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Ein Lebensretter.
By Oliver Krüger 1 Monat ago

Photo by Pavel Lozovikov on Unsplash

Im Nachgang an den Hackathon #WirVsVirus der von der Deutschen Bundesregierung initiiert wurde verspürte das Team von FDX den unstillbaren Drang auch zu helfen. Durch Zufall stießen wir auf einen Artikel bei Heise (Link), der Helfer bei der Konstruktion eines einfachen DIY-Beatmungsgerätes suchte. Ziel des Projektes ist es mit einfachen und überall verfügbaren Mitteln ein Beatmungsgerät zu konstruieren, dass so überall nachgebaut werden kann. So soll dieses im Fall der Fälle Engpässe ausgleichen und hoffentlich Leben retten.

Wir setzen uns mit dem DIY Beatmungsgerät Projekt in Verbindung und es stellte sich heraus, dass das Projekt einen günstigen und präzisen Volumenstromsensor benötigt, der detektieren kann wieviel Luft dem Patienten zugeführt und auch wieder abgeführt wird. Mehrere Ansätze wurden (und werden noch verfolgt) und FDX entschied das Projekt zu unterstützen. Der Volumenstromsensor sollte durch eine eigene Düse realisiert werden.Die genaue Funktionsweise ist weiter unten detailliert beschrieben. Aufgrund unserer komplexeren Geometrie – die aus zwei Düsen bestehet, da der Volumenstrom in Hin- und Rückrichtung erfasst werden muss – entschieden wir uns für eine Umsetzung durch ein 3D Druckverfahren. Daher hatten wir schon frühzeitig mit der Firma Cubicure aufgenommen, die sich als Hersteller und 3D-Drucksystemen und Materialen Experten für eine Kooperation geradezu prädestinierte. Wir hatten schon früher mit Cubicure zusammen Projekte realisiert und Cubicure war auch sofort Feuer und Flamme. Gemeinsam entschlossen wir dann die Ergebnisse der Allgemeinheit für nicht-kommerzielle Zwecke freizugeben, in der Hoffnung damit einen Beitrag leisten zu können. Wie wir später erfuhren gibt es noch weitere Projekte die sich ebenfalls mit Beatmungsgeräten beschäftigen, daher haben wir uns entschlossen unsere Ergebnisse auf GitHub allgemein zugänglich zu hosten. Weitere Informationen zu der gemeinsamen Zusammenarbeit finden sich auch in unserer Pressemitteilung.< Neben Cubicure hat sich auch das Fachgebiet für Experimentelle Strömungsmechanik (HFI) der TU Berlin angeboten zu helfen. Dabei wird das Fachgebiet eine dringend notwendige Kalibrationsmessung des Systems mit einem hochpräszisen Referenzsystem (Coriolis) vornehmen, sobald das Gelände wieder zugänglich ist.

Wir werden diese Seite und das Repository kontinuierlich aktualisieren.

tl;dr

Too long didn’t read ist die Abkürzung für Ungeduldige. Für die geht es hier direkt zum Repository:

Zum Repository

Aktueller Stand

  • 10.06.2020: Die Düse wurde von Cubicure gedruckt und von uns bereits getestet. Das akustische Verhalten sieht gut aus und die Düse funktioniert in beiden Richtungen. Die Elektronik ist mittlerweile auch vollständig und Einsatzbereit. Bevor mit der Programmierung fortgefahren werden kann, muss allerdings eine Kalibrationsmessung an der TU Berlin durchgeführt werden. Diese ist derzeit allerdings noch nicht zugänglich.

Funktionsweise.

Die Grundlage.

Das OsciBreath System ist dafür gedacht Volumenströme, also Luftmengen zu bestimmen. Es basiert dabei auf einem einfachen aber zuverlässigen Prinzip:

der OsciJet Düse.

Diese erzeugt wenn Sie durchströmt wird eine Schwingung des Luftstroms. Diese Schwingung wird mittels geeigneter Sensoren gemessen und daraus dann der Luftstrom berechnet. Rechts im Bild sehen sie den gefertigten Prototypen mit angeschlossenen Sensoren und Mikrokontroller.

In den Nachfolgenden Reitern erklären wir die Funktionsweise im Detail.

Funktionsweise OsciJet Düse

Das OsciBreath System basiert auf dem Prinzp der OsciJet Düse. Die OsciJet Düsen basieren auf dem Prinzip der fluidischen Oszillatoren und werden gelegentlich auch als Pendeldüsen bezeichnet. Diese bilden eine selbsterregte Schwingung in ihrem Inneren ohne dabei auf bewegliche Bauteile angewiesen zu sein. Die Wirkweise ist dabei so elegant wie simpel. Wird wie in der Animation zu sehen ist, der Einlass mit einem Gas beaufschlagt, legt dieser sich automatisch an einer der beiden Wände im Inneren des Bauteils an. Von dort trifft der Strahl am Ende des Bauteils auf eine Wand und spaltet sich auf. Während der Hauptteil des Strahls das Bauteil in Form eines Freistrahls verlässt, strömt ein geringer Anteil durch einen der Seitenkanäle zurück und drückt am Ende des Kanals den Hauptstrahl auf die gegenüberliegende Seite. Dieser Vorgang wiederholt sich nun auf der gegenüberliegenden Seite und es entsteht eine periodische Schwingung.

Das Messprinzip.

Das OsciBreath System ist dafür gedacht Volumenströme, also Luftmengen zu bestimmen. Es basiert dabei auf einem einfachen aber zuverlässigen Prinzip:

der OsciJet Düse.

Diese erzeugt wenn Sie durchströmt wird eine Schwingung des Luftstroms. Diese Schwingung wird mittels geeigneter Sensoren gemessen und daraus dann der Luftstrom berechnet. Rechts im Bild sehen sie den gefertigten Prototypen mit angeschlossenen Sensoren und Mikrokontroller.

In den Nachfolgenden Reitern erklären wir die Funktionsweise im Detail.

Das interaktive Model.

Auf der rechten Seite sehen Sie ein interaktives 3D Modell. Sie können dieses drehen und auch heranzoomen. Die Positionen für die Anschlüssen sind markiert. Da das Bauteil auf zwei Richtungen durchströmt wird, gibt es links und rechts einen Luftanschluss und an der Ober- und Unterseite entsprechende Mikrofonaussparungen. In diese können handelsübliche Elekretmikrofone befestigt werden.





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