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Leiser Atem­helfer für den medi­zi­ni­schen Einsatz

Atem­aus­setzer im Schlaf, auch Schlaf­apnoe genannt, betreffen viele Menschen über 40 Jahren. Eine bewährte Thera­pie­form unter­stützt körper­ei­gene Atmungs­re­flexe durch gere­geltes Einblasen von Luft in die Lungen. Wich­tiger Bestand­teil solcher Systeme: ein neuer, hoch­dy­na­mi­scher Radi­al­lüfter.


Atem­aus­setzer im Schlaf, auch Schlaf­apnoe genannt, betreffen viele Menschen über 40 Jahren. Die Zahl der betrof­fenen liegt im zwei­stel­ligen Prozent­be­reich, das Verhältnis Männer zu Frauen etwa 5 zu 1, Tages­mü­dig­keit und Aufmerk­sam­keits­de­fizit sind die offen­sicht­li­chen Auswir­kungen der Krank­heit. Da sie unbe­han­delt auch zu eher versteckten Folge­er­kran­kungen wie Blut­hoch­druck, Herz­in­suf­fi­zienz (vermin­derte Herz­leis­tung), Herz­rhyth­mus­stö­rungen oder Herz­in­farkt führen kann, muss man sie behan­deln. Eine bewährte Thera­pie­form unter­stützt die körper­ei­genen Atmungs­re­flexe durch gere­geltes Einblasen von Luft in die Lungen.

Ein neuer, hoch­dy­na­mi­scher Radi­al­lüfter unter­stützt nun die Atmung durch die gere­gelte Zufuhr von frischer Luft. Der leichte, effi­zi­ente Klein­lüfter eignet sich auch gut für langen Akku­be­trieb, beispiels­weise für ein mobiles Schlaf­the­ra­pie­gerät. Weitere Einsatz­mög­lich­keiten in der Medi­zin­technik sind u. a. die Inten­siv­be­atmung, die Schleim­mo­bi­li­sa­tion und die mobile Luft­fil­ter­technik z. B. bei Atem­schutz­ge­räten.

Der RV 45 bietet eine dyna­mi­sche, effi­zi­ente und dabei leise Luft­för­de­rung. (Foto: ebm-papst)

Bei medi­zi­ni­schen Geräten und deren Kompo­nenten werden beson­ders hohe Anfor­de­rungen an die Zuver­läs­sig­keit  gestellt. Gerade beim Haus­ge­brauch von Apno­e­ge­räten oder dem Einsatz als Beatmungs­gerät auf der Inten­siv­sta­tion ist auch eine möglichst einfache Hand­ha­bung wichtig. Wird z. B. nachts ein Beatmungs­gerät genutzt, muss ein solches Gerät natür­lich ortsnah im Schlaf­zimmer am Bett stehen und darf dort durch Betriebs­ge­räu­sche den gesunden Schlaf nicht stören. Um diese Forde­rungen sicher umzu­setzen, entwi­ckelte der Lüfter- und Antriebs­spe­zia­list ebm-papst aus St. Georgen im Schwarz­wald den Radi­al­lüfter RV45 für Beatmungs­ge­räte und ähnlich dyna­mi­sche Anwen­dungen, der diese Anfor­de­rungen erfüllt; sicher, zuver­lässig, effi­zient und leise.

Wie funk­tio­niert Beatmung?

Schlaf­apnoe:
Was ist das?

Von Schlaf­apnoe, also vorüber­ge­henden Atem­still­ständen, die während des Schlafes auftreten, sind rund 10 % aller Schläfer über 40 Jahren betroffen. Bei mehr als zehn Atem­aus­set­zern in der Stunde, die länger als 10 Sekunden andauern, ist ein Schlaf­apnoe-Syndrom wahr­schein­lich.

Die Still­stands­phasen treten in schweren Fällen bis zu zwan­zigmal in der Stunde auf. Die Atem­pause wird im Gehirn des Schla­fenden regis­triert und durch eine Weck­re­ak­tion (Arousal) über­wunden. Diese Weck­re­ak­tion ist lebens­wichtig und bewahrt vor dem Ersti­cken, stört aber den Schlaf. Der Schla­fende wech­selt von einem tiefen Schlaf­sta­dium in einen nur ober­fläch­li­chen Schlaf. Gerade auch Schnar­cher sind von dieser Krank­heit betroffen.

Wegen der Schlaf­stö­rungen und der mangelnden Sauer­stoff­ver­sor­gung während der Aussetz­phasen fühlt sich der Patient am Morgen unaus­ge­ruht und müde, oft kommt es zu Tages­schläf­rig­keit und Aufmerk­sam­keits­de­fizit. Zudem können sich aus einem chro­ni­schen, unbe­han­delten Apnoe-Syndrom oft Blut­hoch­druck, Herz­in­suf­fi­zienz (vermin­derte Herz­leis­tung), Herz­rhyth­mus­stö­rungen und die verstärkte Neigung zu Herz­in­farkt und Schlag­an­fall entwi­ckeln.

Die Technik dahinter ist einfach zu verstehen: Ein vom Lüfter erzeugter Luft­über­druck bläst die Lunge auf und unter­stützt so die eigene Atmung. Doch die Tücke liegt im Detail: Die Anwen­dung erfor­dert eine hohe Dynamik des Lüfters. Jedoch ist Lauf­ruhe bei dyna­mi­schem Betrieb nicht einfach umzu­setzen. Hinter­grund der dyna­mi­schen Volu­men­strom- und Druck­re­ge­lung der Atem­luft sind die biolo­gi­schen Eigen­schaften der Atmung. So ist es oft notwendig, bei Beginn der Beatmungs­se­quenz kurz­zeitig einen hohen „Aufblas­druck“ zu erzeugen. Dieser Druck hebt das schlaffe Gaumen­segel an und erlaubt so der nach­fol­genden Luft das Einströmen in die Luft­röhre. Dieser „Aufblas­druck“ darf aber nur ganz kurz anliegen und er muss schnell, jedoch nicht schlag­artig, ansteigen um dem Gewebe die nötige Zeit zum Ausdehnen bzw. Auswei­chen zu geben.

Nach dem Öffnen des Gaumen­se­gels muss der Druck schnell auf das vom Arzt vorge­ge­bene Einatem­ni­veau zurück­ge­führt und konstant gehalten werden. Je nach eigener Atmung des Pati­enten sind dazu die unter­stüt­zende Förder­menge und der Druck ständig anzu­passen. Zum Ausatmen muss der Druck dann 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 und Druck­schwan­kungen von 400 Pa auf 2.000 Pa Über­druck ausgehen. Der Druck sollte dabei so niedrig wie möglich gehalten werden und keines­falls über 3.500 Pa liegen, um Lungen­schäden zu vermeiden.

Der einstell­bare hohe Volu­men­strom ist dagegen wichtig, um gege­be­nen­falls Leckagen, z. B. an der Atem­maske durch schlechten Sitz oder bei Bart­trä­gern, sicher kompen­sieren zu können. Um die nötige Varia­tion bei Volu­men­strom und Druck in der Praxis zu regeln, muss daher die Dreh­zahl des Radi­al­lüf­ters schnell hoch bzw. herun­ter­ge­fahren werden. Der strö­mungs­tech­nisch und moto­risch auf Dynamik opti­mierte Kompakt­lüfter RV45 liefert dazu die erfor­der­liche Aero­dy­namik und Antriebs­technik. Trotz der stark schwan­kenden Förder­menge erfor­dert der Einsatz bei Nacht neben dem Bett abso­lute Lauf­ruhe, Lärm würde die nächt­liche Erho­lung des Pati­enten und gege­be­nen­falls die des Part­ners im Zimmer stören.

Technik im medi­zi­ni­schen Dienst

Wie lassen sich nun die unter­schied­li­chen Anfor­de­rungen in ein möglichst univer­sell einsetz­bares Produkt umsetzen? Grund­vor­aus­set­zung ist der Einsatz FDA-konformer Werk­stoffe für medi­en­be­rüh­renden Teile, die welt­weit alle einschlä­gigen Vorschriften erfüllen. Parallel dazu wurde die gesamte Aero­dy­namik des Lüfters dem Einsatz­zweck ange­passt. Sowohl bei hohen als auch bei nied­rigen Dreh­zahlen wurden so die Strö­mungs­ge­räu­sche der Luft deut­lich verrin­gert. Der RV45 wurde für den Einsatz in CPAP-Geräten und Beatmungs­ge­räten mit auto­ma­ti­scher Druck­an­pas­sung (APAP/auto APA und BiLevel/BIPAP) entwi­ckelt. Dabei wurden die Mechanik, der Motor und die Aero­dy­namik so gestaltet, dass sie sich gegen­seitig unter­stützen, um die unter­schied­li­chen Anfor­de­rungen durch Syner­gien zu errei­chen.

Je nach medi­zi­ni­schem Gerät kann der Anwender auch seine eigene, spezi­fisch opti­mierte Steue­rung einsetzen.

Um das Radi­al­ge­bläse für einen möglichst breiten Einsatz­be­reich optimal auszu­statten, wählten die Schwarz­wälder Spezia­listen als Antrieb einen hoch­dy­na­misch ausge­legten, elek­tro­nisch kommu­tierten Innen­läu­fer­motor. Das geringe Träg­heits­mo­ment des mit einem Neodym­ma­gneten bestückten Rotors kommt der gefor­derten Dynamik entgegen. Die in aufwen­diger Simu­la­tion und mit vielen Test­läufen entwi­ckelte Magnet- und Spulen­aus­le­gung opti­miert diese Eigen­schaft weiter. Gleich­zeitig wurden das Rast­mo­ment sowie die Körper­schall­an­re­gung mini­miert und die Effi­zienz verbes­sert. 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 L10IPC (25 °C) nach den verschärften, haus­ei­genen ebm-papst-Test­be­din­gungen erhöht werden. Das entspricht rund 6.250 Nächten oder ca. 17 Jahren bei 8 Stunden Schlaf pro Nacht.

Ist der Lüfter in einem passenden, geräusch­dämp­fenden Gerä­te­ge­häuse einge­baut, ist auch nachts mit keiner Störung zu rechnen. (Foto: ebm-papst)

Weil bei einem Radi­al­lüf­terrad die Förder­menge (linear) und der Förder­druck (quadra­tisch)  mit der Dreh­zahl ansteigen, erlaubt die hohe Dreh­zahl von bis zu 50.000 U/min, den Lüfter sehr kompakt aufzu­bauen. Die Motor­steue­rung ist extern vorge­sehen 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 einen breiten Bereich an Stan­dard­auf­gaben oder den schnellen Test­be­trieb steht jedoch auch ein speziell auf den Motor abge­stimmtes Ansteu­er­modul des Herstel­lers bereit. Dieses soge­nannte „Power-Modul RV45“ eignet sich zur einfa­chen Ansteue­rung und bietet so eine Plug & Play-Lösung für den Kunden. Dies ist haupt­säch­lich im Indus­trie­be­reich gefor­dert wie zum Beispiel für die dyna­mi­sche Belüf­tung von Brenn­stoff­zellen, in der Luft­fil­ter­technik, bei Verpa­ckungs­ma­schinen, Rauch­mel­de­an­lagen, der Leiter­plat­ten­pro­duk­tion oder Abluft­an­lagen für Löt- und Schweiß­gase sowie Atem­schutz­ge­räte und ähnli­chem. Eine Ausfüh­rung des RV45 mit Hall-IC-Sensoren im Motor, für eine einfa­chere Eigen­ent­wick­lung der Ansteu­er­elek­tronik, ist als Kunden­op­tion verfügbar.

Spar­samer Winz­ling

Die größte Förder­menge beträgt frei blasend bis zu 410 l/min und die maxi­male Druck­erhö­hung über 5.000 Pa. (Grafik: ebm-papst)

Der RV45 baut mit nur 64 x 69,5 x 54,5 mm sehr kompakt und ist in zwei Vari­anten mit 12 und 24 VDC  lieferbar. Die Leis­tungs­auf­nahme liegt bei rund 43 W im frei blasenden Betrieb, d. h. in der Praxis mit Gegen­druck und Dreh­zahl­va­ria­tion mit im Schnitt 20 W deut­lich darunter, was auch im Akku­be­trieb für lange Lauf­zeiten sorgt. Die mögliche hohe Leis­tungs­auf­nahme ist für den kurz­zei­tigen „Sprint“ auf höchste Dreh­zahlen unver­zichtbar, eine Anlauf­strom- und Dreh­zahl­be­gren­zung sorgen beim Hoch­lauf für die Einhal­tung der in der jewei­ligen Anwen­dung vorge­se­henen Höchst­werte, ohne die Dynamik zu beein­träch­tigen. 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 bzw. schwere Gaumen­segel oder den Einsatz in der Schleim­mo­bi­li­sie­rung ausrei­chend. Alle medi­en­be­rüh­renden Bauteile des 135 g leichten Lüfters sind FDA-konform  gefer­tigt. Durch die ausge­wählten, schwin­gungs­dämp­fenden Werk­stoffe und das opti­mierte aero­dy­na­mi­sche Design ist das Betriebs­ge­räusch mini­miert, es entspricht am offenen Lüfter etwa einem mit geringer Zimmer­laut­stärke geführten Gespräch. In einem passenden, geräusch­dämp­fenden Gerä­te­ge­häuse einge­baut, ist so auch nachts mit keiner Störung zu rechnen.

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DC-Radiallüfter RV45

Viele Stärken. Kompakt verpackt.