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Gasventil für Beatmungsapparate
Die Erfindung betrifft ein Gasventil für Atmungsapparate mit einem Ventilelement, das entgegen einer Vorspannung durch Gasdruck in einem Gasströmungskanal derart zwischen zwei Sitzen beweglich ist, dass es bei einem bestimmten Gasdruck seinen Sitz auf dem Einströmventil am Anschluss der Gasstromquelle verlässt und dabei den Gasströmungskanal öffnet und bei einem bestimmten höheren Gasdruck zu einem vom Anschluss der Gasquelle weiter entfernten Sitz bewegt wird und dadurch den Gasströmungskanal abschliesst. Ventile dieser Art können in Beatmungsapparaten für Rettungszwecke und in Narkoseapparaten benutzt werden.
Ein solches Ventil ist besonders geeignet, bei Rettungsapparaten die Rückströmung von vom Patienten ausgeatmeter Atmungsluft nach der Frischluftzufuhrquelle unmöglich zu machen und diese Ausatmungsluft statt dessen in die Atmosphäre abzuleiten.
Bei früher in Atmung-un Narkoseapparaten des in Rede stehenden Typs angewandten Ventilen wird das Ventilelement in die normale Sitzlage durch die Schwerkraft oder durch eine Feder zurückgeführt, die das Ventil dazu bringen, den Gaszufuhrkanal gegen jeden Gasströmungsdruck abzuschliessen, der geringer ist als ein vorbestimmter Ventiloffnungsdruck. Jeder Gasströmungsdruck, der diesen Ventilöffnungsdruck erreicht oder übersteigt, überwindet den durch die Schwerkraft oder Federwirkung erhaltenen Widerstand. So lange der Gasströmungsdruck einen vorbestimmten Abschaltungsdruck unterschreitet, schliesst das Ventilelement nicht den Gasströmungskanal und daher strömt das Gas von der Gasquelle über den Einströmungskanal am Ventilelement vorbei und durch den Gasströmungskanal ; der Strömungskanal ist somit offen.
Beim Auftreten eines den genannten Abschaltungsdruck übersteigenden Druckes, z. B. des Druckes, der beim Zusammendrücken eines einen Teil des Atmungsapparates oder Narkoseapparates bildenden Aufpumpballes od. dgl. erzeugt wird, wird das Ventil gegen den Sitz am Abströmungskanal gedrückt und schliesst damit den Strömungsweg durch diesen ab, so lange der zugeführte Druck ausreicht, um der Schwerkraft oder Federkraft entgegenzuwirken, die bestrebt sind, das Ventilelement in die normale Sitzstellung auf dem Einströmungskanal zurückzuführen.
Durch Schwerkraft betätigte Ventile sind in ihrer Wirkung von ihrer Lage abhängig, wodurch sich der Nachteil ergibt, dass diese Ventile nur in stationären Narkoseapparaten verwendbar sind und bei tragbaren Rettungs- und Narkoseapparaten nicht verwendet werden können. Ein federbetätigtes Ventil ist zwar nicht
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entscheidend ändert.
Ein weiterer erheblicher Nachteil von federbetätigten Ventilen dieser Art besteht darin, dass der Widerstand, der durch die Feder der Bewegung des Ventilelements unter der Wirkung des Gasströmungsdruckes entgegengesetzt wird, in der Abschlussstellung des Ventilelements am grössten ist und der Gasdruck somit auf den ursprünglichen Ventil-Abschlusswert gehalten werden muss, damit die Verschlussstellung aufrecht erhalten werden kann. Diese Bedingung ist in solchen Fällen ungünstig, in denen es erwünscht ist, die Verschlussstellung nach dem zeitweisen Auftreten des Abschlussdruckes aufrecht zu erhalten, obwohl der Druck unmittelbar danach auf einen geringeren Wert herabsinkt.
Alle diese Nachteile der bekannten durch Schwerkraft oder Federwirkung betätigten Gasventile werden durch die erfindungsgemässe Konstruktion im wesentlichen dadurch vermieden, dass zur Vorspannung des Ventilelements wenigstens ein Magnet mit derart ausgebildetem Kraftfeld am Einströmventil angeordnet ist, dass er das Ventilelement bei Gasdrücken bis zu dem genannten bestimmten Gasdruck in seiner Ruhelage auf den Sitz des Einströmventils und bei Gasdrücken zwischen den beiden genannten bestimmten Gasdrücken in einer Zwischenlage in der der Gasströmungskanal offen ist, festhält.
Magnetische Elemente für die Rückführung von Ventilelementen sind völlig unabhängig von der Lage, in der sie angewendet werden. Sie gestatten eine sehr einfache Konstruktion, so dass das Ventil leicht auseinandergenommen, gereinigt und wieder zusammengesetzt werden kann, wobei durch diese Massnahmen
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eine Verstellung der Ventilcharakteristik nicht möglich ist. Schliesslich üben die magnetischen Festhalteorgane eine Vorspannkraft aus, die mit dem Abstand vom Magnetpol sinkt, was bedeutet, dass nach Bewegung des Ventilelements durch den Gasdruck gegen die Wirkung des Magneten aus der normalen Stellung in die Zwischenstellung oder von dieser in die endgültige Abschlussstellung ein Druck, der geringer ist als der kritische Umschaltdruck, ausreicht, um das Ventilelement in der eingenommenen Lage festzuhalten.
Vorzugsweise hat das Ventilelement die Form einer Scheibe, die mittels des Magneten oder der Magnete in der Zwischenlage in Teilberührung mit dem Sitz des Einströmventils schräggestellt ist. In dieser schrägen Zwischenstellung ist das vorzugsweise kreisrunde Ventilelement zweckmässig in Teilberührung mit beiden Sitzen und berührt jeden Sitz an diametral einander gegenüberliegenden Stellen auf entgegengesetzten Seiten des Ventilelements.
In Atmungsapparaten u. dgl. kann der Gasströmungskanal zwischen zwei Sitzen verzweigt sein, wobei das Ventilelement in der Zwischenstellung eine Verbindung von der Gasquelle zu beiden Zweigen öffnet und in der endgültigen Abschlussstellung einen der Zweige schliesst.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 einen Apparat für Zuführung von Narkosegas zu einem Patienten zeigt. Fig. 2 zeigt einen Teil eines Apparates für Zufuhr einer Luft-Sauerstoffmischung für Wiederbelebungszwecke. Fig. 3 und 4 sind Schnitte durch zwei Ausführungsformen des Ventils gemäss der Erfindung für Anwendung beispielsweise in den Apparaten gemäss Fig. 1 und 2.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Apparate erläutern die Anwendungsweise des Ventils gemäss der Erfindung, das zwar ganz allgemein angewendet werden kann, jedoch in erster Linie für Apparate des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs bestimmt ist.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Gasflasche, von der Gas, z. B. Narkosegas, über ein einstellbares Druckreduzierventil 2 mit einem Druck- und Strömungsmesser 3 zugeführt wird, der den Gasstrom in Litern pro Minute anzeigt. Das Gas strömt vom Strömungsmesser zu einem Ventil 5 und von diesem zu einer Atmungsmaske 8, die über Mund und Nase des Patienten angebracht wird. In üblichen Apparaten dieser Art enthält das Ventil 5 ein federbetätigtes Element, das die Richtung des Gasstroms in Abhängigkeit von den Gasdruckverhältnissen regelt. In einer von der Gasströmungsleitung zwischen dem Strömungsmesser 3 und dem Ventil 5 abgezweigten Leitung ist ein aufblasbarer Beatmungsbeutel 4 aus Gummi angebracht.
Während der Anwendung wird Gas z. B. in einer Menge von 10 1 per Minute zugeführt. Unabhängig von der Konstruktion ist das Ventil 5 derart eingestellt, dass ein Ventilelement, das hier schematisch als eine schwebende Scheibe 6 dargestellt ist, bisher durch Federkraft oder Schwerkraft gegen einen Einströmsitz gedrückt wird, um den Einströmkanal 11 bei jedem Druck zu schliessen, der geringer als der der eingestellten Gasstrommenge entsprechende Gasdruck ist. Das zugeführte Gas strömt somit nicht am Ventilelement 6 vorbei, sondern tritt in den Beutel 4 ein, der dadurch aufgeblasen wird.
Bei einem bestimmten Einblasungsgrad kann ein Gleichgewichtszustand zwischen einerseits der durch die aufgeblasenen Beutelwände ausgeübten Rückdruckkraft, und anderseits der auf das Ventilelement 6 einwirkenden Vorspannkraft erzielt werden, und dieser Gleichgewichtszustand wird während eines kontinuierlichen Gasstroms von der Gasquelle durch entsprechende Abströmung von Gas vorbei an dem etwas von seinem Sitz gelockerten Ventilelement 6 aufrechterhalten. Das Ventil 5 bildet eine Dreiwegeleitung mit einem Zweig 11 als Einlass, einem an die Atmungsmaske 8 angeschlossenen Zweig 10 und einem zur Atmosphäre leitenden Zweig 7. Im oben angegebenen Gleichgewichtszustand wird der am Ventilelement 6 vorbeiströmende Gasstrom im wesentlichen nach der Atmosphäre abgehen. In der Praxis wird die Gasstrommenge in Übereinstimmung mit einem berechneten Zufuhrbedarf für z.
B. einen bestimmten Narkose- zustand bemessen. Bevor also der Beutel völlig aufgeblasen ist, drückt der Narkosearzt den Beutel zusammen, um einen Gasstrom bei gesteigertem Druck zum Strömen nach dem Ventilelement 6 zu bringen. Der auf das Element in entgegengesetzter Richtung einwirkende Vorspannungsdruck ist so eingestellt.'. dass er durch jede derartige Druckwelle, die bei der Beutelzusammendrückung auftritt, überwunden wird, und das Ventilelement wird damit gegen einen Abströmsitz bewegt und schliesst diese Abström-Zweigleitung zur Atmosphäre ab. Das gesamte durch Zusammendrücken des Beutels zugeführte Gas wird somit gezwungen, durch die Gasmaske 8 in die Lungen des Patienten zu strömen.
Sobald das Zusammendrücken des Beutels aufhört, bewegt sich das Ventilelement 6 in seine vorgespannte Stellung am Einströmsitz zurück und nach erneutem Aufblasen des Balles kann der Prozess wiederholt werden.
Aus den Lungen des Patienten abgeströmtes Gas kann von der Atmungsmaske 8 in den Abströmkanal 7 abströmen, wird jedoch durch die Rückschlagwirkung des Ventilelementes 6 daran gehindert, in den Beutel 4 zu strömen. Das Ventil kann auch so ausgebildet werden, dass es ohne diesen Rückschlageffekt wirkt ; in diesem Falle ist die Verbindung zwischen dem Einströmkanal und der Atmungsmaske dauernd offen und das Ventilelement und die doppelten Sitze werden im Abströmkanal angebracht. Bei einer solchen abgeänderten Ausführungsform des Ventils wird der Auslass durch jede beim Zusammendrükken des Beutels auftretende Gasdruckwelle geschlossen, und das Gas wird somit gezwungen, in die Lungen des Patienten einzutreten.
Aus den Lungen des Patienten ausgeatmetes Gas und ein Gleichgewichtsgasstrom von der Gasquelle strömen an dem etwas von seinem Ventil gelockerten Ventilelement vorbei nach dem Abströmkanal des Ventils.
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Der in Fig. 2 dargestellte Apparat ist ein Wiederbelebungsapparat, der an eine Gasflasche über Druck- und Strömungsmesser, ähnlich den in Fig. 1 gezeigten, angeschlossen wird, wobei die Gasflasche in diesem Fall Sauerstoff enthält. Zwischen dem Strömungsmesser und dem Ventil 5 ist ein zusammendrückbarer Beutel 4a des Typs eingeschaltet, bei dem eine schnelle elastische Expansion in Verbindung mit niedrigem Kompressionswiderstand durch Anwendung eines Hohlkörpers aus Schaumgummi od. dgl., der mit einer flexiblen Haut aus undurchdringlichem Material überzogen ist, erreicht wird. Ein Rückschlagventil 12, das normal eine Öffnung nach der Atmosphäre abschliesst, ist in einem vom Strömungsmesser nach der Einströmöffnung des Beutels 4 a leitenden Zweig der Leitung vorgesehen.
Diese Ausbildung gestattet die Zufuhr von entweder reinem Sauerstoff aus dem Zylinder zum Patienten oder von Luft, die über das Rückschlagventil 12 vom Beutel 4 a eingesaugt worden ist, der nach Zusammendrückung expandiert, oder mit einer eingestellten Mischung von Sauerstoff und Luft. Die Wirkung des Ventils 5 gleicht der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen.
Jedes Ventil, das in einer Einheit 5 eines Apparats gemäss Fig. 1 und 2 benutzt wird, muss so ausgebildet sein, dass es eine Verbindung vom Ventileinlasskanal. M zur Atmungsmaske 8 und zum Auslasskanal 7 freilegt, wenn der Strömungsdruck einen bestimmten Wert überschreitet, der in den beschriebenen Fällen dem eingestellten kontinuierlichen Zufuhrstrom von der Gasflasche entspricht. Bei einem solchen Druck darf das Ventilelement 6 den Auslasskanal 7 nicht abschliessen, wenn ein unkontrollierter Eintritt von Gas in die Lungen des Patienten vermieden werden soll.
Das Ventil muss daher derart konstruiert sein, dass das Ventilelement 6 gegen den Abströmsitz zum Schliessen desselben nur dann bewegt wird, wenn der Narkosearzt oder Lebensretter den Beutel 4 oder 4 s zusammenpresst, um eine Druckwelle durch das Ventil 5 und, da der Auslasskanal abgeschlossen ist, in die Lungen des Patienten zu senden. Wird das Ventilelement 6 durch Federkraft in die Einlasskanalabschlussstellung gedrückt, so befindet sich die Feder in ihrem am stärksten gespannten Zustand, wenn beim Auftreten einer Druckwelle beim Zusammendrücken des Beutels oder Balls das Ventilelement seine Auslasskanalabschlussstellung am Abströmungssitz einnimmt.
Jedes weitere Sinken des Druckes infolge eines zeitweisen unabsichtlichen oder bewussten Nachlassens beim Zusammendrücken des Beutels oder Balls gestattet somit, dass die Feder zeitweise den verringerten Druck überwindet und das Ventilelement somit den Auslass wieder öffnet. Unter gewissen Umständen kann dies ein erheblicher Nachteil sein.
Die Ventilkonstruktion gemäss der Erfindung vermeidet diesen Nachteil und ist ausserdem mehr kompakt und kann leichter auseinander genommen, gereinigt und wieder zusammensgesetzt werden als vorher bekannte Ventile des in Rede stehenden Typs.
Das Ventil gemäss Fig. 3 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 9 mit einer seitlichen Verbindungsleitung 10 a zum Anbringen der Atmungsmaske od. dgl. Der Einströmkanal n erstreckt sich durch einen Einströmstutzen 11 a, der an ein Rohr oder einen Schlauch für die Zufuhr des Behandlungsgases von einer Gasquelle, z. B. der aus Gasflasche, Strömungsmesser und Beutelanordnung gemäss Fig. 1 oder 2 beste-
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Da die Magnetkraft mit steigendem Abstand vom Magneten abnimmt, wird die Scheibe 17 gegen den Sitz 14 durch einen Strömungsdruck gehalten, der geringer ist als der zum Überführen der Scheibe 17 von der Stellung 17 b nach der Stellung 17 c erforderliche Druck.
Es hat sich als zweckmässig gezeigt, eine bevorzugte Neigungsrichtung für die Scheibe 17 in der Zwi- schenstellung zwischen den beiden Sitzen 11 b und 14 dadurch zu erreichen, dass der Magnet oder die Magnete so ausgebildet werden, dass das Magnetfeld asymmetrisch im Verhältnis zur Scheibe 17 verläuft. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 wirkt der Magnet, der aus den Teilen 19, 20 und 21 gebildet ist,
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asymmetrisch auf die Scheibe 17, da der Schenkel 20 in einem grösseren Abstand vom Sitz 11 b endigt als der Schenkel 19, der somit eine stärkere Festhaltewirkung ausübt, sodass die Scheibe 17 vorzugsweise die geneigte Zwischenstellung 17 b einnimmt.
Eine ähnliche Lösung würde darin bestehen, die Länge des Schenkels 20 gleich der des Schenkels 19 zu machen jedoch statt dessen den Schenkel 20 mit einem geringeren Querschnitt als den Schenkel. auszuführen oder auch kürzere Länge und geringeren Querschnitt zu kombinieren. Ein zweckmässig dimensionierter und exzentrisch angebrachter einzelner Magnet kann ebenfalls verwendet werden, um die Scheibe 17 mit asymmetrischer Kraft anzuziehen. Zum gleichen Zweck können die Polenden des Magneten oder der Magnete deformiert werden. Weiter äquivalente Konstruktionen sind denkbar.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist der Einlasskanal exzentrisch im Verhältnis zum Sitz 11 b angebracht, und diese Konstruktion verhindert die Gefahr eines dauernden Festklemmen der Scheibe 17 in der geneigten Stellung 17b infolge allzu starker magnetischer Anziehung der Kante der Scheibe 17 durch den kräftigeren Schenkel 19 ausserhalb des Sitzes 11 b.
Das Ventil gemäss Fig. 4 hat eine ähnliche Wirkung wie das gemäss Fig. 3 besitzt jedoch folgende weitere und abgeänderte Merkmale.
Der Einlasskanal erstreckt sich durch den Einlassstutzen 111 a konzentrisch zum Sitz 111 b. Ein Käfig 125 streckt sich im Gehäuse. 109 axial in Abströmrichtung vom Einströmstutzen 111 a aus ; der Käfig 125 umgibt konzentrisch den Sitz 111 b so, dass die Scheibe 117 sich frei nach der Zwischenstellung und der Auslassabschlussstellung bewegen kann, hindert jedoch die Scheibe an einer radialen Verschiebung bei der Axialbewegung in der Nähe der Einströmabschlussstellung.
Der Käfig 125 hält somit die Scheibe 117 zentriert auf dem Sitz 111 b und zentriert sie auch, nachdem sie sich vom Einlassstutzen entfernt hat ; wenn eine solche Ausbildung bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 fehlt, könnte die Scheibe 17 vom Einlassstutzen 11 a abkippen, was ein Risiko in einer Notlage mit sich führen könnte.
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in den Käfig 125 hinein, der nach dem Zusammenbau der Vorrichtung den Abströmsitz 114 und den Einströmsitz 11 b umgibt.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 steht mit der gemäss Fig. 3 in bezug auf den Stutzen 110 azur Atmungsmaske und den Kanal 110 im Prinzip in Übereinstimmung.
Der Magnet 123 ist bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ein Ringmagnet, der konzentrisch um den Einlasskanal m hinter dem Sitz 111 b abgeordnet ist und einen Luftspalt (nicht dargestellt) besitzt, an dem die magnetische Kraft konzentriert ist, wobei die so erhaltene asymmetrische magnetische Wirkung die Scheibe 117 im wesentlichen in eine geneigte Zwischenstellung bringt.
Wenn ein Apparat des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs in einer giftigen Atmosphäre angewendet werden soll, müssen Rückschlagventile vorgesehen sein, die verhindern, dass der Patient vergiftete Luft über den Auslasskanal 107 einatmet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen Rückschlagventils ist in Verbindung mit dem Ventil gemäss Fig. 4 gezeigt, es können jedoch auch ähnliche oder andere Rückschlagventile mit andern Ausfüh- rungsformen des Ventils kombiniert werden und das Ventil gemäss Fig. 4 ist auch ohne solche Rückschlagventile erfindungsgemäss anwendbar.
Das Rückschlagventil gemäss Fig. 4 hat im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie das Ventil, das durch die Sitze 111 b und 114 und die Scheibe 117 gebildet wird. Das Rückschlagventil enthält somit einen Einströmsitz 130, der am Abströmende des Ausströmstutzens 113 angebracht und von einem Käfig 131 umgeben ist, der sich vom Ausströmstutzen 113 nach dem Abströmende des Ventils hin erstreckt. Ein Ringmagnet 132, der vom Auslassstutzen 113 getragen wird und sich konzentrisch um den Auslasskanal 107 erstreckt, hält einen scheibenförmigen Ventildeckel 133 gegen den Sitz 130. Im wesentlichen entsprechen der Sitz 130, der Käfig 131, der Magnet 132 und die Scheibe 133 dem Sitz 111 b, dem Käfig 125, dem Magnet 123 und der Scheibe 117.
Ein Abströmsitz 134 ist konzentrisch zum Sitz 130 innerhalb des Käfigs 131 mittels einer Endhülse 135 gelagert, die bei 136 auf den Abströmstutzen 113 geschraubt ist und mit axialen Auslassöffnungen 137 versehen ist, die mit dem Innenraum des Käfigs 131 in Verbindung stehen.
Bei der Benutzung hindert das Rückschlagventil nicht das Strömen von Atmungsluft aus den Lungen des Patienten an der Scheibe 133 vorbei, da die magnetische Kraft entsprechend bemessen wird. Das Rückschlagventil verhindert auch nicht, dass ein kontinuierlicher Gasstrom von der Quelle nach der Atmosphäre abströmt, ohne in die Lungen des Patienten einzudringen. Das Rückschlagventil verändert somit in keiner Weise die Arbeitsbedingungen des Luft- oder Gaszufuhrsystems, hindert jedoch effektiv, dass verunreinigte oder vergiftete Luft in die Vorrichtung eindringen kann.
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