© Foto, Illustration | ebm-papst, KD Busch, Gernot Walter

Das Geheimnis der Schildkröte

Ursprünglich speziell für Beatmungsgeräte entwickelt, erweist sich der „Turtle Blower“ inzwischen als robustes Universalgenie.


Das Gehäuse hat dem Turtle Blower seinen Spitznamen beschert: Das kleine schwarze Kunststoffchassis mit den fünf Schraubdomen und dem Gebläseauslass erinnert an eine kleine Schildkröte. Welche Aufgabe das vermeintliche Reptil erfüllt, verrät seine Produktbezeichnung: CPAP-Radialgebläse ECI 30.20. Entwickelt wurde das kompakte Gebläse für medizinische Beatmungshilfen. Es unterstützt Patienten, die unter Atemaussetzern leiden, dabei, nachts ausreichend mit Luft versorgt zu werden. Da das Gerät direkt neben dem Bett eingesetzt wird, muss die kleine Schildkröte vor allem zwei Dinge können: sehr leise sein und sich dynamisch-druckvoll den Atmungsbedürfnissen des Patienten anpassen.Sie kann aber noch viel mehr.

Vor zehn Jahren erkannten Ingenieure bei ebm-papst in St. Georgen, dass sie durch ihr Know-how in der Luft- und Antriebstechnik geradezu prädestiniert waren, Gebläse zur Unterstützung von Schlafapnoe-Patienten zu entwickeln. Die ersten Geräte waren jedoch noch groß und schwer. Das änderte sich, als 2003 der schwedische Beatmungsspezialist Breas ein handlicheres Modell auf den Markt bringen wollte und damit dem Trend der Medizintechnik folgte, kleinere Geräte anzubieten, die auch mobil betrieben werden können.

In den Messständen und Entwicklungslabors in St. Georgen begann man daraufhin zu tüfteln: „Der Markt des CPAP-Gebläses wurde 1999 bei uns geboren, aber der Startschuss für den Turtle Blower ist 2003 in einer Projektarbeit mit Breas gefallen“, konstatiert Produktmanager Claudius Klose. „Der ECI 30.20-Antrieb, der dabei entwickelt wurde, war der Urtyp des Antriebs für den Turtle Blower.“ Den bisherigen Motor wandelten die Ingenieure vom Außen- zum Innenläufer um und machten damit eine gewaltige Miniaturisierung möglich: „Der Turtle Blower baut viermal kleiner als das Vorgängergebläse, hat zudem einen höheren Leistungsbereich und wiegt gerade mal ein halbes Pfund“, fasst Klose zusammen.

Für den Einsatz in CPAP-Beatmungsgeräten muss das Gebläse ganz spezifische Anforderungen erfüllen. Es unterstützt die körpereigenen Atmungsreflexe durch geregeltes Einblasen von Luft. Deren Fördermenge und -druck müssen dabei ständig an die eigene Atmung des Patienten angepasst werden. Der Antrieb des Gebläses muss daher äußerst flexibel seine Drehzahl verändern können. Dementsprechend dynamisch konstruierten die Entwickler in St. Georgen das Gebläse für einen maximalen Arbeitspunkt, bei dem eine

Druckschwankung von vier auf 20 Millibar binnen 200 Millisekunden möglich ist.

klose_2973Ruhig, robust und günstig

Von einem aufheulenden Motor wird dabei niemand aus dem Schlaf gerissen. Der Turtle Blower ist mit einer Lautstärke von 40 dB(A) Schalldruck ein eher stiller Zeitgenosse. Das hängt auch mit seiner laufruhigen Bauweise zusammen, die extrem vibrationsarm ist. Im Beatmungsgerät wird das Gebläse noch zusätzlich gedämmt und liegt in einem Schaumkäfig sowie in einer Schallbox. Lufteinlass und -auslass werden wie bei einem Auspuff mäanderförmig geführt und dadurch optimal schallminimiert. Damit erzielt beispielsweise das Breas iSleep-Gerät einen Wert von 21 dB (A) Schallleistung – einen idealen Nachtruhewert. Die Laufruhe des Gebläses erreichten die St. Georgener durch einen eisenlosen Motor. Anstelle der Statorzähne wurden Luftspulen verwendet. Dadurch hat der Motor keinen magnetischen Widerstand, erzeugt weniger Körperschall und hat geringere Leistungsverluste.

Weil bei der verwendeten EC-Technik auch die Bürsten als Verschleißteil wegfallen, macht das Gebläse seinem Spitznamen auch in Sachen Lebensdauer alle Ehre: Rund 20.000 Stunden, also weit über zwei Jahre, läuft die Schildkröte im „Rund-um-die-Uhr“-Betrieb – auch in widrigen Umgebungen. „Staubpartikel können dem Gebläse kaum etwas anhaben, im Prinzip funktioniert der Turtle Blower ja wie ein Staubsauger“, betont der Produktmanager die Robustheit des Radialgebläses. Die für den EC-Motor typische hohe Energieeffizienz bedeutet nicht nur geringeren Stromverbrauch, sondern im Fall des Turtle Blowers vor allem auch bessere Dynamik. Dass er daher enorm wettbewerbsfähig ist, hängt sowohl mit diesen zahlreichen technischen Vorteilen zusammen, aber auch mit seiner Wirtschaftlichkeit: Dank vergleichsweise niedriger Produktionskosten ist er auch für den Kunden kostengünstig.

Einer für alles

Zwar ist der Einsatz in Beatmungsgeräten heute eindeutig das Kerngeschäft des Turtle Blowers, sein Geheimnis ist aber auch anderen Branchen nicht verborgen geblieben: hoher Druck mit geringem Fördervolumen. Das ideale Arbeitsniveau für die CPAP-Anwendung ist durchaus auch in anderen Bereichen gefragt. So finden sich die Standardversionen des Gebläses auch in Geräten zum Heißluftlöten sowie Rauchansaugsystemen. Zum Beispiel in der TITANUS®-Produktfamilie der Firma Wagner Group GmbH, dem richtungsweisenden und weltweit führenden Anbieter für innovative Gesamtlösungen im Brandschutz.

Hier sorgt der Standard-Turtle Blower dafür, dass aus dem überwachten Bereich konstant Luft entnommen und über ein bis zu 560 Meter langes Rohrsystem der Detektionseinheit zugeführt wird. Die kontinuierliche Saugleistung wird bei dieser sensiblen Aufgabe zuverlässig über den hohen Druck des Gebläses bereitgestellt. Da das Gebläse extrem robust ist, eignet sich dieses Rauchmeldesystem besonders für problematische Bereiche, in denen viel Staub oder gar Strahlung auftritt. Praktisch unhörbar ist das System auch, da der Detektor, in dem die leise Schildkröte saugt, außerhalb der überwachten Räume sitzt. So ist das System dafür geeignet, beispielsweise in Krankenhausabteilungen oder Hotelzimmern Rauchentwicklung sehr frühzeitig zu detektieren.

cpap-zu_3060_freiNeu gewickelt

Auch die Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG in Putzbrunn bei München wurde auf den leistungsstarken Turtle Blower aufmerksam. Der Marktführer im Bereich von Flüssiggasheizungen für Freizeitfahrzeuge und Boote entwickelte eine Brennstoffzelle, die mit einer herkömmlichen Propangasflasche betrieben werden kann. Da der Brennstoff der Zelle jedoch Wasserstoff ist, muss das Propangas zunächst in einem sogenannten Reformer umgewandelt werden. Im portablen Brennstoffzellen-System VeGA ließ sich das Gebläse gleich für zwei unterschiedliche Aufgaben einsetzen. Im Reformer versorgt der Turtle Blower die katalytischen Brenner, die für den Reformierprozess die erforderliche Wärme bereitstellen. Bei der Brennstoffzelle führt das Gebläse ebenfalls unter hohem Druck den Sauerstoff aus der Umgebungsluft der Kathode zu. Beide Aufgaben erledigt ein Turtle Blower.

Obwohl das Standard-CPAP-Radialgebläse mit 20 Millibar im Arbeitspunkt bereits einen hohen Druck leistet, mussten die Ingenieure in St. Georgen für Truma die Motorwicklung des Antriebs verändern, denn gefordert war ein höherer Arbeitspunkt. Nun baut das Gebläse in dieser Anwendung einen Arbeitsdruck von bis zu 45 Millibar auf – und macht es nicht erst dadurch zu einem echt starken Universalgenie.

CPAP-Radialgebläse ECI 30.20:

  • Durchmesser: 68,5 mm klein
  • Gewicht: 250 g leicht
  • Lautstärke: 40 dB(A) leise
  • Lebensdauer: 20.000 Stunden lang
  • Leistung: 4 auf 20 mbar in 200 msec schnell

Bei diesen Anwendungen sorgt das Universalgenie für ordentlichen Druck:

isleep25Schlafapnoe

Bei diesem Krankheitsbild treten Atemstillstände während des Schlafes auf. Der Körper leidet dabei unter Sauerstoffmangel und erzeugt Aufweckreaktionen, die vom Betroffenen nicht wahrgenommen werden. Die Folgen des wenig erholsamen Schlafes sind große Tagesmüdigkeit und zum Teil schwere Erkrankungen wie Herzinfarkte, Schlaganfälle und Depressionen.

vivo40_productCPAP-Beatmung

Der kontinuierliche positive Luftwegedruck (Continuous Positive Airway Pressure) ist eine im klinischen wie im häuslichen Bereich eingesetzte medizinische Beatmungsform, die die zu schwache Eigenatmung des Patienten dynamisch unterstützt. Sie gewährleistet ein ausreichendes Atemvolumen, indem sie kontinuierlich den angeforderten Atemfluss prüft und ergänzt. Atemtiefe, Atemfrequenz und Luftdurchfluss bestimmt der Patient also selbst. CPAP wird vorwiegend zur Behandlung von Schlafapnoe eingesetzt.

truma_vegaBrennstoffzelle

Die Brennstoffzelle wandelt in chemischen Stoffen gebundene Energie direkt in elektrischen Strom um. Im Gegensatz dazu wird bei Verbrennungsmotoren die chemische Energie zunächst in thermische Energie umgewandelt. Die Brennstoffzelle hat einen potenziell höheren Wirkungsgrad und ist bei Verwendung von Wasserstoff zudem emissionsfrei, da bei der Reaktion als Abfallprodukt nur Wasser entsteht.

Reformer

Die meisten Brennstoffzellen arbeiten mit Wasserstoff. Den können sie entweder industriell vorgefertigt in den Tank bekommen oder er wird direkt vor Ort durch Reformierung aus einem primären Rohstoff wie Propangas gewonnen. Dabei wird der Rohstoff unter Einsatz eines Katalysators bei hohen Temperaturen in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt.

wagner_top_sens2_2Rauchansaugsystem

Dieses aktive System zur Branderkennung saugt über ein Rohrsystem kontinuierlich Luftproben aus den überwachten Räumen an und führt sie einer Detektionseinheit zu. Dort analysieren optische Messkammern den Rauchpartikelanteil. Dank physikalischer Filter und in der Software hinterlegter Brandmustererkennung wird dabei ein sehr hoher Schutz vor Täuschungsalarm erreicht. Zu den weiteren Vorteilen von Rauchansaugsystemen zählen ferner die hohe Sensibilität für Rauchpartikel, die bessere Wartungsfreundlichkeit und die Möglichkeit einer verdeckten, nahezu unsichtbaren Installation.

Heißluftlöten

Im Gegensatz zum Löten mit Kolben wird die Lötstelle nicht durch den direkten Kontakt mit dem heißen Werkzeug erhitzt, sondern von einem heißen Luftstrom auf die Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes gebracht.

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