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Marke Eigenbau: Lebensrettende Beatmungsgeräte

VDI OWL unterstützt mit Expertise und Netzwerk in der Corona-Krise die Entwicklung unkonventioneller Lösungen für den Notfall- und den Krankenhaus-Einsatz

Aus Schläuchen, Klebeband, Buchdeckeln und weiteren Materialien an Bord der Mondfähre Apollo 13 bestand der selbstgebaute Luftfilter, der vor 50 Jahren das Leben dreier Astronauten rettete. Heute sind weltweit dort ungewöhnliche Problemlösungen gefragt, wo die Corona-Pandemie mit vielen schweren Verläufen wütet und schnell genügend Beatmungsgeräte gebraucht werden. Gleich zu Beginn der Virus-Krise hatte Professor Rainer Barnekow, Vorsitzender des Bezirksvereins Ostwestfalen-Lippe des Vereins Deutscher Ingenieurinnen und Ingenieure (VDI OWL), Projekte angestoßen und unterstützt, bei denen Querdenker an einfacheren Versionen dieser Maschinen tüfteln. Die Ergebnisse, darunter der Prototyp EVEREST, sind beachtlich.

„Auch in punkto Beatmungsgeräte wollen wir uns in den Dienst der Gesellschaft stellen und als Ingenieursverein die Suche nach technischen Problemlösungen unterstützen“, so Professor Barnekow, der Verfahrenstechnik an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo lehrt. Man wolle Querdenker, Pioniere und Fachkräfte zusammenführen, das Know-how verschiedener Experten wie CAD-Zeichner, Chemiker, Hacker, Informatiker, Ingenieure, Mediziner, Pflegekräfte und Unternehmer. Das Motto: miteinander statt gegeneinander. Der Hintergrund: In Ländern mit unzureichendem Gesundheitssystem oder mit vielen schwer verlaufenden Corona-Fällen könnten durch einfache, auch provisorische Lösungen Menschenleben gerettet werden. Die Zielsetzung: die Entwicklung leicht herzustellender Beatmungsgeräte aus Alltagskomponenten, deren Baupläne und Steuerungssoftware via Internet weltweit zur Verfügung gestellt werden.

Beispielhafte Initiativen und Projekte

In diesem Sinne werden vom VDI OWL drei beispielhafte Initiativen und Projekte gefördert. Jan-Henrik Zünkler, nach einem Industrial Engineering-Studium derzeit im Master-Studium Electrical Engineering an der Universität Paderborn, hat zusammen mit dem Dortmunder Master-Studenten Levente Türk (Studiengang Materialwissenschaften) die Lockdown-Phase an der Hochschule genutzt. Die Krise in Italien vor Augen, nahmen sie eine Idee aus 2019 wieder auf. Das Ergebnis: der „Easy Ventilator for Emergency Situations“, kurz EVEREST, ein Beatmungsgerät für Notfallsituationen.

Das modular aufgebaute Gerät aus Baumarktutensilien und Elektrobedarf haben sie „in drei, vier Wochen entwickelt, konstruiert und zusammengebaut“. Die Besonderheit: Es arbeitet mit Steuerungstechnik, Sensorik und Pneumatik statt Balgpumpen (so genannte Ambu Bags, die laut Zünkler „leicht reißen“) und kann den Sauerstoffgehalt messen. Über einen kleinen Computer mit Touchscreen und Bildschirm können Messwerte und die Beatmung angezeigt werden. „Zudem läuft unser EVEREST mit Batterie bis zu vier Stunden stromunabhängig weiter, so dass damit beispielsweise ein Patient bei akuter Atemnot bis ins Krankenhaus transportiert werden kann“, so der Paderborner Master-Student.

Teilnahme an Hackaton #EUvsVirus

Ihren Prototypen reichten sie Ende April bei dem Online-Wettbewerb #EUvsVirus-Hackaton der Europäischen Kommission ein. Die ersten drei Plätze unter mehr als 9.000 Bewerbungen belegten große Profi-Teams. Dennoch fand die Demonstrationsversion des EVEREST, die nach dem Leitfaden der britischen Regierung für Notfall-Beatmungsgeräte weiterentwickelt wurde, Beachtung. Auch wenn derzeit der weltweite Bedarf zurückgegangen ist, sucht das Entwickler-Duo Unternehmen aus den Bereichen Medizintechnik und Pneumatik, um ihren Prototypen mit Hardware und Software auf Herz und Nieren zu testen und zur Marktreife zu bringen.

Auf Anregung des VDI OWL hat sich Ende März ein interdisziplinäres Studierenden-Team um Florian Wiethof gebildet, um ein Beatmungsgerät für den Einsatz im Krankenhaus zu bauen. Die Mitglieder, überwiegend Studierende der Universität Paderborn, aber auch der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, arbeiten normalerweise in diesen Monaten des Jahres neben ihrem Studium an Rennwagen. Als UPBracing Team und OWL Racing-Team stehen sie mit ihren selbstentwickelten Prototypen und zugehörigen Businessplänen auf der Formula Student Germany und anderen internationalen Wettbewerben in Konkurrenz.

Neues Lernprojekt für Racing Teams

Jetzt haben 22 von ihnen wochenlang digital vernetzt an einem Strang gezogen, Grundlagen recherchiert, Kontakte zu Krankenhäusern, Intensivmedizinern und Ärzten aufgenommen und die Komponenten unter Nutzung von Normteilen zusammengestellt. Die Hauptmodule ihres Beatmungsgeräts bestehen aus einer Standard-Krankenhaus-Maske, einem Adapter, einem Normanschluss beispielsweise für einen Kompressor, Sensoren und elektrisch angesteuerten Ventilen.

Die Hardware steht bereit, derzeit arbeiten noch sechs Beteiligte an der Softwareentwicklung. „Wir haben die Hochschul-Pause und die Absage der Renn-Events als Experimentierphase genutzt“, resümiert Florian Wiethof, Masterstudent im Maschinenbau, „die Entwicklung des Beatmungsgeräts haben wir als sinnvolles Lernprojekt gesehen, das Erfahrungen und Erkenntnisse bringt, wie theoretische Ansätze in die Praxis umgesetzt werden. Da ist es egal, ob es sich um Rennwagen oder Beatmungsgeräte handelt.“

Improvisierte Lösungen im Netz

Mit dem Fachkrankenpfleger für Intensivpflege und Anästhesie, Lukas Maksimowski, hat Professor Rainer Barnekow einen erfolgreichen Blogger ins Boot geholt. Der 37-Jährige, der nach 16 Jahren in der Intensivpflege in den Vertrieb von Medizintechnik wechselte, sitzt in Ratingen. Angeregt von Internetvideos aus den USA, die komplexe medizinische Zusammenhänge mittels Merksätzen und Schaubildern einfach erklären, startete er 2015 auf YouTube seinen Blog „Pflege Kraft“. Seine Zielgruppe: Berufsanfänger, Absolventen einer Fachausbildung zur Intensivpflege, angehende Ärzte. Heute folgen ihm über 30.000 Menschen.

Für den VDI OWL hat Maksimowski zwei neue Videos erstellt, die sich um Beatmungsgeräte und „unkonventionelle Ansätze zur Bewältigung der Herausforderungen im Alltag“ drehen. Der Blogger informiert und fordert zum interdisziplinären Austausch und Querdenken auf. Er verweist auf Deutschland, Frankreich, Italien und die USA, wo Teile der Automobilindustrie auf die Entwicklung von Beatmungsgeräten umgestellt haben. Er stellt Lösungen vor, Beatmungsmöglichkeiten, die fernab von medizinischen Geräten und Krankenhäusern provisorisch helfen können. Am 21. September 2020 wird der Pflege Kraft-Blogger als Hauptredner auf der Mitgliederversammlung des Bezirksvereins in Bielefeld sprechen.

Jetzt ist Maksimowski erleichtert darüber, „dass der Bedarf an Beatmungsgeräten in Deutschland doch gedeckt werden konnte“. Für die USA dagegen gebe es keine Bedarfsdaten, wobei die Fallzahlen erschreckend seien: „Wenn von 1,7 Millionen Infizierten geschätzte zehn Prozent auf Beatmungsgeräte angewiesen sind, dann wären das 170.000 Menschen. Ich hoffe sehr darauf, dass improvisierte Geräte Marke Eigenbau gar nicht erst gebrauchen werden.“

(Text: Martina Bauer)

EVEREST - Prototyp eines Beatmungsgeräts unterstützt durch den VDI OWL

EVEREST ist das Akronym für den  “Easy Ventilator for Emergency Situations”, und damit der Prototyp eines Beatmungsgerätes. Die Lösung unterscheidet sich zu den meisten anderen im Moment im Wesentlichen dadurch, dass keine Ambu Bags verwendet werden, da diese recht schnell reißen. Stattdessen wird auf Pneumatik und Regelungstechnik gesetzt. Darüber hinaus wird ein Interface eingesetzt, dass an den Interfaces führender Beatmungsgeräte orientiert ist.

► Projektvorstellung

Das Entwicklungsteam um Jan-Henrik Zünkler und Levente Türk benötigt in folgenden Bereichen Unterstützung:

  • Unternehmen aus dem Bereich der Medizintechnik für Unterstützung bei der Zertifizierung hin zur Marktreife
  • Unternehmen aus dem Bereich der Pneumatik für Unterstützung bei der technischen Weiterentwicklung

Wenn Sie hier Ideen beisteuern möchten oder unterstützen können, melden Sie sich gerne in der Geschäftsstelle (Mail: bv-owl@vdi.de, Tel: 0521 2997 190) und wir stellen den Kontakt her.

Schutzschilde für die Region made in OWL

Mit der Expertise von VDI OWL-Mitgliedern durch die Corona-Krise

Bielefeld/Ostwestfalen-Lippe. Enger Kontakt ist auch in Corona-Zeiten in manchen Bereichen unerlässlich – zum Beispiel im Umgang mit alten und hilfsbedürftigen Menschen in der ambulanten oder stationären Pflege. Eine zusätzliche Schutzhilfe vor Ansteckung bieten Gesichtsschilde, die sich auf 3D-Druckern herstellen lassen. Mit Unterstützung des Bezirksvereins Ostwestfalen-Lippe des Vereins Deutscher Ingenieurinnen und Ingenieure (VDI OWL) gingen jetzt 40 Schutzschilde made in OWL als Spende an eine Alteneinrichtung und zwei Pflegedienste in Bielefeld. Hinter der Gemeinschaftsaktion steht ein ehrenamtlicher Zusammenschluss aus VDI OWL, dem FabLabIOWL an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) und privaten Unterstützern – unter der Initiative MakerVsVirus.

Aktivitäten und Projekte des VDI OWL

„Wir können das machen!“ heißt das Credo des VDI OWL, ausgegeben zum 125-jährigen Geburtstag in 2019. Seit Beginn der Corona-Pandemie treten der Vorstand und viele der rund 3.500 Mitglieder verstärkt als „Macherinnen und Macher“ in Aktion. „Mit unserer Expertise und unserem Engagement wollen wir einen Beitrag dazu leisten, dass die Gesellschaft funktionsfähig bleibt“, erklärt der Vorsitzende, Professor Rainer Barnekow, „dazu gehört die Aufrechterhaltung der Infrastrukturen für Logistik, Energie, Wasser, Gebäude oder Telekommunikation, aber auch eine schnelle Umstellung von Produktionsabläufen, zum Beispiel hin zu in 3D-gedruckten Teilen oder zur Herstellung von medizinischen Produkten und Hygieneartikeln.“ Die interdisziplinäre Vernetzung des fest in der Region verwurzelten Ingenieurvereins stellt dabei einen großen Vorteil dar. Ein Paradebeispiel: die Herstellung von Gesichtsschilden, die der VDI OWL von der Pionierphase bis zur Praxisreife begleitet hat.

Bedarf an Schutzmaterialien in der Pflege

Einen Anstoß gab eine Bielefelder Hausärztin, die anonym bleiben möchte. „In einer Zeit, wo Pflegeheime und Pflegedienste deutlich schlecht mit Schutzmaterialien ausgestattet“ seien, habe sie über die Herstellung von Kunststoffschilden mittels 3D-Druckern gelesen und über einen Nachbarn den VDI OWL kontaktiert. Die Europäische Kommission hatte angesichts der Corona-Pandemie und der knapper werdenden medizinischen Ausrüstungen 3-D-Druck-Unternehmen, sogenannte Makerspaces und FabLabs dazu aufgerufen, mit ihren Kenntnissen und Produktionskapazitäten auszuhelfen. Professionelle 3D-Drucker gehören auch zur Ausstattung des FabLab|OWL, eine offene High-Tech-Werkstatt mit modernsten digitalen Fertigungstechnologien auf dem Campus der TH OWL in Lemgo. Im Team um FabLab-Leiter Dipl.-Ing. Matthias Meier entstand schon Mitte März die Idee, bei der Produktion von Gesichtsschilden zu helfen und sich dafür der Kasseler Initiative MakersVsVirus anzuschließen.

Als einer der Aktiven im FabLab|OWL informierte der 28-jährige Steffen Wenk, Jung-Ingenieur der Holztechnologie, Master-Student (Production Engineering and Management sowie Holztechnik) und VDI-Mitglied den VDI OWL über das Vorhaben. Dort nahm sich Ingenieur Harald Ghelleri, Fachmann für Kunststofftechnik und Vorstandsmitglied, der Unterstützung des Projektes an. Der VDI OWL gab als Sponsor den Erstauftrag von 40 Gesichtsschilden für die Bielefelder Pflegeeinrichtungen.

Zehn Ehrenamtliche an fünf 3D-Druckern

Das Lemgoer FabLab wirkte als Experimentier-, Entwicklungs- und Produktionszentrum.
Von der Idee und der Einbindung weiterer Helfer und 3D-Drucker über die Gründung des Hubs (ein Zusammenschluss) unter MakerVsVirus bis zu den ersten gedruckten Produkten vergingen keine vier Wochen. Steffen Wenk und Unterstützer optimierten eine 3D-Vorlage für Stirnbügel von Gesichtsschilden, recherchierten passende Folien und Bänder sowie Werkzeuge zur Prozessbeschleunigung. Zur „seriellen Herstellung“ ab Mitte April traten insgesamt zehn Ehrenamtliche, überwiegend Studierende, an fünf 3D-Drucker an unterschiedlichen Orten im Raum Lemgo und Blomberg in Aktion. „Unsere Arbeit ist nach den ersten Erfahrungen effizienter geworden“, so Wenk, „anfangs dauerte allein der Druckvorgang für einen Bügel anderthalb Stunden, heute brauchen wir für ein Schild eine Viertelstunde und die Drucker können Tag und Nacht laufen.“

Rund 300 Gesichtsschilde sind bereits fertig produziert: ein Kunststoffbügel, mit einem Gummiband am Kopf gehalten, trägt eine über das ganze Gesichtsfeld gebogene Klarsichtfolie. Harald Ghelleri ist vom Ergebnis begeistert: „Was Gesichtsschilde betrifft, waren wir in OWL bisher Diaspora. Die hier gefertigten Schilde decken großzügig ab, damit ist zum Beispiel Pflegepersonal weit besser geschützt, aber auch für andere Bereiche sind sie geeignet.“ Bei einem ersten Versuchsgang mit einem Prototypen in einen Supermarkt ist der Ingenieur in der dortigen Bäckerei „gleich spontan weitere Exemplare losgeworden“.

VDI OWL spendet erste 40 Gesichtsschilde

Jetzt übergab der VDI-Vertreter in Bielefeld-Quelle je zehn Gesichtsschilde an die  ambulanten Pflegedienste Bonitas und Bethel-ambulant sowie 20 Gesichtsschilde mit blauen, grünen, orangefarbenen und weißen Bügeln an das Pflegezentrum Quelle der von Bodelschwinghschen Stiftungen Bethel. Als „hohe Wertschätzung der Pflegekräfte“ bezeichneten Hausleiter Michael Pergande und Pflegedienstleiterin Anke Sielemann die Spende. „In unserem Pflegezentrum sind rund 60 Fachkräfte im Einsatz für 80 hilfe- und pflegebedürftige Menschen, ein Viertel davon lebt im Demenzbereich“, so Pergande, „wir sind bereits mit Kittel, Mund-Nasen-Schutzmasken, Handschuhen und Desinfektionsmittel ausgestattet, bei Verdachtsfällen können wir jetzt zusätzlich die Gesichtsschilde nutzen.“ Die Pflegedienstleiterin dankte im Namen des Teams: „Derzeit sind wir neben der Pflege oft auch als einzige Bezugspersonen besonders gefragt, deshalb ist diese Spende eine tolle Geste.“ Die Schilde ließen sich leicht befestigen, gut reinigen und desinfizieren. Bislang habe man im Hause nur Verdachtsfälle auf eine Corona-Infektion gehabt, aber noch keinen bestätigten Fall. Nun hoffen alle darauf, dass die 20 Gesichtsschilde gar nicht erst zum präventiven Einsatz kommen müssen...

 

Text: Martina Bauer

Fotos: Frank Nitschke / Nitschke Fotografen

 

Gesichtsschutzschilde und 3D-Drucker

Zur Produktion von Gesichtsschutzschilden werden 3D-Drucker und Kunststoffpulver (für die Kunststoffbügel), Folien (für das Schild) in A-4-Format, durchsichtig, kristallklar und unbeschichtet (keine Inkjet-Folien) in einer Foliendicke von 300 bis 500 Micron (ähnlich Deckfolien für gebundene Dokumente oder Rollenware von bis zu 80 cm Breite) sowie Lochgummiband benötigt. Zum Projekt und zum Einsatz von 3D-Druckern haben der VDI OWL und das FabLab an der TH Lemgo ein Faltblatt erstellt. Berufsgruppen, die Ingenieursexpertise oder Produkte wie Gesichtsschutzschilde benötigen, können sich an den VDI OWL wenden. Besitzer von 3D-Druckern und digitalem Equipment können über das FabLab dem „#hub-owl-lemgo“ der Initiative MakerVsVirus beitreten. Die Mitglieder des VDI OWL, des Hubs und die Studierenden arbeiten ehrenamtlich, die laufenden Kosten für Material und Drucker tragen die Hochschule und der VDI OWL, der Ingenieursverein leitet Spendengelder weiter.    

www.vdi.de/owl

www.th-owl.de/fablab/

www.makervsvirus.org

Veröffentlichung im Journal OWL

Visiere ehrenamtlich produziert: FabLab|TH OWL, VDI OWL und MakerVsVirus

Ingnieure und Ingenieurinnen aus dem VDI OWL produzieren in Zusammenarbeit mit dem FABLAB|OWL, der Technischen Hochschule OWL und privaten Helfern mit 3D-Druckern Gesichts-Visiere. Die ehrenamtliche MakerVsVirus-Community will diese Visiere Pflegekräften und anderen Berufsgruppen zur Verfügung stellen, um Engpässe zu überbrücken. Vielleicht sind sie auch für Kinder in Kitas und Grundschulen und deren Lehrkräfte eine Möglichkeit.

Kerngedanken der Maker-Community sind ...

... die Nutzung, Bündelung und Weiterleitung von Ressourcen bei kurzer, effizienter Kommunikation. Es gilt, Kompetenzen zu verbinden. Eine Idee ist es, hier einen Pool von Ansprechpartnern aufzustellen, um bei ingenieurtechnischen Fragen schnell und unkompliziert Unterstützung erhalten zu können. Auch müssen natürlich weiterhin entsprechende Bedarfe ermittelt werden.

Die Maker-Crew braucht für die Produktion der Visiere immer:

- Lochgummiband: Da gibt es nur eine Anfertigung, bzw. die Breiten sind nicht relevant. Da die Nachfrage sehr hoch ist, nehmen sie, was sie bekommen können

- Folien für den Schild: Entweder A4 Format, durchsichtig, kristallklar und unbeschichtet (z.b. keine Inkjet-Folien), Foliendicke 300-500 Micron, ähnlich Deckfolien für gebundene Dokumente, oder Rollenware von bis zu 80 cm Breite kann auch verarbeitet werden, sofern verträglich mit einem CO2-Laser zuzuschneiden.

- Unterstützung durch Know How: Wenn Sie eine Idee oder Kontakte vermitteln wollen, melden Sie sich gerne bei Matthias Meier von der technischen Hochschule OWL: matthias.meier@th-owl.de oder bei Steffen Wenk, VDI OWL und FABLAB|OWL: steffen-wenk@web.de

In der Fotogalerie sind 3 Modelle zu sehen, die angefertigt werden. Modell 2 ist das gängiste und braucht zur Produktion nur 15 Minuten. Es ist auch für Kinder geeignet.

Weitere Sondermodelle fertigen sie nur auf Anfrage und bei zeitlichen Kapazitäten an.

Diese Initiative unterstützt der VDI OWL  in der Form von Öffentlichkeitsarbeit und Kontakt-Vermittlung, um Bedarfe zu ermitteln und Produktionsmaterial zu beschaffen.

Veröffentlichung im Journal OWL

Gesichtsvisiere als zusätzliche Schutzmöglichkeit

In einem Experiment hat VDI-Mitglied Guntram Sauermann die Wirkung von Gesichtsvisieren sichtbar gemacht. Unter dem Titel Corona Mehl finden Sie sein erstes Video. In seinem zweiten Video stellt er drei Möglichkeiten zur leichten Improvisation von Visieren vor: Drei leichte Visiere für den Eigenbau .

Weitere informative Links zu Masken finden Sie hier: Empfehlungen und differenzierte Beschreibung der unterschiedlichen Masen vom Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM)

Wo kann ich Fake-News checken? Zum Beispiel bei Correctiv.

Beim VDI-Podcast: Technik aufs Ohr finden Sie den Beitrag: Wie können Ingenieure in der Corona-Krise helfen?

Wir bauen ein Beatmungsgerät gegen Covid-19

Professionelle Pflegekraft startet mit Unterstützung des VDI OWL animierende Videoreihe auf Youtube

Was verbindet den Fachkrankenpfleger für Intensivpflege und Anästhesie, Lukas Maksimowski, mit dem Ingenieur Prof. Rainer Barnekow, Vorsitzender des VDI OWL?

Die Idee, Beatmungsgeräte schnell, unkompliziert und interdisziplinär herzustellen.

Die Entwicklung der Corona-Pandemie macht die kurzfristige Herstellung funktionaler Beatmungsgeräte notwendig.
Lukas Maksimowski will mit Videos Informationen weitergeben sowie den interdisziplinären Austausch anregen. Auch Jan-Henrik Zünkler (s.o.) hat den Kontakt und fachlichen Austausch mit ihm gesucht.
Die beiden ersten Videos entstanden mit Unterstützung des VDI OWL.

Die beiden Videos:

Apollo 13 und das improvisierte Beatmungsgerät

Update-Video: Bau von Beatmungsgeräten