehen werden, das mit Angaben über das Heilmittel und dessen geeignete Dosierung versehen wird« Das Heilmittel kann daher in der Ampulle 144 wie bei den herkömmlichen Ampullen aufbewahrt und befördert werden.

Nach Abnahme der Kappe 146 kann die Ampulle 144 in das Rohr 57 (Fig.6) so eingesetzt werden, dass die Membran 147 auf der Schulter 72 ruht, wobei anstelle der Kappe das Gehäuse 82 mit den Umlenkrippen aufgeschraubt wird. Bei der abgeänderten Ausführungsform wird anstelle einer Flüssigkeit in der Bohrung 67 eine abgemessene Menge eines flüssigen Heilmittels in der Ampulle 144 vernebelt, so dass keine fortlaufende Zuführung einer Flüssigkeit erforderlich ist. Die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 3 wird daher vom Gerät entfernt, und stattdessen wird der untere Teil der Kammer 67 anfangs mit einer Flüssigkeit bis zur Höhe der Schulter 72 gefüllt. Wird die Kammer 67 unbeabsichtigterweise bis über die Schulter 72 hinaus gefüllt, so verhindert der Flansch 75 ein Auslaufen der von der Ampulle 144 beim Einsetzen verdrängten Flüssigkeit.

Nach dem Hinsetzen der Ampulle 144 befindet sich die Flüssigkeit in der Kammer 67 unterhalb der Wandung 147 in diesem im wesentlichen eingeschlossen und kann daher nicht vernebelt werden, und die Ampulle enthält vorzugsweise das flüssige Heilmittel in einer Höhe von 1,6 mm bis 6,3 mm. Wird der Wandler 55 zum Schwingen angeregt, so werden die Ultraschallwellen durch die Flüssigkeit darüber übertragen und fallen auf die Membran 147, so dass diese mit der Ultraschallfrequenz in Schwingungen versetzt wird. Die

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auf den abgerundeten Bocke 1 14-8 fallenden Schwingungen werden in einer geringen Entfernung oberhalb der Membran 1^7 fokussiert, so dass der Brennpunkt im wesentlichen auf der Höhe der Oberseite des flüssigen Heilmittels liegt· Der Buckel 1^-8 bewirkt eine ausreichende Fokussierung der Ultraschallwellen, so dass das Heilmittel fortlaufend vernebelt wird, bis es gänzlich verbraucht ista Das medizinische Aerosol kann in der bereits beschriebenen Weise von Luft oder einem anderen atmungsfähigen Gas mitgeführt werden.

An den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedänkens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden» Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentanspruches abgegrenzt·

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1) Nebelerzeugungsgerät, gekennzeichnet durch eine allgemein senkrecht angeordnete und langgestreckte Vernebelungskammer, die am unteren Ende geschlossen ist und am oberen Ende einen Auslass zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweist, wobei der flüssigkeitsspiegel in einer vorherbestimmten Höhe über dem Boden der Vernebelungskammer gelegen ist, durch einen am genannten Boden angeordneten elektromechanischen Wandler, der an der einen Seite mit der Flüssigkeit in der genannten Kammer akustisch in Verbindung steht, durch eine Kinrichtung, die den Wandler zum Erzeugen von Ultraschallwellen anregt, und durch Mittel, die die Ultraschallwellen auf die genannte vorherbestimmte Höhe konzentrieren,

Z) Nebelerzeugungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannten Mittel einen Teil der genannten Kammer umfassen, der einen verminderten und im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweist wie die genannte Seite des Wandlers, welcher Teil der Kammer sich vom Wandler aus senkrecht bis im wesentlichen zu der genannten Höhe erstreckt.

3) Nebelerzeugungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel, die das Aerosol aus der genannten Kammer längs einer Strömungsbahn bewegen, und durch Umlenkmittel, die in der Strömungsbahn gelegen sind und wahlweise ein Vorbeibewegen von flüssigen Partikeln des Aerosols verhindern, deren Durchmesser größer ist als ein vorherbestimmter größter Durchmesser·

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^) Nebelerzeugungsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine entfernbare langgestreckte Ampulle für eine Flüssigkeit, die in das obere Ende der genannten Kammer einsetzbar ist, wobei deren Bodenwandung im wesentlichen auf der genannten Höhe gelegen ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwandung in der Mtte mit einer sich nach unten erstreckenden Einprägung versehen ist, die die Ultraschallwellen im wesentlichen in der Höhe der Bodenwandung fokussiert.

5) Nebelerzeugungsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung, bestehend aus einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeit, aus einem im Vorratsbehälter angeordneten Rohr, das außerhalb des Vorratsbehälters mit der Umgebungsluft und mit dem Inneren des Behälters durch eine Öffnung an einer Stelle in Verbindung steht, die in einiger Entfernung oberhalb des Bodens des Behälters gelegen ist, durch Mittel,, die den Vorratsbehälter so haltern,.dass die genannte Öffnung sich in der genannten vorherbestimmten Höhe befindet, und aus einer Leitung, die mit dem Vorratsbehälter unterhalb der genannten Öffnung und mit der genannten Kammer in Verbindung steht, wobei die Flüssigkeit in der Kammer auf der genannten Höhe gehalten wird.

6) Nebelerzeugungsgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Einstellen der Höhe der genannten Öffnung über dem Boden des Vorratsbehälters.

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