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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Er-
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zeugen eines erwärmten Aerosols für Inhalationszwecke, insbesondere
Medikament-Aerosols, die eine die zu vernebelnde Substanz aus einem darunter angeordneten
Substanzbehälter ansaugende Verneblerdüse enthält, an die sich ein Aerosolauslaß
mit einem dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechenden Mundstück oder Maske anschließt.
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Es sind Inhalationsgeräte auf dem Markt, die mit einem Wärmeapparat
zum Aufwärmen einer zu vernebelnden Sole ausgestattet sind. Bei den bekannten Inhalationsgeräten
ist dieser Wärmeapparat aufzustellen und enthält ein elektrisch beheiztes Wasserbad
in das ein Verneblerglas mit seinem daran ausgebildeten Substanzbehälter einzusetzen
ist. Oberhalb des Substanzbehälters enthält das Verneblerglas die an einen Drucklufterzeuger
des Inhalationsgerätes anzuschließende und mit einer Saugleitung in den Substanzbehälter
ragende Verneblerdüse, während an einen Auslaßstutzen des Verneblerglases ein entsprechendes
Mundstück oder eine Beatmungsmaske anzusetzen ist.
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Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Mangel, daß sich der Wärmeapparat
wegen des in ihm enthaltenen Wasserbades nicht dazu eignet, daß er vom Patienten
angefaßt und beim Betrieb an den Mund bzw. vor das Gesicht gehalten werden kann.
Außerdem eignet sich das bekannte Inhalationsgerät mit Wärmeapparat nur zum Vernebeln
von Solen und nicht zum Erzeugen von Aerosolen für Inhalationszwecke, insbesondere
nicht für die Erzeugung von Medikament-Aerosolen.
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Für die Erzeugung von erwärmten Aerosolen für Inhalationszwecke ist
es aus DE-OS 27 29 768 bekannt, kalte Substanz zu vernebeln und diesem Nebel ein
vorgewärmtes Gas, insbesondere Luft,beizumischen. Dies bedingt jedoch den Mangel,
daß die Substanzkonzentration in solchen aufgewärmten
Aerosolen
durch das beigemischte, aufgewärmte Gas wesentlich verdünnt wird. Außerdem wird
durch die zusätzlich notwendigen Zuleitungen für erwärmtes Gas die Handlichkeit
solcher Aerosolerzeuger verschlechtert.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines erwärmten Aerosols für Inhalationszwecke dahingehend wesentlich zu verbessern,
daß unter Beibehaltung der schonenden Erwärmung der zu vernebelnden Substanz und
Beibehaltung der sicheren, genauen Steuerung der Temperatur des austretenden Aerosols
der eigentliche Aerosolerzeuger vom Patienten leicht und sicher mit Hand vor dem
Gesicht bzw. am Mund gehalten werden kann und dabei sicher steuerbar ist. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Außenseite des Substanzbehälters
ein elektrisches Heizelement angesetzt ist, das mit seiner elektrischen Stromquelle
auf Erreichen einer praktisch konstanten Betriebstemperatur gesteuert ist.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß ein an die Außenseite
des Substanzbehälters gesetztes, also in Berührung mit der Außenfläche des Substanzbehälters
stehendes Heizelement eine ausreichend schnelle, genaue und sichere Erwärmung der
im Substanzbehälter enthaltenen zu vernebelnden Substanz durch die Wandung des Substanzbehälters
hindurch gewährleistet.
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Die Steuerung des Heizelements kann für die Erreichung der gewünschten
Aerosoltemperatur in verschiedenster Weise erfolgen.
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In bevorzugter Ausführungsform ist das elektrische Heizelement ein
elektrischer Halbleiter, dessen elektrischer Widerstand mit Erhöhung der Temperatur
zunimmt. Solche elektrischen ~Kaltleiter" sind bekannt. Es ist auch für jeden Typ
solcher Kaltleiter bekannt, welche Endtemperatur
er in Abhängigkeit
von der an ihn angelegten Betriebsspannung erreicht. Man kann daher einen solchen
elektrischen Halbleiter und die ihn speisende Stromquelle durch Einstellen der Betriebsspannung
auf reproduzierbares Erreichen einer gewünschten Betriebstemperatur am elektrischen
Halbleiter aufeinander abstimmen. Im Rahmen der Erfindung kann man auf diese Weise
eine Betriebstemperatur im Bereich zwischen 800C und etwa 1200C an dem als Heizelement
benutzten elektrischen Halbleiter reproduzierbar gewährleisten. Bevorzugt wird man
für die Zwecke der Erfindung auf diese Weise eine Betriebstemperatur am Halbleiterwiderstand
innerhalb eines Bereiches von etwa 1000C vorsehen.
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Eine andere Möglichkeit für die Temperatursteuerung bietet sich im
Rahmen der Erfindung dahingehend, daß im Substanzbehälter ein Temperaturfühler einer
Thermostat-Steuervorrichtung für das elektrische Heizelement angebracht und diese
Thermostat-Steuervorrichtung für Konstanthalten der Temperatur der Substanz in einem
Bereich zwischen etwa 500C und etwa 700C, bevorzugt bei etwa 600C eingerichtet bzw
einstellbar ist. Eine dritte Möglichkeit bietet sich im Rahmen der Erfindung dahingehend,daß
im Aerosolauslaß des Inhalationsgerätes der Temperaturfühls einer Thermostat-Steuervorrichtung
für das elektrische Heizelement angebracht und diese Thermostat-Steuervorrichtung
auf Konstanthalten der Aerosol-Temperatur in einem Bereich zwischen etwa 300C und
etwa 400C, bevorzugt zwischen etwa 340C und etwa 37°C eingerichtet oder einstellbar
ist.
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Um optimale Wärmeübertragung vom Heizelement zu der zu vernebelnden
Substanz zu schaffen und diese Wärmeübertragung auch mit optimaler Reproduzierbarkeit
auszustatten, ist in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Substanzbehälter
sich nach unten verjüngend kegelförmig ausgebildet und das elektrische Heizelement
unter dem Kegelspitzen-
bereich des Substanzbehälter angebracht.
Bevorzugt kann dabei das elektrische Heizelement ringförmig ausgebildet sein und
den Kegelspitzenbereich des Substanzbehälters umgeben.
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Auf der Außenseite des Substanzbehälters kann dazu eine ringförmige
Anlagefläche gebildet sein, an die das ringförmige elektrische Heizelement federnd
angedrückt ist.
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Die Reproduzierbarkeit in den Temperaturverhältnissen des angewärmten
Aerosols läßt sich beim Erwärmen der zu vernebelnden Substanz im Kegelspitzenbereich
des Substanzbehälters noch wesentlich verbessern, indem die Verneblerdüse in der
Kegelachse des Substanzbehälters angebracht und zum Ansaugen der Substanz aus dem
beheizten Kegelspitzenbereich des Substanzbehälter ausgebildet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Aerosolerzeuger gemäß der Erfindung
in axialem Schnitt mit schematischer Darstellung der Druckluftquelle und der Heizstromquelle;
Figur 2 das das elektrische Heizelement und das Druckluftventil enthaltende Griffstück
des Aerosolerzeugers nach Figur 1 in vergrößerter Darstellung bei abgenommenem Substanzbehälter
(entlastete Andrückfeder) und Figur 3 das Griffstück nach Figur 2 in axialem Schnitt
mit um 900 verschwenkter Schnitt ebene, ebenfalls bei entlasteter Andrückf-eder
des Heizelements.
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Im dargestellten Beispiel ist der Aerosolerzeuger 10 als in der Hand
zu haltende Einheit ausgebildet und über eine Schlauchleitung 11 an eine Druckluftquelle
12 angeschlossen, die bevorzugt als kleiner, elektrisch betriebener Kompressor ausgebildet
ist. Ferner ist der Aerosolerzeuger 10 über ein elektrisches Kabel 13 an eine Stromquelle
14 angeschlossen, wobei der Drucklufterzeuger 12 und die Stromquelle 14 in einem
nur angedeuteten, elektrisch betriebenen Steuergerät 15 untergebracht sind.
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Die Stromquelle 14 enthält im dargestellten Beispiel einen Regeltransformator
16 und einen Gleichrichter 17, wobei die Einstellung am Regeltransformator 16 zur
Temperatureinstellung des erzeugten Aerosols dient.
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Das Gehäuse des Aerosolerzeugers 10 ist im dargestellten Beispiel
aus vier Abschnitten axial zu einer Einheit zusammengesteckt, und zwar einem Verneblerkolben
21, einem Substanzbehälter 22, einem Griffstück 23, das als mittlerer Abschnitt
des Aerosolbehälters das Druckluftventil 25 und das Heizelement 26 enthält, und
einem Handgriffunterteil 24, der rohrförmig ausgebildet ist und bei Nichtgebrauch
den zu einer Wendel zusammenschiebbaren Druckluftschlauch 11 und das ebenfalls bei
Nichtgebrarh des Gerätes zu einer Wendel zusammenschiebbare elektrische Anschlußkabel
13 aufnimmt. Bei Gebrauch des Gerätes schützt dieser rohrförmige Handgriffunterteil
24 das Verbindungsstück 27 des Druckluftschlauches 11 und das Ende des elektrischen
Anschlußkabels 13 gegen Berührung mit der Hand des Benutzers. Dies hat besondere
Bedeutung in Verbindung mit der Benutzung des Aerosolerzeugers für Heilbehandlung,
weil sich sämtliche Teile des Aerosolerzeugers 10 leicht auseinandernehmen, reinigen
und desinfizieren lassen.
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Der Verneblerkolben 21 und der Substanzbehälter 22 bilden in zusammengestecktem
Zustand einen im wesentlichen doppelkonischen, sich nach beiden Enden hin verjüngenden
Hohlraum in welchem eine Verneblerdüse 28 angebracht ist, während das obere Ende
des Verneblerkolbens 21 zu einem Aerosolauslaß 29 ausgebildet ist, an welchen ein
dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechendes Mundstück, Nasenstück oder Atemmaske
anschließbar ist. Der Substanzbehälter 22 weist eine innere Umfangswand 31 auf,
die trichterförmig nach unten verjüngt in eine Bodenwand 32 übergeht, in deren Mitte
ein in Form eines Hohl stiftes ausgebildter, sich axial zum Substanzbehälter nach
oben erstreckender Düsenträger 33 ausgebildet, vorzugsweise angeformt ist.
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In den axialen Durchlaß des Düsenträgers 33 ist von oben eier ein
Düsenstock 34 eingesetzt, der im unteren Teil eine axiale Blindbohrung mit seitlichen
Anschlußbohrungen aufweist, die im wesentlichen auf den oberen Rand des Düsenträgers
33 gerichtet sind. Der Düsenträger 33 ist von einer Düsenhülse 35 umgeben, die sich
bis an die Bodenwand 32 des Substanzbehälters 22 erstreckt. Die Außenfläche des
stiftförmigen Düsenträgers 33 oder die Innenfläche der Düsenhülse 35 ist mit axialen
Rippen versehen, so daß sich von der Bodenwand 32 des Substanzbehälters 22 bis ans
obere Ende des Düsenträgers 33 erstreckende Ansaugkanäle für die zu vernebelnde
Substanz gebildet werden.
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Der Düsenstock 34 erstreckt sich axial zum Substanzbehälter 22 und
Verneblerkolben 21 über das obere Ende des Düsenträgers 33 hinaus und trägt einen
axial von oben her aufgesteckten Prallhelm 36, der am oberen Ende geschlossen ist
und dessen Umfangswand sich nach unten im wesentlichen mit gleicher Konizität wie
der Verneblerkolben 21 erweitert, so daß der untere Rand des Prallhelmes 36 den
eigentlich wirksamen Düsenbereich, nämlich das obere Ende des Düsenträgers 33 una
der Düsenhülse 35 umgibt.
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Das Griffstück 23 enthält ein Ventilgehäuse 37, in welchem ein stiftförmiger
Ventilschieber 38 axial verschiebbar angebracht und mittels Feder in Schließstellung
gehalten ist.
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Dieser Ventilkörper 38 ist mittels eines Betätigungsknopfes 39 gegen
Federwirkung in die Öffnungsstellung eindrückbar, wobei der Betätigungsknopf 39
mittels eines Riegels 53 in Öffnungsstellung des Ventils feststellbar ist. An das
Ventilgehäuse 37 ist ein sich axial erstreckender Anschluß- und Führungsstutzen
40 angeformt, in dessen oberen Ende ein an der Unterseite der Bodenwand 32 des Substanz
behälters 22 angeformter Verbindungsstutzen eingesteckt ist. Auf der Umfangsfläche
des Verbindungs- und Führungsstutzens 40 ist ein Aufnahmering 41 für das elektrische
Heizelement 26 axial verschiebbar geführt. Dieser Aufnahmering 41 steht unter der
Wirkung einer Andrückfeder 42, die sich auf dem Ventilgehäuse 37 abstützt. Der Aufnahmering
41 trägt auf seiner Oberseite einen Schließring 43, der auf den Aufnahmering 41
aufgerastet ist und seitliche Ausnehmungen 44 aufweist, in die in die Umfangswand
des Griffstückes 23 eingeschraubte Arretierungsbolzen 45 greifen, um die axiale
Beweglichkeit des Aufnahmeringes 41 zu begrenzen.
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Die innere Umfangswand 31 des Substanzbehälters 22 ist an ihrem Ubergang
zur Bodenwand 32 mit zwei äußeren zylindrischen Ansätzen ausgebildet, von denen
der obere Ansatz 46 größeren Durchmesser und der untere Ansatz 47 kleineren Durchmesser
aufweisen. Diese Ansätze 46 und 47 sind derart auf den Schließring 43 und das ringförmig
ausgebildete elektrische Heizelement 26 abgestimmt, daß der obere äußere Ansatz
46 in den Öffnungsquerschnitt des Schließringes 43 hineinpasst und sich mit seiner
zum unteren Ansatz 47 hin gebildeten ebenen Schulter auf die obere Stirnfläche des
ringförmigen Heizelements 26 legt, während der untere An satz 47 in den Innenquerschnitt
des ringförmigen Heizelements 26 passt. Auf diese Weise wird ein optimaler
Wärmeübergang
von dem ringförmigen elektrischen Heizelement 26 auf die innere Wandung 31, 32 des
Substanzbehälters 22 gewährleistet.
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Das elektrische Heizelement 26 trägt auf jeder Stirnseite eine ringförmige
Anschlußelektrode 48 und 49, an die das elektrische Kabel 13 angeschlossen, bevorzugt
angelötet ist.
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Als elektrisches Heizelement 26 kommt ein Kaltleiterring in Betracht,
d.h. ein elektrischer Halbleiter dessen elektrischer Widerstand bei 25°c etwa 60
#. beträgt und der geeignet ist, eine dynamische Heizleistung bei 25 0c von etwa
25 W und eine stationäre Heizleistung bei Bezugstemperatur von 1600C von 4,0 W zu
entwickeln. Die maximale Betriebsspannung eines solchen ringförmigen Kaltleiters
liegt bei etwa 34 V. An diesem elektrischen Heizelement 26, läßt sich durch Grundabstimmung
am Regeltransformator 16 ein Betriebstemperatur-Bereich zwischen etwa 800C und etwa
1200C erreichen. Durch die Feinregelung des Regeltransformators 16 läßt sich beispielsweise
eine gewünschte Betriebstemperatur des als Heizelement 26 benutzten Halbleiter-Widerstandes
bei 1000C einregeln. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß ein als elektrisches
Heizelement benutzter Halbleiter-Widerstand bzw.
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elektrischer Kaltleiter seine Betriebstemperatur nach etwa 5 Minuten
Betriebszeit einnimmt und diese Betriebstemperatur durch Annäherung an seine stationäre
Heizleistung während des weiteren Betriebes beibehält.
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Um dem als elektrisches Heizelement 26 benutzten Kaltleiter sowohl
bei der Aerosolerzeugung als auch in den zwischen der Aerosolerzeugung liegenden
Zeitintervallen praktisch gleiche Wärmemengen zu entziehen, ist das Ventilgehäuse
37 an seiner Oberseite mit einer Bohrung 50 versehen, durch die bei Schließstellung
des Ventilkörpers
38 Luft in den oberen Innenraum des Griffstückes
23 strömt.
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Diese Luft umströmt den Aufnahmering 41 und Schließring 43.
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Sie kann dann zwischen der Umfangswand des Griffstücks 23 und des
Substanzbehälters 22 austreten. Man kann diese Luft jedoch auch dazu benutzen, in
denjenigen Intervallen, in welchen keine Vernebelung stattfindet, den Nebel aus
dem Verneblerkolben 21 zu spülen. Hierzu wird man am oberen Randbereich der inneren
Umfangswand 31 des Substanzbehälters 22 Durchlaßöffnungen für die Luft anbringen.
Zur sicheren Abdichtung der oberen Kammer im Griffstück 23 wird man - wie Figur
3 zeigt - in der Trennwand 51 ein abdichten-des Durchlaßelement 52 für das Anschlußkabel
13 vorsehen, wobei dieses Durchlaßstück 52 zugleich als #ugentlastung für das Anschlußkabel
13 dient.
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Die oben erläuterte Temperatursteuerung des elektrischen Heizelements
26 ist besonders einfach. Man kann jedoch auch stattdessen oder zusätzlich einen
bichttezeigten) Temperaturfühler einer Thermostat-Steuervorrichtung für das elektrische
Heizelement 26 im Substanzbehälter 22 anbringen und diese Thermostat-Steuervorrichtung
für Konstanthalten der Temperatur der Substanz in einem Bereich zwischen etwa SOOC
und etwa 700C einrichten. Eine weitere Alternative oder zusätzliche Möglichkeit
für die Temperatursteuerung des elektrischen Heizelements 26 besteht darin, daß
man im Aerosolauslaß des Verneblerkolbens 21 den Temperaturfühler einer Thermostat-Steuervorrichtung
für das elektrische Heizelement anbringt und diese Thermostat-Steuervorrichtung
auf Konstanthalten der Aerosoltemperatur in einem Bereich zwischen etwa 300C und
etwa 400C, bevorzugt etwa 340C bis 370C einstellt.
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Alle Teile des Aerosolbehälters sind bevorzugt aus einem autoklavierbaren
Kunststoff, vorzugsweise Polysulfon hergestellt.
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Vorrichtung zum Erzeugen eines erwärmten Aerosols, insbesondere Medikament-Aerosols
Bezugszeichenliste 10 - Aerosolerzeuger 11 - Schlauchleitung 12 - Druckluftquelle
13 - elektr. Anschlußkabel 14 - Stromquelle 15 - Steuergerät 16 - Regeltransformator
17 - Gleichrichter 21 - Verneblerkolben 22 - Substanzbehälter 23 - Griffstück 24
- Handgriffunterteil 25 - Druckluftventil 26 - Heizelement 27 - Verbindungsstück
28 - Verneblerdüse 29 - Aerosolauslaß 31 - innere Umfangswand 32 - Bodenwand 33
- Düsenträger 34 - Düsenstock 35 - Düsenhülse 36 - Prallhelm
37
- Ventilgehäuse 38 - Ventilkörper 39 - Betätigungsknopf 40 - Anschluß- und Führungsstutzen
41 - Aufnahmering 42 - Andrückfeder 43 - Schließring 44 - Ausnehmungen 45 - Arretierungsbolzen
46 - oberer Ansatz 47 - unterer Ansatz 48,49 Anschlußelektrode 50 - Bohrung 51 -
Trennwand 52 - Durchlaßelement 53 - Riegel
- L e e r s e i t e
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