CH632327A5 - Pressure relief (limiting) valve for use in respirators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Es muss sichergestellt werden, dass der Patient, der an ein Beatmungsgerät angeschlossen ist, mit einer ausreichenden Atemgasmenge versorgt wird. Zur Ausschaltung von individuellen Schwankungen und von Undichtheiten im System wird normalerweise die Atemgasmenge überdosiert. Die überschüssige Atemgasmenge darf dabei nicht in die Lunge des Patienten geleitet werden, sie soll ohne Druckerhöhung aus dem System abgeleitet werden. Dies geschieht durch in der Atemgasleitung angeordnete, über den Druck gesteuerte Ventile.

Es ist ein Druckentlastungsventil im Zusammenhang mit tragbaren Beatmungs- oder Gaszufuhranlagen bekannt. Es besitzt in einem Gehäuse eine Ventilkammer, die über eine Einlassöffnung mit dem Beatmungsgerät und über Auslassöffnungen mit der Atmosphäre verbunden ist. In der Ventilkammer enthält es ein Ventilschliessglied, das diese gegenüber dem Atemgerät abschliesst. Das Ventilschliessglied wird durch ein Rückstellorgan, z.B. einen Magneten, auf der Auslassöffnung gehalten. Es hebt sich erst nach dem Überschreiten eines bestimmten Atemgasdruckes von dem Ventilsitz an der Einlassöffnung ab und gibt damit die Verbindung zwischen dem Beatmungsgerät und der Atmosphäre frei. Um sicherzustellen, dass die den Überdruck auslösende Atemgasmenge auch wirklich in die Atmosphäre abfliesst, ist das Ventilschliessglied mit einer Verzögerungseinrichtung versehen. Diese besteht aus einem Balg, dessen eines Ende mit dem Ventilschliessglied verschlossen ist und dessen anderes Ende offen an eine mit einer Öffnung versehene Zwischenwand an eine zweite Kammer angeschlossen ist. Auf dieser Öffnung wiederum befindet sich abhebbar und automatisch rückstellbar eine mit einer kleineren Öffnung versehene Platte. Die zweite Kammer ist durch Öffnungen mit 5 der Atmosphäre verbunden. Das Druckentlastungsventil tritt in Funktion, wenn in dem Beatmungsgerät der vorgesehene Druck überschritten wird. Die Haltekraft des Rückstellorgans reicht dann nicht mehr, so dass das Ventilschliessglied sich von der Einlassöffnung löst, wobei der Balg zusammengedrückt wird, io Dies ist nach schnellem Ausblasen der Balginnenluft durch die nach Abheben der Platte zur zweiten Kammer hin grosse Öffnung leicht möglich. Nach dem Zusammendrücken des Balges geht die Platte wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Zuluft zum Balg, die notwendig ist, um ihn sich wieder ausdehnen 15 zu lassen und um dann das Ventilschliessglied wieder auf seinen Ventilsitz zu bringen, kann nun nur durch die kleine Öffnung in der Platte einströmen. Das endgültige Verschliessen erfolgt damit erst nach einer Verzögerung. Die kleine Öffnung ist so dimensioniert, dass in der Zeit bis zur endgültigen Ausdehnung 20 des Balges die überdosierte Atemgasmenge abströmen kann.

Dieses bekannte Druckentlastungsventil soll die Abströ-mung des Atemgases durch eine indirekte Massnahme, nämlich durch die Verzögerung, sicherstellen. Es kann dabei auf die wirkliche Atemgasmenge keine Rücksicht nehmen. Eine indivi-25 duelle, für empfindliche Personen notwendige Anpassung ist nicht möglich. (DE-PS14 91 737).

Ein anderes bekanntes Beatmungs- oder Narkosebeatmungsgerät mit einem pulsierenden Druck erzeugenden Druckerzeuger besitzt in den beiden Leitungszweigen zwischen dem 30 Druckerzeuger und dem Anschlussteil zum Anschluss an die Lungen eines Patienten jeweils ein Rückschlagventil, von denen das erste nur einen Durchtritt des Atemgases zum Anschlussteil und das zweite nur einen Durchtritt zurück zum Druckerzeuger gestattet. An die Leitung vom Druckerzeuger zum ersten Rück-35 schlagventil ist ein Flüssigkeitssiphon angeschlossen, der als Sicherheitsventil wirkt. Mit ihm soll ein Ansteigen des Atemgasdruckes, bedingt durch eine Uberdosierung oder auch eine mögliche Blockierung des Gasstromes auf der Auslassseite über einen vorbestimmten Wert hinaus verhindert werden. Sicherte) heitsventile in der Bauart als Flüssigkeitssiphon verlangen für eine sichere Funktion eine laufende Überwachung ihres Flüssigkeitsstandes, sie müssen waagerecht ausgerichtet sein. Für transportable Geräte sind flüssigkeitsgefüllte Bauelemente besonders umständlich. Es darf auch nicht ausser acht gelassen 45 werden, dass Flüssigkeiten Nährboden für Bakterien sein können. (DE-PS 14 91 698).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in zeitgesteuerten, volumenkonstanten Beatmungsgeräten sicherzustellen,

dass der Druck im Atemgas auch bei geringen Abnahmen eine so vorgewählte Druckhöhe nicht überschreitet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäss dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass es mit einer einfachen und sicher arbeitenden 55 Gerätekonstruktion möglich ist, praktisch ohne Druckerhöhung auch grössere Mengen des Atemgases in der Einatemphase, die der Patient nicht abnimmt, nach aussen abzuleiten. Dies wird möglich durch den sich abbauenden Druck in der Schliessdruckkammer. Die Dosierung des Hilfsgasstromes ist derart, dass sich so nach Öffnen des Steuerventils der Druck, bedingt durch den nur geringen Nachschub an Hilfsgas, schnell abbaut; damit kann sich die Ventilmembran überproportional im Vergleich zur Öffnung des Steuerventils vom Ventilsitz an der Einlassöffnung zum Druckbegrenzungsventil abheben. Die nicht einzuatmende 65 Atemgasmenge kann ohne weitere Druckerhöhung in der Ein-atemgasführung zur Atmosphäre abfliessen.

Zur Einregulierung des in der Einatemgasführung gewünschten Druckes kann die Steuermembran durch eine mittels

einer verstellbaren Spindel in der Spannkraft veränderliche Feder vorgespannt sein. Mit dieser Ausführung ist es einfach und doch mit grosser Genauigkeit möglich, den Öffnungszustand des Steuerventils zu regulieren. Der Weg der Steuermembran, an der der Stössel des Steuerventils befestigt ist, resultiert aus der Druckdifferenz des höheren Druckes im Atemgas gegenüber der Spannkraft der Feder.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Ventilmembran einen in den Ventilsitz hineinragenden Strömungskörper besitzen, der in weiterer Ausbildung ein Rotationsparaboloid sein kann. Mit dieser Lösung wird die gewünschte Abführung einer grösseren Atemgasmenge ohne Druckerhöhung im System unterstützt. Die beim Abheben der Ventilmembran in Abhängigkeit vom abfallenden Druck in der Schliessdruckkammer freiwerdende Ventilöffnung in axialer Richtung wird durch die parabolische Form des Strömungskörpers auch zur Breite hin grösser. Diese gewählte Ausführung ist besonders günstig.

In weiterer Ausbildung kann die Drossel, ohne dass es sich auf die Ventilstellung an der Eingangsöffnung auswirkt, in einer getrennten Hilfsgasstromzuführleitung oder auch in einer Bohrung im Strömungskörper angeordnet sein. Mit der zuletzt genannten Ausführung wird in vorteilhafter Weise das Atemgas selbst als Hilfsgas benutzt; es entfällt damit für besondere Fälle der Zwang zu einer getrennten Leitung mit notwendiger Gasversorgung.

Gemäss einer letzten Ausführung kann zwischen der Ventilmembran und der Deckwand eine Druckfeder angeordnet sein. Diese Druckfeder stellt sicher, dass die Ventilmembran auf jeden Fall bei Beginn der Einatmung auf dem Ventilsitz aufliegt. Die Druckfeder ist so bemessen, dass der Schliessdrack der Ventilmembran auf dem Ventilsitz kleiner ist als die kleinste mittels der Spindel einstellbare Vorspannung der Steuermembran.

Ausführungsbeispiele des Druckbegrenzungsventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Anordnung des Druckbegrenzungsventils in einem Beatmungsgerät,

Fig. 2 das Druckbegrenzungsventil mit getrennt zugeführtem Hilfsgasstrom,

Fig. 3 das Druckbegrenzungsventil mit Entnahme des Hilfs-gasstromes aus der Atemgasführung.

In Fig. 1 pumpt die Balgpumpe 1 im durch die Steuerung 2 über Magnetventil 3, Injektor 4 und Flow-Einstellvorrichtung 5 bestimmten Rhythmus ein Atemgas gemäss der durch den Mischer 6 vorgegebenen Zusammensetzung durch ein Bakterienfilter 7 in die Lunge 8 des Patienten. Während der Inspirationsphase ist das Magnetventil 3 geöffnet. Der am Ausgang des Injektors 4 erzeugte Druck schliesst dabei die Membranventile 9 und 10, die während der Exspirationsphase wegen des geschlossenen Magnetventils 3 und des dadurch am Ausgang des Injektors 4 nicht mehr vorhandenen Druckes geöffnet sind. Dann kann das Atemgas aus der Lunge 8 über das Membranventil 10 entweichen. Gleichzeitig füllt sich die Balgpumpe 1, angetrieben durch das Eigengewicht des Inspirationsbalges 11, mit frischem Atemgas aus dem Bakterienfilter 7 und Mischer 6, wobei die im Gehäuse der Balgpumpe 1 vorhandene Luft über ein Rückschlagventil 12 aus dem geöffneten Membranventil 9 entweicht.

Das Druckbegrenzungsventil 13 als Gegenstand der Erfindung enthält in dem Gehäuse 45 voneinander getrennt die Ventilkammer 36, von der durch die Ventilmembran 23 die

3 632 327

Schliessdruckkammer 37 abgeteilt ist, darüber angeordnet die Abströmkammer 42 und wiederum darüber die Steuerdruckkammer 38. Die Ventilkammer 36 ist über das Ventil 23,39 mit der Ventilmembran 23 und dem Ventilsitz 39 mit der Einlass-5 Öffnung 32 mit dem Beatmungsgerät und über die Auslassöffnung 46 mit der Atmosphäre verbunden.

Der maximale Druck in der Einatemgasführung wird durch das Druckbegrenzungsventil 13 bestimmt. Dieser Druck wird durch Verändern der Vorspannkraft der Feder 14 mittels Spin-lo del 15 und Mutter 16 stufenlos auf die gewünschten Werte eingestellt; dabei wird der eingestellte Wert durch einen an der Spindel 15 befestigten Zeiger 17 auf einer Skala angezeigt. Der Anschlag 18 begrenzt den Drehbereich des Zeigers 17 auf knapp 360 °. Solange der Beatmungsdruck, der über die Leitung 1519 in der Steuerdruckkammer 38 auf die Steuermembran 20 für das Steuerventil 21,22 einwirkt, die Vorspannkraft der Feder 14 nicht überwindet, hält der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 verschlossen. Der Druck der Ventilmembran 23 auf den Ventilsitz 39 bleibt erhalten und damit das Ventil 23,39 20 geschlossen. Erreicht oder übersteigt der Beatmungsdruck die Vorspannkraft der Feder 14, so gibt der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 mehr oder weniger frei. Der Druck auf die Ventilmembran 23 stellt sich dann entsprechend dem Verhältnis des Querschnittes der Drossel 24 zur Öffnung des Steuerventils 25 21,22 ein. Durch das Abströmen des Hilfsgases aus der Schliessdruckkammer 37 bildet sich ein Gleichgewicht zwischen den Drücken über und unter der Ventilmembran 23 aus. Das Ventil 23,39 ist also entsprechend geöffnet. Änderungen dieses Gleichgewichts werden durch entsprechende Reaktion des so Steuerventils 21,22 ausgeglichen, so dass der Druck des Atemgases entsprechend der Empfindlichkeit der Einrichtung konstant bleibt.

Um sicherzustellen, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 auch zu Beginn der Inspiration kein Atemgas über 35 das Ventil 23,39 entweicht, wurden in die Zuleitung zur Drossel 24 ein Rückflussverhinderer 25 und ein Druckspeicher 26 eingeschaltet, wobei der Druckspeicher 26 in seinem Volumen so bemessen ist, dass der Druck über der Ventilmembran 23 bis zum Beginn der nächsten Inspiration auf einem ausreichend ho-40 hen Wert gehalten wird. Die Drossel 24 kann auch, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, direkt über geeignete Druckreduziereinrichtungen, wie Druckminderer 27 und/oder Kaskade, bestehend aus den Drosseln 28 und 29, aus dem Druckluftnetz versorgt werden.

45 Zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen während der Öffnungsphase des Ventils 23,39 ist die Öffnungscharakteristik durch den als Rotationsparaboloid geformten Strömungskörper 30 so gestaltet, dass die Empfindlichkeit der Vorrichtung über den gesamten Arbeitsbereich annähernd konstant ist. 50 In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 wird der zur Betätigung des Druckbegrenzungsventils 13 erforderliche Hilfsgasstrom über die Bohrung 31 dem in der Einlassöffnung 32 anstehenden Atemgas entnommen. Der Querschnitt der Bohrung 33 entspricht der Drossel 24, so dass sich über der Ventil-55 membran 23 in Abhängigkeit von der Öffnung des Steuerventils 21,22 ein der jeweiligen Öffnung des Ventils 23,39 entsprechender Druck aufbaut. Um sicherzustellen, dass das Ventil 23, 39 auch zu Beginn der Inspiration über die Dichtung 34 geschlossen ist, ist die Ventilmembran 23 mit einer der Deckwand 60 40 anliegenden Druckfeder 35 belastet. Die Vorspannkraft ist so bemessen, dass der notwendige Öffnungsdruck des Ventils 23,39 kleiner ist als der kleinste mittels Spindel 15 einstellbare Atemgasdruck.

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

632 327 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten, mit einer Ventilkammer, die über eine Einlassöffnung mit dem Beatmungsgerät und über Auslassöffnungen mit der Atmosphäre verbunden ist, mit einem Ventilschliessglied, das sich bei einem bestimmten Druck von seinem Ventilsitz an der Einlassöffnung abhebt und damit das Beatmungsgerät mit der Atmosphäre verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschliessglied eine Ventilmembran (23) ist, durch die in der Ventilkammer (36) eine Schliessdruckkammer (37), der über eine Drossel (24) ein Hilfsgasstrom zugeführt wird, abgeteilt ist, deren Deckwand (40) ein Steuerventil (21,22) zu einer über eine Öffnung (41) zur Atmosphäre offenen Abströmkammer

(42) enthält, und dass der durch diese hindurchgeführte Stössel

(43) des axial beweglichen Steuerventilkegels (21) bis zu einer Steuermembran (20), die eine darunter angeordnete, über eine Leitung (19) mit dem Atemgasdruck beaufschlagte Steuerdruckkammer (38) abschliesst, geleitet ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermembran (20) durch eine mittels einer verstellbaren Spindel (15) in der Spannkraft veränderliche Feder (14) vorgespannt ist.

3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmembran (23) einen in den Ventilsitz (39) hineinragenden Strömungskörper (30) besitzt.

4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (30) ein Rotationspa-raboloid ist.

5. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (24) in einer Hilfsgaszuführlei-tung (44) angeordnet ist.

6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel durch eine Bohrung (33) im Strömungskörper (30) gebildet ist.

7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventilmembran (23) und der Deckwand (40) eine Druckfeder (35) angeordnet ist.