PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60218205T2 22.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001448896
Titel ZENTRIFUGALTURBINE FÜR ATEMHILFEVORRICHTUNGEN
Anmelder Mallinckrodt Développement France, Villers-les-Nancy, FR
Erfinder NADJAFIZADEH, Hossein, F-54600 Villers les Nancy, FR;
PERINE, Philippe, F-54690 Eulmont, FR;
LIEGEOIS, Pascal, F-54600 Villiers les Nancy, FR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60218205
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 08.11.2002
EP-Aktenzeichen 028038222
WO-Anmeldetag 08.11.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FR02/03846
WO-Veröffentlichungsnummer 2003046385
WO-Veröffentlichungsdatum 05.06.2003
EP-Offenlegungsdatum 25.08.2004
EP date of grant 14.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse F04D 25/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F04D 29/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F04D 17/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft motorisierte Turbinen für die Erzeugung eines Dauerluftflusses und insbesondere Turbinen für Atemhilfsvorrichtungen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Turbine ist aus der Unterlage DE-A-2 053 562 bekannt.

Diese Atemhilfsvorrichtungen können für die Behandlung von Schlafapnoestörungen vorgesehen sein.

Patienten, die unser diesen Störungen leiden, können während ihres Schlafs Apnoephasen durchqueren, während der sie nicht mehr atmen und dadurch aufwachen.

Um diese Störungen zu beheben gibt es Vorrichtungen, die eine während des Schlafs auf die Nase und/oder auf den Mund eines Benutzers gesetzte Atemmaske sowie ein Gehäuse umfassen, das diese Maske mit Überdruckluft versorgt, um dem Benutzer eine Apnoephase zu vermeiden.

Um die Atemmaske mit Überdruckluft zu versorgen, schlagen die bekannten Atemhilfsvorrichtungen im Allgemeinen vor, dass eine von einem Elektromotor angetriebene Turbine einen geregelten oder nicht geregelten Dauerluftfluss liefert. Dieser Luftfluss wird über einen Schlauch in die Maske hinein gefördert, die ferner eine kalibrierte Entlüftungsöffnung aufweist, wodurch der gewünschte Überdruck aufrecht erhalten wird.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in dem Patent FR 2 663 547 beschrieben.

Diese Unterlage bezieht sich auf eine Überdruck-Dauerversorgungsanlage mit Atemgas mit einer Atemmaske mit kalibrierter Öffnung, und mit einer über einen Schlauch an der Maske angeschlossenen Überdruckgas-Versorgungseinheit.

Innerhalb der Überdruckgas-Versorgungseinheit ist eine von einem Elektromotor angetriebene Zentrifugalturbine vorgesehen, um einen Luftfluss zu erzeugen.

Diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen einen Nachteil hinsichtlich ihrer Abmessungen auf.

Denn eine Atemhilfsvorrichtung ist zumeist für den Hausgebrauch bestimmt. Sie muss demnach leicht transportierbar und Platz sparend sein, um an dem Fußende des Betts des Patienten oder auf einem Nachttisch abgestellt zu werden.

Die bekannten Vorrichtungen wurden im Laufe der Zeit entsprechend der technologischen Weiterentwicklung immer kompakter gestaltet. Dennoch scheint derzeit eine Grenze erreicht zu sein was die Atemhilfsvorrichtung mit einer konventionellen Anordnung ihrer Bestandteile anbetrifft, die in dem oben genannten Patent beschrieben sind.

Dies rührt teilweise daher, dass die Motor-/Turbinen-Baugruppe aufgrund ihres zweiteiligen Aufbaus einen bedeutenden Platz in der Überdruckgas-Versorgungseinheit einnimmt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden, indem sie eine kompaktere Motor-/Turbinen-Baugruppe zur Verfügung stellt, die die Herstellung von kleineren Atemhilfsvorrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in dem Patentanspruch 1 definierte Elektroturbine gelöst.

Einer der Motorstatoren oder -rotoren kann ein Dauermagnet sein, wie auch mindestens einer der Motorstatoren oder -rotoren eine torische Wicklung sein kann.

Ferner kann die Welle des Turbinenrotors auf mindestens einem zur ringförmigen Versorgungsleitung koaxialen Lager angeordnet sowie auf mindestens einem in der Motoraufnahme angeordneten Lager montiert sein.

Der Statorkörper kann aus zwei Teilen bestehen, die miteinander zusammenwirken und die torische Druckkammer begrenzen.

Die Flügel können von einem angeformten Rad getragen werden, das an der Welle des Turbinenrotors einen Stutzen bildet, wobei der besagte Stutzen einen Absatz für die axiale Stützung des Motorrotors umfassen kann.

Das die Flügel tragende Rad kann ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet sein.

Diese von dem Rad getragenen Flügel können von einer ebenen, senkrecht zur Oberfläche des Rads befestigten Wand gebildet sein, wobei diese Wand im Wesentlichen trapezförmig ist und im mittleren Teil des Rads eine größere Höhe aufweist als im Bereich seines Umfangs.

Ferner können einige der besagten Flügel in ihrem in dem mittleren Teil des Rads angeordneten Teil einen Vorsprung umfassen, der mit der ringförmigen Versorgungsleitung einen Formschluss bildet.

Bei einer Ausführungsform umfasst jeder zweite Flügel einen derartigen Vorsprung.

Nach einer anderen Ausführungsform bilden einige der besagten Flügel mit dem durch das Ende des Flügels verlaufenden Radius des Rads im Bereich des Umfangs des Rads einen Winkel von 5 bis 60 Grad.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bezüglich der als unbegrenzendes Beispiel beigefügten Zeichnungen:

1 ist eine perspektivische Ansicht in diametralem Schnitt einer erfindungsgemäßen Turbine;

2 ist eine Vorderansicht in diametralem Schnitt der Turbine gemäß 1;

3 ist eine explodierte Ansicht der Turbine gemäß 1;

4 ist eine seitliche Ansicht des Rads der Turbine gemäß 1;

5 ist eine perspektivische Ansicht des Rads gemäß 4.

In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe oben, unten, über, unter, vertikal, horizontal auf die Turbine in der in 1 bis 3 dargestellten Position.

Die in 1, 2 und 3 dargestellte Turbine 1 umfasst einen mit einem oberen Körper 2 verbundenen unteren Körper 3, zwischen denen ein Volumen definiert ist, in dem eine auf zwei Wälzlagern 13, 14 montierte vertikale Welle 4, ein torischer Magnet 5, eine torische Wicklung 6 und ein Flügel tragendes Rad 7 angeordnet sind.

Der obere Körper 2 ist schalenförmig mit einer zur besagten Schale koaxialen ringförmigen Innenverkleidung 16 (auf der Seite des unteren Körpers 3), um eine Motoraufnahme zu bilden, sowie mit einer auf dem Umfang der Schale angeordneten halbtorischen Wand 22.

Der untere Körper 3 hat eine tiefe Form, die von einer ersten ringförmigen Wand 17 begrenzt wird, die mit einer zweiten konischen Wand 18 verbunden ist, die sich nach oben erweitert und ihrerseits mit einer Anschlusswand 19 mit kreisbogenförmigem Querschnitt verbunden ist.

Die ringförmige Wand 17 umgibt eine für die Montage des Wälzlagers 13 bestimmte Nabe 20, wobei die besagte Nabe 20 starr koaxial zur ringförmigen Wand 17 über drei feste Flügel 21 positioniert ist, die die Innenseite der ringförmigen Wand 17 mit der Außenseite der Nabe 20 verbinden und um 120° versetzt zueinander angeordnet sind.

Der obere und untere Körper 2, 3 sind ausgebildet, um nach ihrem Zusammenbau ein für eine Zentrifugalturbine charakteristisches Volumen darzustellen, wobei insbesondere die Wände 19, 22 des oberen und unteren Körpers 2, 3 eine torische Druckkammer 12 begrenzen.

Diese Kammer 12 ist nach außen hin geöffnet, und zwar über eine (in Richtung der Benutzermaske) etwa zylindrische tangentiale Leitung 25, deren Längsachse horizontal verläuft.

Der Zusammenbau des oberen und unteren Körpers 2, 3 erfolgt dichtend im Bereich einer Teilungsebene 8. Aus dem unteren Körper 3 an der Teilungsebene 8 entlang herausragend sind Zapfen 9 vorgesehen, um in entsprechende, in dem oberen Körper 2 eingebrachte Öffnungen einzugreifen und damit die präzise Positionierung eines Körpers in Bezug auf den anderen zu gewährleisten. Der Zusammenhalt der Verbindung erfolgt anhand einer Reihe von regelmäßig über den Umfang der Teilungsebene angeordneten Schrauben 10.

Wie bereits erwähnt, umfasst der untere Körper 3 eine Nabe 20, die koaxial zur Innenseite der ringförmigen Wand 17 verläuft und so ausgerichtet ist, dass ein erstes Wälzlager 13, das die vertikale Welle 4 stützen soll, dort eingesteckt und befestigt werden kann.

Der obere Körper 2 umfasst eine ähnliche, von der Verkleidung 16 begrenzte Aufnahme für ein zweites, die vertikale Welle 4 tragendes Wälzlager 14, jedoch ist diese Aufnahme im Gegensatz zur für das erste Wälzlager 13 vorgesehenen Aufnahme ausgerichtet, um das zweite Wälzlager 14 seinen radialen Richtungen entsprechend festzuhalten und es in vertikaler Richtung frei beweglich zu lassen.

Innerhalb der Aufnahme des zweiten Wälzlagers 14 ist eine Feder 15 vorgesehen, die eine Kraft zwischen diesem und dem oberen Körper 2 ausübt, um einen Druck nach unten auf das Wälzlager 14 aufrecht zu erhalten.

Die vertikale Welle 4, an deren Enden die beiden Wälzlager 13, 14 montiert sind, befindet sich demnach zwischen dem oberen und dem unteren Körper 2, 3, so dass sie koaxial zur ringförmigen Versorgungsleitung 11 und zur durch den Zusammenbau des oberen und unteren Körpers 2, 3 gebildeten torischen Druckkammer 12 verläuft.

Das Flügel tragende Rad 7 sitzt ebenfalls auf der vertikalen Welle 4, um mit dieser drehbar angetrieben zu werden. Es kann ebenfalls an die Welle 4 angeformt, angeklebt oder kraftschlüssig mit ihr verbunden werden.

Bei der dargestellten Ausführung weist das Flügel tragende Rad 7 eine etwa konische Form auf, um sich der inneren Form der ringförmigen und konischen Wand 17, 18 des unteren Körpers 3 anpassen zu können, wobei die Flügel so an dem Rad 7 angeordnet sind, dass sie Luft mitnehmen und diese zwischen dem von der besagten ringförmigen Wand 17 begrenzten Volumen und der torischen Druckkammer 12 bei der Drehung der vertikalen Welle 4 umwälzen.

Andererseits erhält die ringförmige Verkleidung 16 eine an ihrer Innenwand befestigte horizontale Platte 23, wobei diese beiden Elemente die zuvor beschriebene Motoraufnahme begrenzen.

Die Motoraufnahme dient zur Aufnahme der torischen Wicklung 6 und zu ihrem Festhalten in Bezug auf den besagten Körper 2.

Diese Aufnahme ist so angeordnet, dass die Wicklung 6 nach ihrem Einkleben oder Anpassen wie folgt positioniert ist:

  • – was die Positionierung in vertikaler Richtung anbetrifft: zwischen dem oberen Wälzlager 14 der vertikalen Welle 4 und dem Flügel tragenden Rad 7;
  • – was die Positionierung in horizontaler Ebene anbetrifft: die Wicklung 6 umgibt koaxial die vertikale Welle 4.

Die vertikale Welle 7 trägt ferner den torischen Magneten 5, der wie folgt befestigt und positioniert ist:

  • – was die Positionierung in vertikaler Richtung anbetrifft: etwa gegenüber der Wicklung 6 und von ihr umgeben;
  • – was die Positionierung in horizontaler Ebene anbetrifft: der torische Magnet umgibt koaxial die vertikale Welle 4.

Der torische Magnet 5 kann direkt auf die vertikale Welle 4 geklemmt oder geklebt sein, oder gemäß 1 bis 3 kann das Flügel tragende Rad 7 auf die besagte Welle 4 geklemmt oder geklebt sein und sie dabei ummanteln, wobei der Magnet 5 dann auf diesen Mantel geklemmt oder geklebt ist.

Wenn sich die vertikale Welle 4, die Wicklung 6 und der Magnet 5 in dem von den zusammen gebauten oberen und unteren Körpern 2, 3 gebildeten Volumen befinden, sind diese drei Elemente koaxial, und die Welle 4 ist gemäß ihrer Längsachse drehbar, wenn der Magnet 5 in Bezug auf die Wicklung 6 gedreht wird.

Das von den oberen und unteren Körpern 2, 3 sowie von dem Rad 7 definierte Volumen umfasst eine ringförmige Versorgungsleitung 11, die nach außen geöffnet ist, koaxial mit der vertikalen Welle 4 verläuft und von der Innenseite der ringförmigen Wand 17 sowie von der Außenwand der Nabe 20 begrenzt wird.

Diese ringförmige Versorgungsleitung 11 steht über ihrem gesamten Umfang mit einer Druckleitung 24 in Verbindung, die von der Innenseite der konischen Wand 18 und von der Seite des die Flügel tragenden Rads 7 begrenzt wird. Bei dieser Druckleitung 24 handelt es sich demnach um ein kegelstumpfförmiges Volumen, das von zwei koaxialen, sich ab der Versorgungsleitung 11 aufweitenden Kegeln begrenzt wird.

Die Druckleitung 24 selbst ist über ihrem gesamten Umfang mit der bereits erwähnten torischen Druckkammer 12 verbunden.

Diese torische Druckkammer 12 wird von der Wand 22 und dem ringförmigen Vorsprung des oberen Körpers 2 sowie von der Wand 19 des unteren Körpers 3 begrenzt, wobei diese Elemente so angeordnet sind, dass sie ein torisches Innenvolumen mit einem umlaufenden Spalt in Form einer ringförmigen Öffnung bilden, um die Verbindung mit der Druckleitung 24 zu ermöglichen.

Wenn das Rad 7 in die Turbine 1 eingebaut ist, wirken die Flügel 26, 27 auf die Luft im Wesentlichen im Bereich der Druckleitung 24 und ebenfalls zum Teil im Bereich der ringförmigen Versorgungsleitung 11.

Denn das Rad 7 trägt zwei Flügeltypen 26, 27.

Ein erster Flügeltyp 26 besteht aus einer ebenen, senkrecht an der Oberfläche des Rads befestigten Wand, wobei diese Wand im Wesentlichen trapezförmig und im mittleren Teil des Rads 7 höher ist als im Bereich seines Umfangs.

Ein zweiter Flügeltyp 27 ist dem ersten Flügeltyp 26 ähnlich, jedoch länger, so dass er weiter in das mittlere Teil des Rads 7 eindringt. Andererseits weist das in diesem mittleren Teil des Rads 7 angeordnete Teil des Flügels einen Vorsprung auf, um sich der Form der Verbindung zwischen der Versorgungsleitung 11 und der Druckleitung 24 anzupassen.

Diese beiden Flügeltypen sind ferner so angeordnet, dass sie mit dem durch das Ende des Flügels verlaufenden Radius des Rads 7, im Bereich des Umfangs des Rads 7, einen Winkel von 5 bis 60 Grad bilden, wobei jeder Flügeltyp in einem anderen Winkel als der andere Typ angeordnet werden kann.


Anspruch[de]
Elektroturbine 1 mit einem Turbinenrotor (4, 5), einem Turbinenstator (2, 3), einem Elektromotororgan (5, 6) zum Antreiben der Drehung des Rotors (4, 7) in Bezug auf den Stator (2, 3), wobei

– der Turbinenstator (2, 3) einen Statorkörper umfasst, der eine im Wesentlichen torische Druckkammer (12) definiert;

– der Turbinenrotor (4, 7) einen Flügelsatz (26, 27) umfasst, der sich im Wesentlichen radial erstreckt, wobei dieser Flügelsatz (26, 27) fest mit einer Welle (4) verbunden ist, die koaxial drehbar in dem Körper des Turbinenstators montiert ist;

– das Elektromotororgan (5, 6) einen torischen Motorstator (6) umfasst, der in einer Motoraufnahme (16, 23) des Turbinenstators (2, 3), in der Mitte des torischen Druckkammer (12) angeordnet und befestigt ist, und einen Motorrotor (5), der axial gegenüber dem Motorstator (6) auf der Welle (4) des Turbinenrotors (4) montiert und befestigt ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Druckkammer (12) eine ringförmige Öffnung aufweist und sich der besagte Flügelsatz (26, 27) im Wesentlichen radial erstreckt ab einem mittleren, von einem ringförmigen Versorgungsleitung (11) gebildeten Lufteinlass bis zur ringförmigen Öffnung der Druckkammer (12) des Turbinenstators (2, 3).
Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Motorstatoren (6) oder -rotoren (5) ein Dauermagnet ist. Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Motorstatoren (6) oder -rotoren (5) eine torische Wicklung ist oder sind. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) des Turbinenrotors auf mindestens einem koaxial zur ringförmigen Versorgungsleistung (11) angeordneten Lager (13, 20) montiert ist. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) des Turbinenrotors auf mindestens einem in der Motoraufnahme angeordneten Lager (14) montiert ist. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (2, 3) aus zwei Teilen besteht, die miteinander zusammenwirken und die torische Druckkammer (12) begrenzen. Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (26, 27) von einem angeformten Rad (7) getragen werden, das an der Welle (4) des Turbinenrotors einen Stutzen bildet. Turbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Stutzen einen Absatz für die axiale Stützung des Motorrotors (5) umfasst. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (26, 27) von einem kegelstumpfförmigen Rad (7) getragen werden. Turbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (26, 27) von einer ebenen, senkrecht zur Oberfläche des Rads (7) befestigten Wand gebildet werden, wobei diese Wand im Wesentlichen trapezförmig ist und im mittleren Teil des Rads (7) eine größere Höhe aufweist als im Bereich seines Umfangs. Turbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige (27) der besagten Flügel (26, 27) in ihrem in dem mittleren Teil des Rads angeordneten Teil einen Vorsprung umfassen, der mit der ringförmigen Versorgungsleitung (11) einen Formschluss bildet. Turbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zweite Flügel in seinem im mittleren Teil des Rads (7) angeordneten Teil einen Vorsprung umfasst, der mit der ringförmigen Versorgungsleitung (11) einen Formschluss bildet. Turbine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einige der besagten Flügel (26, 27) mit dem durch das Ende des Flügels verlaufenden Radius des Rads (7) im Bereich des Umfangs des Rads (7) einen Winkel von 5 bis 60 Grad bilden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com