Atmen mit Automat – Piezoventile in Beatmungsgeräten

Artikel vom 27. September 2013 

Atmen mit Automaten - Piezoventile in Beatmungsgeräten

Atmen ist für die meisten Menschen selbstverständlich, jedes Luftholen läuft automatisch ab. Für Personen, mit chronischen Atemwegserkrankungen sieht die Welt jedoch anders aus: Beatmungs- und Sauerstoffgeräte sind für sie lebensnotwendig und unverzichtbare Begleiter im Alltag. Im Inneren der oft tragbaren Maschinen sorgen pneumatische Automatisierungs-Komponenten für einen reibungslosen Beatmungsvorgang – sie erzeugen den notwendigen Luftdruck und mischen bei Bedarf Sauerstoff im richtigen Verhältnis bei.

Piezoventile helfen beim Atmen

In modernen Beatmungsgeräten werden heute Piezoventile von Festo für die Zuführung des Sauerstoffs verwendet. Sie bieten im Vergleich zu der bisher verwendeten Magnetventiltechnik große Vorteile, denn sie verbrauchen bis zu 95 % weniger elektrische Energie. Besonders wichtig ist das bei den tragbaren Geräten – hier halten deshalb die Batterien erheblich länger, was dem Patienten ein häufiges  Wechseln erspart. Auch kann mit Piezoventilen sehr fein dosiert werden, so kann die Beimischung von Sauerstoff in exakten Mengen erfolgen. Nicht zuletzt läuft der Schaltvorgang fast lautlos ab und Patienten, die Tag und Nacht beatmet werden müssen, werden durch das wesentlich leisere Betriebsgeräusch nicht gestört.

Das Piezoventil VMER
Das Piezoventil VMER

So funktioniert Piezotechnologie

Einige keramische Materialien verformen sich, wenn sie unter elektrische Spannung gesetzt werden – zwei miteinander verbundene Platten aus einem solchen Material verbiegen sich dann zum Beispiel in eine bestimmte Richtung. Festo nutzt dieses Verhalten für seine Piezoventile. Sie werden mit Hilfe dieses Verbundplättchens, des so genannten Biegewandlers, geöffnet und verschlossen.

Funktion des Biegewandlers im Piezoventil
Funktion des Biegewandlers im Piezoventil

Legt man Spannung an den Biegewandler, zieht  sich die Keramikschicht zusammen und biegt so das Blättchen nach oben; das Ventil öffnet sich (Abb. Rechts). Wird die Spannung abgeschaltet, nimmt der Biegewandler seine ursprüngliche Form wieder an und verschließt das Ventil (Abb. Links).  Je höher die Spannung, desto weiter öffnet sich das Ventil – so kann die Durchflussmenge reguliert werden. Diese Schaltvorgänge können bei Piezoventilen auch sehr schnell hintereinander ablaufen.

In vielen Branchen im Einsatz

Neben den Beatmungsgeräten kommen Piezoventile auch in vielen anderen medizintechnischen Bereichen zum Einsatz, z. B. in Dekubitus-Matratzen gegen das Wundliegen, Blutdruck-Messgeräten und Laborgeräten. Die Medizintechnik ist aber nur eines der Anwendungsgebiete für die schnell schaltenden und klein bauenden Ventile. Sie werden auch in vielen anderen Branchen wie der Automobilindustrie, der Lebensmittelproduktion oder der Prozess- und Industrieautomatisierung verwendet.

Wie Piezoventile bei Festo vollautomatisch produziert werden, sehen Sie in diesem Film: