DE3936248A1 - Ultraschallzerstaeuber - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf medizinische Geräte zum Inhalieren von Arzneistoffen und im besonderen auf einen Ultraschallzerstäuber.

Wenn Ultraschallenergie der richtigen Frequenz und Leistung auf eine Flüssigkeit angewendet wird, löst sich ein sehr feiner Teilchennebel von der Oberfläche. Bei der Frequenz, die notwendig ist, um Flüssigkeiten wie Wasser in einen Nebel zu verwandeln, kann die Ultraschallenergie durch elektrische Erregung eines piezoelektrischen Materials wie Blei-Zir­ koniumtitanat und mechanische Kopplung dieses Materials an die Flüssig­ keit erzeugt werden. Von der gesamten Energie, die in ein System dieser Art eingeht, wird ein Teil in dem piezoelektrischen Material in Wärme um­ gewandelt, ein Teil kann in der Flüssigkeit in Wärme umgewandelt werden, und der Rest wird an der Flüssigkeitsoberfläche bei dem Vorgang des Loslösens der Teilchen zur Nebelbildung verbraucht.

In einer medizinischen Anwendung wird dieser Vorgang Zerstäubung genannt und wird benutzt, um Arzneistoffe in einen Nebel zum Inhalieren zur Behandlung von Atemwegserkrankungen umzuwandeln. Um dies am wirkungsvollsten zu erreichen, sollten die Arzneistoffe in Teilchen oder Tröpfchen eines bestimmten Größenbereichs zerstäubt werden, wobei als allgemeine Regel gilt, daß, je kleiner die Teilchen sind, desto besser das Eindringen der Teilchen in die Lungen und die Bronchialgänge ist.

In der Vergangenheit begegneten Ultraschallzerstäuber, die ein pie­ zoelektrisches Material benutzten, zahlreichen Schwierigkeiten, darunter ist die Neigung des Materials, sich schnell zu verschlechtern aufgrund der Wärmeentwicklung, die Kavitation der Flüssigkeit aufgrund des hohen akustischen Energiepegels und der chemische Angriff auf die Oberfläche durch Arzneistoffe und Reinigungsmittel.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur Ultraschallzer­ stäubung von Flüssigkeiten zum Inhalieren zur Verfügung gestellt mit:
einem piezoelektrischen Wandler, der mit einem zu zerstäubenden Flüssig­ keitsvorrat in Verbindung steht, einer schützenden Abdeckvorrichtung einer gegebenen Wellenlänge, die über dem piezoelektrischen Wandler an­ geordnet ist, wobei die Abdeckvorrichtung und der Wandler im allgemei­ nen ebene Berührflächen und dazwischen eine gemeinsame Zwischenfläche besitzen, einer Füssigkeitsankopplungsvorrichtung, die in dieser Zwi­ schenfläche angeordnet ist, zum Ankoppeln der Ultraschallenergie von dem Wandler an die Abdeckvorrichtung und einer Abdichtvorrichtung, die außen die Abdeckvorrichtung umgibt, zum Verhindern des Verlusts der Flüssigkeitsankopplungsvorrichtung aus der Zwischenfläche.

Jedesmal wenn akustische Energie von einem Material zu einem an­ deren geht, wird ein Teil reflektiert und der andere Teil wird durchge­ lassen. Daher sollte jedes Material, das zwischen dem Wandler und der Flüssigkeit angeordnet ist, um die Oberfläche zu schützen, eine hohe Energiedurchlaßeffektivität und einen niedrigen Reflektionskoeffizienten zurück zum Wandler haben. Es wurde gefunden, daß die Bedingung ge­ schaffen werden kann, indem man den Wandler mit einem dünnen Überzug oder einer Platierung von Teflon, Polyimid oder Gold mit einer Dicke von etwa 1/100 W versieht oder indem man eine Abdeckung mit einer Dicke von W/2 (oder einem Vielfachen davon, wie W, 3W/2, 2W), die auf der Wandler­ oberfläche befestigt ist, vorsieht, wobei "W" die Wellenlänge des Anre­ gungssignals ist. Glas ist ein bevorzugtes Material für solch eine Abdec­ kung, da es der Flüssigkeit eine leicht zu reinigende und haltbare Ober­ fläche darstellt und hohe Temperaturen erträgt. Dennoch ist ein Kopp­ lungsmittel notwendig, um den Luftspalt zwischen den beiden Oberflächen zu überbrücken.

Öl der richtigen Viskosität und Temperatur stellt ein annehmbares Kopplungsmittel dar. Das Öl neigt dazu, zum Hochenergiezentrum der Wandler/Glas-Grenzfläche zu wandern, und dies geschieht selbst, nachdem hohe Temperaturen einen Teil des Öls an die Peripherie gezwungen hat. Es ist wichtig, das gesamte Öl zusammenzuhalten, damit Gravitation und Kapillarkräfte es nicht aus dem Spalt während Ruheperioden wegbewegen, und Öl kann so zusammengehalten werden, daß es sich zum Mittelpunkt des Spaltes bewegt, wenn Energie zugefügt wird. Es ist ebenfalls wün­ schenswert, die Menge eingeschlossenen Gases zu minimieren, das in dem Öl während des Zusammensetzens der Elemente des Zerstäubers vorhanden ist, und Vorkehrung zu treffen zum Anhäufen von eingeschlossenem Gas, das aus der Wandleroberfläche während ihrer Lebensdauer entweichen kann.

Ein Gerät zur Ultraschallzerstäubung von Flüssigkeiten nach der vorliegenden Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines tragbaren Geräts zur Ultraschallzerstäubung von Flüssigkeiten nach der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 2 ist eine detaillierte Teilansicht einer piezoelektrischen Wandleranordnung des Geräts aus Fig. 1; und

Fig. 3 ist eine Ansicht von unten eines in dem Gerät aus Fig. 1 enthaltenen Kristalls.

Eine tragbare Zerstäubereinheit ist in den Fig. 1 bis 3 gezeigt und weist ein allgemein zylindrisches Gehäuse 120 auf, das in eine obere Kammerfläche 121 und einen unteren (128) Beckenteil 122 geteilt ist. Der untere Beckenteil 122 begrenzt einen Hohlraum 123 mit einem Loch in dem Hohlraum direkt über dem piezoelektrischen Kristall 126. Der Kristall 126 ist von einer halb-Wellenlänge Glasabdeckplatte 127 bedeckt, wobei die Platte 127 federnd gegen eine obere Oberfläche des Kristalls durch eine elastomere Manschette 128 gedrängt wird. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, hat die Manschette 128 eine äußere Wand 130, die den Umfang des Kristalls 126 und der Platte 127 mit einem Reservoir 129, das mit dem äußeren Rand der Grenzfläche 125 zwischen dem Kristall 126 und der Ab­ deckplatte 127 in Verbindung steht, umgibt. Die Manschette 128 besitzt obere und untere ringförmige Umschlagflansche 130 und 131 und ist so dimensioniert, daß sie über den Kristall 126 und die Abdeckplatte 127 ge­ spannt werden muß, so daß der Kristall 126 und die Abdeckplatte 127 in eng abschließender Verbindung zusammen an die Manschette 128 gepreßt werden ohne die Notwendigkeit eines Klebemittels. Ein Flüssigkeitsfilm (133) zur Energiekopplung wird auf der Grenzfläche oder in dem Spalt aufgebracht.

Ein konventioneller Thermoschalter 134 wird unter dem Kristall 126 von einem Plastikstützteil 136 gestützt, und ein Kabelhalter besitzt eine Verbindung 139 zu einer Stromversorgungseinheit (nicht gezeigt).

Ein Blattfederkontakt 142 ist zwischen der mittleren oder positiven Elektrode 143 und der unteren Oberfläche des Kristalls 126 angeordnet und ist mit einer positiven elektrischen Leitung 144, die sich abwärts zur Stromversorgungsverbindung 139 erstreckt, verbunden. Auf der anderen Seite stellt eine negative elektrische Leitung oder ein Kabel 145 den Kontakt mit der äußeren, negativen Elektrode 146 des Kristalls her und erstreckt sich in die Stromversorgungsverbindung 138.

Die obere Kammerfläche 121 besteht aus inneren und äußeren, kon­ zentrischen Röhren 150 und 151, die koaxial angeordnet sind und in die­ rekter Verbindung mit dem Beckenteil 122 stehen. Die innere, konzentri­ sche Röhre 150 endet mit ihrem oberen Ende in einem vergrößerten, ringförmigen Sitz 152, der eine An-Auf-Ventilanordnung 154 aufnimmt, wo­ bei die Ventilanordnung mit Klappventilteilen 156 versehen ist. Jedes der Ventilteile 156 ist eine dünne, federnde Membran einer im allgemeinen runden Anordnung, die an eine feststehende Nabe 158 befestigt ist und durch Öffnungen 160 nach Außen strahlt. Die Ventilmembran ist normaler­ weise in eine Richtung gedrückt, in der das Ventil geschlossen ist, aber wenn ein negativer Druck im Innern der Röhre 150 erzeugt wird, wird er die kreisförmige Membran zum Öffnen veranlassen und Luft von außen in Richtung der Pfeile durch die innere Röhre 150 zulassen. Der notwendige negative Druck oder das Saugen wird mit Hilfe eines mit dem kreisförmi­ gen Raum 163 zwischen den Röhren 150 und 151 in Verbindung stehenden Mundstücke 162 erzeugt, um zu erreichen, daß die Luft so nach unten durch die Röhre in den Hohlraum des Beckenteils 122 gezogen wird und daß sie Teilchen des flüssigen Arzneistoffes, die durch den piezoelektri­ schen Kristall erzeugt werden und die dazu neigen, in einer irgendwie konisch geformten Fontäne in der von dem Beckenteil gebildeten Hohl­ raumfläche ausbrechen, aufnimmt. Die Teilchen werden in dem Luftstrom mitgerissen und fließen aufwärts entlang einem spiralförmigen Fließpfad, der durch eine sich spiralförmig erstreckende Drossel 164 auf der äuße­ ren Oberfläche der inneren Röhre 105 unter dem Mundstück 162 erzeugt wird.

Bei der Konstruktion eines funktionellen Zerstäubers ist es wichtig, die emittierte Teilchengrößenverteilung an die physiologisch für eine wir­ kungsvolle Behandlung der Atemwege erforderliche anzupassen. Ultra­ schallzerstäuber erzeugen typischerweise einen Bereich von Teilchen­ größen, wovon eine große Zahl größer als die klinisch nützlichen ist. Diese größeren Teilchen erreichen nicht das Atemwegsgewebe das zur Behand­ lung anvisiert ist, und stellen daher eine Verschwendung von Arzneistof­ fen dar. Um zu vermeiden, daß Teilchen größer als 4 Mikrometer durch das Mundstück austreten und zum Patienten gelangen, ist der obere Teil des Zerstäubers mit einer Teilchendrossel (164) versehen, um die Teilchen durch einen kreisförmigen Weg auf ihrem Weg zu dem Mundstück zu be­ schleunigen, und nur die größeren Teilchen werden dazu neigen, sich an den Seitenwänden anzuhäufen und abwärts in den Beckenteil zum erneu­ ten Zerstäuben zu fließen. Im Ergebnis wird im wesentlichen der gesamte flüssige Arzneistoff in einen Nebel klinisch nützlicher Teilchen umgewan­ delt, um eine genaue und ökonomische Behandlung sicherzustellen.

Nach der Betrachtung der Gesamtkonstruktion und Anordnung der Form des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Zerstäubers, kann ein bes­ seres Verständnis des genauen Aufbaus und der genauen Anordnung des piezoelektrischen Kristalls 126 und seiner Abdeckplatte 127 gewonnen werden. Wie hier zuvor beschrieben, besitzt der Kristall 126 eine zentrale Elektrode 143 und eine außen angeordnete, konzentrische negative Elek­ trode 146, die die obere Oberfläche und den äußeren Umfang des Kristalls umgibt. Vorzugsweise bestehen die Elektroden aus einem dünnen Film oder einer dünnen Platierung, wie etwa aus Nickel, Silber oder Gold. Es ist wichtig, daß der ausgewählte Film so beschaffen ist, daß er nicht dazu neigt, sich von der Oberfläche des Kristalls zu lösen und akustische Kopplungsverluste und eine daraus folgende verminderte Zerstäubung zu verursachen. Die Abdeckplatte 127 besteht vorzugsweise aus einem Glas­ material mit einer Dicke von der halben Wellenlänge oder einem Vielfachen davon, wie etwa W, 3 W/2, 2 W und ist an den Wandler oder an die Kristall­ oberfläche befestigt. Glas ist ein herkömmliches Material für eine solche Abdeckung, da es eine leicht zu reinigende und gegenüber der Flüssig­ keit beständige Oberfläche besitzt und hohe Temperaturen aushält. Der flüssige Kopplungsfilm 133 dient zum Überbrücken des Spalts zwischen den gegenüberstehenden Oberflächen des Kristalls 126 und der Abdeck­ platte 127. Vorzugsweise wird der Spalt von einer im allgemeinen kreis­ förmigen Aussparung, die jeweils von einer ebenen Oberfläche 126′ und einer konkaven Oberfläche 127′ begrenzt wird, gebildet. Das erfordert eine bestimmte optimale Flüssigkeitsfilmdicke, während es der Flüssigkeit ermöglicht, zum Zentrum hoher Energiedichte der Kristall-Glas-Grenzfläche vorzudringen; desweiteren vermeidet der Spalt oder die Aussparung mit einer einheitlichen Aussparungstiefe verbundene Probleme, von denen man fand, daß sie zu einer Zerstörung der Wandleroberfläche durch die Akti­ vität konzentrischer stehender Wellen in der Flüssigkeitsschicht führen. Der Erfolg des Flüssigkeitskopplungssystems legt nahe, daß die Flüssig­ keit so einzufassen ist, daß Gravitation und Kapillarkräfte die Flüssigkeit während der Phasen der Ruhe nicht aus dem Spalt bewegen. Nichtsdestoweni­ ger ermöglicht das in der Manschette gebildete Reservoir 129 die Speiche­ rung von am Rande des Spalts überflüssiger Flüssigkeit und ermöglicht die Bewegung der Flüssigkeit 133 zum Zentrum, wenn Energie auf dem Wandler angewandt wird. Daher ermöglicht das Reservoir 129 eher der Flüssigkeit, sich mit steigender Temperatur auszudehnen, als den Wandler vom Glas zu trennen. Zusätzlich reduziert die Manschette 128 die Dämp­ fung, indem sie den vibrierenden Wandler und die Glasanordnung aku­ stisch von dem äußeren Gehäuse isoliert.

Geeignete Kopplungsflüssigkeiten, die in Form eines Films zwischen dem Kristall und seiner Schutzabdeckung benutzt werden, haben die Ei­ genschaft, "selbstschützend und selbstheilend" zu sein, das heißt, daß der Flüssigkeitsfilm, wenn zerstörende Bedingungen auftreten, sich aus den aktivsten Bereichen bewegt. Nach dem Abflauen der zerstörenden Be­ dingungen, d. h., wenn Medizin im Beckenteil ist und eine gute Impedanz­ übereinstimmung herrscht, "pumpt" sich die Flüssigkeit selbst in die not­ wendigen Bereiche, um eine gute akustische Kopplung zu ermöglichen.

Die Eigenschaften einer Flüssigkeit, die in Betracht zu ziehen, not­ wendig ist, wenn man eine geeignete akustische Kopplungsflüssigkeit aus­ sucht, beinhalten Viskosität, Viskositätszusammenbruch, Temperaturstabi­ lität, akustische Impedanz, chemische Stabilität und molekulare Zusammen­ setzung. Diese Eigenschaften werden nun einzeln besprochen.

Viskosität: Die betriebsfähigen Grenzen der Viskosität einer ge­ eigneten Flüssigkeit können durch empirische Analyse bestimmt werden. Das untere Ende begrenzt die Fähigkeit, die Anordnung herzustellen. Wenn die Flüssigkeit zu dick ist (weniger als 1 Zentistoke bei 100°C), ist es sehr schwierig, den Kristall und das Glas eng zu verbinden, ohne überschüssige Luft einzuschließen. Am oberen Ende (über 100 Zentistoke bei 100°C) gibt die Flüssigkeit immer noch die akustische Energie weiter, aber die Dämpfung wird beträchtlich. Die getesteten Flüssigkeiten mit ho­ her Viskosität erzeugten eine geringere Ausgangsleistung verglichen mit den Flüssigkeiten geringerer Viskosität. Es ist wünschenswert, daß die Flüssigkeit eine Viskositätskurve aufweist, die so flach wie möglich ist. Das gewährt Gleichförmigkeit, wenn die Temperatur des Systems sich än­ dert. Der bevorzugte Viskositätsbereich ist zwischen 4 und 10 Zentistoke bei 100°C für eine Flüssigkeitskopplung. In diesem Bereich gibt es keine meßbaren Unterschiede in der Kopplung oder der Lebensdauer.

Viskositätszusammenbruch: Wegen der hohen Energiedichten der re­ flektierten akustischen Wellen, wenn die Impedanzen nicht zusammenpas­ sen (d. h. nur Luft, keine Medizin), werden entsprechend hohe Temperatu­ ren an der Grenzfläche zwischen dem Kristall und dem Glas, das die Flüs­ sigkeit enthält, gefunden. Um den gewünschten Viskositätsbereich und eine vernünftige Lebensdauer aufrecht zu erhalten, sollte die Flüssigkeit nicht ständige Änderungen in der Viskosität erleiden, wenn sie den auf­ tretenden hohen Temperaturen und Energiedichten ausgesetzt wird.

Temperaturstabilität: Die Flüssigkeit soll hohe Betriebstemperatur­ grenzen genausogut wie eine vernünftig flache Viskositätskurve besitzen. Die Temperaturerfordernisse werden erreicht, wenn der Flammpunkt über 200°C liegt und nach wiederholten thermischen Zyklen kein Viskositätszu­ sammenbruch eintritt.

Akustische Impedanz: Die Flüssigkeit muß auch eine akustische Im­ pedanz aufweisen, die für die Anordnung bei der gewünschten Frequenz ohne beträchtliche Dämpfung annehmbar ist. Ideale Impedanzanpassung zwischen dem Kristall und der Abdeckung ist schwer zu erreichen; jedoch wurde durch empirische Tests herausgefunden, daß das Akzeptanzfenster der hierin offenzulegenden Flüssigkeitsfamilie recht groß ist.

Chemische Stabilität: Einige Flüssigkeiten können die akustische En­ ergie nach einer begrenzten Anzahl von Benutzungen nicht mehr weiter­ leiten. Man nimmt an, daß die hohen Energiedichten und thermischen Gra­ dienten verursachen, daß die Flüssigkeiten ihre chemische Zusammenset­ zung verändern. Daher soll die ausgewählte Flüssigkeit ihre chemische Zusammensetzung beibehalten, wenn sie hohen Temperaturen und Ener­ giedichten ausgesetzt wird. Synthetische Öle scheinen die Fähigkeit zu besitzen, die rauhen Bedingungen zu ertragen und ihre ursprünglichen Eigenschaften beizubehalten.

Molekulare Zusammensetzung: Einige Flüssigkeiten, die die obigen Kriterien erfüllen, leiten immer noch nicht akustische Energie weiter, um wirkungsvoll zu sein. Man schlägt in dieser Hinsicht vor, daß die moleku­ lare Zusammensetzung dieser Flüssigkeiten derart ist, daß sie die Cha­ rakteristika der obigen Eigenschaften überwiegt.

Man fand, daß die Familie der Flüssigkeiten mit einer synthetischen Ölbasis geeignet für die Verwendung als Kopplungsflüssigkeit ist. Insbe­ sondere fand man, daß ein 8 Zentistoke (bei 100°C) Öl auf Polyalphaolefin­ basis geeignet für die Verwendung als Kopplungsflüssigkeit in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.

Während die Entdeckung einer brauchbaren Gruppe von Flüssig­ keiten zur Durchführung der Kopplung ein größerer Durchbruch in der Entwicklung von lange haltbaren Ultraschallzerstäubern war, schuf sie Ih­ rerseits neue Probleme, die in dem Gesamtdesign des Beckenbereichs zu lösen sind. Wegen des schmalen Zwischenraums zwischen der Glasabdec­ kung und dem Kristall, war eines der auftretenden Probleme das Kapillar­ wirkung der Flüssigkeit während der Nichtbenutzungszeiten; das heißt, die Flüssigkeit bewegte sich einfach zu den äußersten Rändern des Glases und ging durch die Kapillarwirkung verloren. Es gibt auch Übergangspe­ rioden, wenn das Gerät an- und ausgeschaltet wird. Während dieser Zei­ ten, versucht die Anordnung, sich in den neuen Bedingungen, die die elektrische Erregung erzeugt hat, zu stabilisieren, d. h. mechanische Be­ wegung. Wenn die Anordnung ursprünglich erregt war, versucht sie Flüs­ sigkeit in das Aktivitätszentrum zu pumpen, um die akustischen Impedan­ zen korrekt anzupassen. Der Mechanismus dieser Bewegung ist nicht voll­ ständig vorhanden, jedoch wird vorgeschlagen, daß eine sich langsam bewegende, fortwandernde Welle zwischen der Kristalloberfläche und der schützenden Glasabdeckdung ähnlich dem peristaltischen Pumpen erzeugt wird. Diese Welle bringt langsam die notwendige Menge an Flüssigkeit herein, um die Kopplung zu vervollständigen und die akustische Impedanz des Kristalls besser an das Glas und an den Arzneistoff anzupassen, d. h. bevorzugte Flüssigkeiten machen die Anordnung selbstjustierend hin­ sichtlich einer optimalen Leistung. Sobald die akustischen Impedanzen an­ gepaßt sind, nimmt die Glasabdeckung ähnliche Vibrationscharakteristiken wie der Kristall an, was zu einer stabilen stehenden Welle mit der Flüs­ sigkeit in der Mitte der Anordnung führt. Wenn die Einheit abgeschaltet wird, neigen die hydrodynamischen Kräfte, die Materialkräfte und die Geometrie des Kristalls und der Abdeckung dazu, die Flüssigkeit, die in den Talbereichen der vorher geformten stehenden Welle enthalten ist, wegzubewegen. Dieser Vorgang zusammen mit der zuvor erwähnten Kapil­ larwirkung zwingt die Flüssigkeit nach außen an dem Rand der Anord­ nung. Das Gesamtergebnis dieser Vorgänge würde, wenn keine speziellen Maßnahmen getroffen würden, zu einem Verlust von soviel Flüssigkeit führen, um den Mechanismus, der die Flüssigkeit in das Aktivitätszentrum pumpt, außer Gang zu setzen und daher eine wirkungsvolle akustische Kopplung beenden. Jedoch ermöglicht in der beschriebenen Ausführungs­ form, wie zuvor beschrieben, das Vorsehen einer in der Manschette gebil­ deten Reservoirs die Speicherung von überschüssiger Flüssigkeit am Rand des Spalts, wodurch die Bewegung der Flüssigkeit in Richtung des Zentrums ermöglicht wird, wenn Energie auf den Wandler angewandt wird, und ermöglicht wird, daß sich die Flüssigkeit mit steigender Temperatur eher ausdehnt, als daß sie den Wandler vom Glas trennt.

Ein mit piezoelektrischen Kristallen in Ultraschallzerstäubern ver­ bundes Problem ist die Neigung auf der Seite der porösen Oberfläche des Kristalls, eingefangenes Gas festzuhalten, das, wenn es während des Betriebs losgelassen wird, die Flüssigkeit verdrängen und die Glasabdec­ kung entkoppeln kann, so daß die Zerstäubung verzögert wird. Zur Kon­ trolle dieses Verschlechterungseffekts fand man heraus, daß eine Ölsätti­ gungsbehandlung vor dem Zusammensetzen äußerst hilfreich ist und durchgeführt werden kann, indem man die Kristalle in ein Ölbad in eine Umgebung niedrigen Drucks bringt. Das Randflüssigkeitsreservoir 129 in der Manschette 128 dient dazu, jedwedes übriggebliebenes Gas anzusam­ meln, das vom Wandler oder der Kristalloberfläche während ihrer Lebens­ dauer entweichen kann. Entsprechend wurde gefunden, daß ein ausge­ wählter Entwurf der piezoelektrischen Anordnung in der oben beschrie­ benen Art zu einer überlegenen Energieübertragungseffizienz und zu ei­ ner verbesserten Leistungsniveautoleranz führt, während er den Tempe­ raturbereich des Kristalls zu einem Punkt erweitert, bei dem kein Kühl­ mittel notwendig ist.

Daher wird der Fachmann anerkennen, daß das beschriebene Aus­ führungsbeispiel einen Ultraschallzerstäuber zur Verfügung stellt, der einen piezoelektrischen Wandler besitzt, bei dem die Vorrichtung zum akustischen Koppeln der Ultraschallenergie von einem piezoelektrischen Element auf eine Abdeckplatte eine Flüssigkeit ist. Weiterhin wird aner­ kannt, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einem Spalt zwi­ schen der Abdeckplatte und dem piezoelektrischen Element versehen ist, so daß der Energieübertrag maximiert und die Erwärmung minimiert wird, so daß die Notwendigkeit einer externen Kühlvorrichtung vermieden wird; und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um die Isolation und die Ent­ fernung von Teilchen optimaler Größe zum Inhalieren durch den Benutzer zu maximieren und effektiver größere Teilchen zu sammeln und wieder zu zerstäuben, so daß eine Verklumpung minimiert wird.

Claims (13)

1. Gerät zur Ultraschallzerstäubung von Flüssigkeiten zum Inhalie­ ren mit: einem piezoelektrischen Wandler (126), der mit einem zu erstäu­ benden Flüssigkeitsvorrat in Verbindung steht, einer schützenden Ab­ deckvorrichtung (127) einer gegebenen Wellenlänge, die über dem piezo­ elektrischen Wandler (126) angeordnet ist, wobei die Abdeckvorrichtung (127) und der Wandler (126) im allgemeinen ebene Berührflächen (127′, 126′) und dazwischen eine gemeinsame Zwischenfläche (127) besitzen, einer Flüssigkeitsankopplungsvorrichtung (133), die in dieser Zwischenfläche (125) angeordnet ist, zum Ankoppeln der Ultraschallenergie von dem Wandler (126) an die Abdeckvorrichtung (127) und einer Abdichtvorrich­ tung (128), die außen die Abdeckvorrichtung (127) umgibt, zum Verhin­ dern des Verlusts der Flüssigkeitsankopplungsvorrichtung (133) aus der Zwischenfläche (125).

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Abdeckvorrichtung (127) die Form einer Glasabdeckplatte hat.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grenzfläche (125) zwi­ schen den Berührflächen (126′, 127′) des Wandlers (126) und der Abdeck­ vorrichtung (127) einen Spalt aufweist, der radial nach außen von dem zentralen Teil der Grenzfläche (125) konisch zuläuft.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Be­ rührflächen (126′, 127′) eine gegenseitig gegenüberliegende, konkave Ausführung aufweisen.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeitsankopplungsvorrichtung (133) ein synthetisches Öl ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, wobei die Abdichtvorrichtung (128) eine ringförmige, elastomere Manschette aufweist, die federnd die Abdeckvor­ richtung (127) und den Wandler (126) zusammendrückt, wobei die Man­ schette (128) mit einem Reservoir (129) versehen ist, das die Grenzfläche (125) umgibt.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei die elastomere Manschette (128) eine äußere Wand (130) besitzt, die den äußeren Umfang der Ab­ deckvorrichtung (127) und des Wandlers (127) umgibt und die als druck­ begrenzendes Diaphragma wirkt, so daß der durch die thermische Aus­ dehnung der Ölkopplungsvorrichtung (133) entstandene Druck nicht den Spalt zwischen der Abdeckvorrichtung (127) und dem Wandler (126) än­ dert.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Lufteinlaßteil, der mit dem zu zerstäubenden Flüssigkeitsvorrat in Verbin­ dung steht, eine Vorrichtung zum Einführen des Luftstromes in den Flüs­ sigkeitsvorrat über den Lufteinlaß, um zerstäubte Flüssigkeit in Teil­ chenform aus dem Vorrat aufzunehmen und die Luft und die Teilchen zu einem Auslaß zu führen, und eine Drossel (164) im Fließweg der Luft und der Teilchen von dem Vorrat zu dem Auslaß (162) aufweist, um zu verhin­ dern, daß größere Teilchen den Auslaß passieren.

9. Gerät nach Anspruch 8, wobei die Drossel (164) im wesentlichen die Form einer spiralig ausgedehnten Platte im Fließweg der Luft und der Teilchen von dem Vorrat zu dem Auslaß (162) besitzt.

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Lufteinlaßteil einen im wesentlichen röhrenförmigen Teil (150) auweist, der koaxial mit dem zu zerstäubenden Flüssigkeitsvorrat angeordnet ist und eine sich spiralig ausdehnende Drossel (164) an einer äußeren Oberfläche besitzt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Auslaß (162) einen äußeren, röhrenförmigen Teil (151), der außen konzentrisch zu dem Lufteinlaß angeordnet ist, und ein Mundstück (162) aufweist, das in Verbindung mit den konzentrischen Zwischenraum (163) zwischen dem Lufteinlaß und dem äußeren, röhrenförmigen Teil (151) steht, wobei die Drossel (164) verursacht, daß die größeren Teilchen aufgrund der Gravi­ tation in den zu zerstäubenden Flüssigkeitsvorrat zur Wiederzerstäubung zurückfließen.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der piezoelektrische Wandler (126) ein Kristall mit einer oberen Elektrode (146) zur Herstellung des elektrischen Kontakts an der Oberfläche des Kristalls (126), die sich an seinen Seiten erstreckt, einer unteren Schei­ benelektrode (143) zur Herstellung des elektrischen Kontakts an der un­ teren Oberfläche des Kristalls (126) und einer Vorrichtung, die dafür sorgt, daß der Kristall (126) seine Hauptschwingungskräfte in der Nähe seines Zentrums konzentriert, ist.

13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungsvorrichtung (133) ein Öl auf Polyalphaolefinbasis ist.