CH640036A5

CH640036A5 - Ventil mit einstellbarem durchflussquerschnitt sowie verwendung desselben.

Info

Publication number: CH640036A5
Application number: CH830179A
Authority: CH
Inventors: Yoram Prof Dr Med Palti
Original assignee: Yarden Medical Eng Ltd
Priority date: 1978-09-13
Filing date: 1979-09-13
Publication date: 1983-12-15
Also published as: SE439676B; US4353523A; GB2031120B; ES484119A1; DE2839774C2; FR2436314B1; FR2436314A1; SE7907587L; DK381279A; DK149574C; IT1120569B; NL7906795A; BE878750A; DK149574B; NL186491C; GB2031120A; DE2839774A1; IT7950233A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einstellbarem Durchflussquerschnitt gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Verwendung des Ventils.

Ein Ventil mit einstellbarem Durchfluss einer Flüssigkeit ist aus der DE-OS 2644140 bekannt. Bei diesem Ventil wird der Querschnitt einer Ventilöffnung mit Hilfe einer Ventilnadel eingestellt, die mittels eines Gewindes axial bewegbar ist. Der zugehörige Gewindebolzen erstreckt sich durch das Gehäuse der Vorrichtung nach aussen und ist manuell betätigbar.

Nachteilig hierbei ist, dass längs des Gewindes und trotz der Verwendung von Dichtungen, Keime von aussen nach innen einwandern können, was insbesondere bei Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit einer intravenösen Infusion zu schweren Schäden bei den Patienten führen kann. Nachteilig ist ferner, dass der Eintritt von Luft längs des Gewindes der Ventilnadel nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden kann, was eine grosse Gefahr für die Patienten bedeuten kann, wenn etwa eine Luftblase in eine Vene eintritt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ventils der eingangs genannten Art, um die Nachteile bekannter Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere den Durchflussquerschnitt des Ventils berührungsfrei einstellen zu können. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definierten Massnahmen gelöst.

Ein solches Ventil eignet sich vor allem für biologische oder biologisch wirksame Fluide, insbesondere z. B. für Flüssigkeiten, die zur intravenösen Infusion bestimmt sind.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Ventils sind in den Patentansprüchen 2 bis 13 umschrieben.

Die Stelleinrichtung, diez. B. zweckmässigerweise mindestens einen Dauermagneten aufweist, kann beispielsweise am Schaft des Ventilstössels an dessen von der Ventilöffnung abgewandten Seite angebracht sein.

Die Stelleinrichtung ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und aus mehreren, in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten Segmenten aufgebaut, zwischen denen Kanäle für den Durchfluss des Fluids gebildet sind. Um den Durchfluss zu erleichtern, können die Segmente sich in Richtung zur Ventilöffnung verjüngen.

Zur Herabsetzung der Gewindereibung istz. B. die Ausgestaltung nach Patentanspruch 11 besonders zweckmässig.

Am inneren Magneten kann ein Zeiger und am Gehäuse kann eine Skala angbracht sein, um die Stellung der Stelleinrichtung in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ermöglichen und überprüfen zu können.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Ventil im Schnitt;

Fig. 2 in grösserem Massstabe einen Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Magnetanordnung für das Ventil der Fig. 1 und 2 im Querschnitt; und

Fig. 4 eine andere Magnetanordnung in ähnlicher Darstellungsweise wie in Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Ventil 10 zum besseren Verständnis seiner Vorteile anhand einer Einrichtung zur intravenösen Infusion veranschaulicht, von der jedoch nur ein Schwimmergehäuse 12

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und ein darin angeordneter Schwimmer 14 erkennbar sind. Letzterer kann eine Öffnung 16 zwischen dem Schwimmergehäuse 12 und einem Ventilgehäuse 18 der Vorrichtung 10 mehr oder weniger öffnen oder verschliessen.

Im Ventilgehäuse 18 ist eine Ventilöffnung 20 ausgebildet, mit der ein Ventilstössel 22 zusammenwirkt, der in Richtung der Mittelachse 48 der Vorrichtung bewegbar ist, um die Ventilöffnung 20 mehr oder weniger zu öffnen oder zu schliessen. Der Ventilstössel 22 ist in Fig. 1 konisch, kann aber auch anders ausgebildet sein.

An die Ventilöffnung 20 schliesst sich ein Anschlusskanal 26 an, an welchem z. B. ein Schlauch (nicht gezeigt) befestigt werden kann.

Der Ventilstössel 22 ist mit einem Schaft 24 versehen, an dessem in der Zeichnung oberen, von der Ventilöffnung 20 abgewandten Ende eine Stelleinrichtung, insbesondere ein Dauermagnet 32 angebracht ist. Auf der Höhe des Dauermagneten 32 ist ausserhalb des Ventilgehäuses 18 und dieses konzentrisch zu seiner Mittelachse 48 umgebend eine Betätigungseinrichtung 28 insbesondere ein Ringmagnet angeordnet, die auf einem radialen Bund 30 des Ventilgehäuses 18 aufsitzt. In beiden axialen Richtungen kann der Ringmagnet im übrigen in beliebiger, geeigneter Weise gehalten sein. Der Ringmagnet ist um die Mittelachse 48 drehbar, ohne sich jedoch in axialer Richtung zu verschieben.

Der Ringmagnet, der ein Dauermagnet oder gegebenenfalls auch ein Elektromagnet sein kann, kann beispielsweise manuell oder maschinell, z.B. durch einen Motor, insbesondere einen Schrittschaltmotor, gedreht werden.

Wie Fig. 3 zeigt, besteht die Betätigungseinrichtung 28 aus mehreren, im Beispiel sechs Einzelmagneten 36, die von einem Magnetgehäuse 38 umschlossen sind. Die Einzelmagnete 36 sind radial ausgerichtet, derart, dass beispielsweise die Südpole sämtlicher Einzelmagnete 36 an der Innenseite 54 und die Nordpole sämtlicher Einzelmagnete 36 an der Aussenseite 56 liegen, oder umgekehrt. Die Einzelmagnete 36 sind im übrigen bei der dargestellten Ausführungsform in Form von Segmenten ausgebildet, die aneinanderstossen. Es können aber auch zwischen den Einzelmagneten in Umfangsrichtung Zwischenräume vorgesehen werden, wobei dann zweckmässigerweise die Einzelmagnete in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

Die Stelleinrichtung 32 ist (Fig. 3) ebenfalls aus mehreren Einzelmagneten 40 aufgebaut, die in einem Magnetgehäuse 42 untergebracht sind. Zwischen den einzelnen Segmenten oder Einzelmagneten 40 sind Zwischenräume vorhanden, die Kanäle 44 für den Durchfluss der Flüssigkeit oder des Gases bilden, das durch die Ventilvorrichtung axial in Richtung des Pfeiles P in Fig. 1 hindurchfliesst.

Die Zahl der Einzelmagnete 40 des inneren Magneten 32 ist gleich der Anzahl der Einzelmagnete 36 der Betätigungseinrichtung 28. Die Polarität der inneren Einzelmagnete 40 ist nun so gewählt, dass jedem Pol eines äusseren Einzelmagneten 36 ein Pol entgegengesetzter Polarität eines inneren Einzelmagneten 40 gegenüberliegt. Liegen beispielsweise bei den äusseren Einzelmagneten 36 die Südpole an der Innenseite 54, so liegen bei allen inneren Einzelmagneten 40 die Nordpole an der Aussenseite 58, während die Südpole der inneren Einzelmagneten 40 an deren Innenseite 60 liegen.

Bei jedem Magnetpaar, das aus einem äusseren Einzelmagnet 36 und einem inneren Einzelmagnet 40 besteht, liegen somit an den einander zugewandten Seiten zwei Pole unterschiedlicher Polarität gegenüber.

Bei der anderen Magnetanordnung der Fig. 4 besteht die Betätigungseinrichtung 28 ebenfalls aus sechs Einzelmagneten 36. Hier wechselt jedoch die Polarität der Einzelmagnete 36 in Umfangsrichtung ab, d. h. bei einem beliebigen Einzelmagnet 36 liegt beispielsweise der Südpol auf der Innenseite und der Nordpol auf der Aussenseite, wogegen bei den zu diesem Einzel640 036

magnet benachbarten Einzelmagneten jeweils der Nordpol auf der Innenseite und der Südpol auf der Aussenseite liegt.

An der Innenseite (und damit auch an der Aussenseite), wechseln sich daher bei den Einzelmagneten 36, die ebenfalls radial ausgerichtet am Gehäuse 38 eingebaut sind, Südpol und

Nordpol alternierend ab. —

In Fig. 4 ist die Zahl der Einzelmagnete 36 geradzahlig. Die Stelleinrichtung 32 ist bei dieser Ausführungsform ebenfalls aus Segmenten, insbesondere aus Einzelmagneten 40 aufgebaut, die in ein Magnetgehäuse 42 eingebaut sind. Die Zahl der Einzelmagnete 40 beträgt nun jedoch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 die Hälfte der Anzahl der Aussenmagnete 36. Die Aussenma-gnete 36 sind beispielsweise (bei sechs Einzelmagneten) in Winkelabständen von 60° angeordnet, während die Einzelmagnete 40 der ringförmigen Stelleinrichtung 32 in Winkelabständen von 120° angeordnet sind. Zwischen den inneren Einzelmagneten 40 sind wiederum Durchflusskanäle 44 für den freien

Durchfluss des betreffenden Fluids gebildet.

Die inneren Einzelmagnete 40 sind ebenfalls radial ausgerichtet und so angeordnet, dass bei allen Einzelmagneten 40 an der Aussenseite 58 gleichnamige Pole und an der Innenseite 60 die entgegengesetzten, aber unter sich ebenfalls gleichnamigen Pole liegen. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt bei jedem der Einzelmagnete 40 beispielsweise an der Aussenseite 58 der Nordpol und an der Innenseie 60 der Südpol. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich.

Wie dargestellt, liegt somit dem Südpol jedes zweiten äusseren Einzelmagneten 36 der Nordpol eines der inneren Einzelmagneten 40 gegenüber. Der Nordpol eines der inneren Einzelmagnete 40 wird somit vom Südpol des ihm radial gegenüberliegenden, äusseren Einzelmagneten 36 angezogen, während er von den beiden Nordpolen der diesem erstgenannten Einzelmagnet benachbarten Einzelmagneten 36 abgestossen wird.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist das Ventilgehäuse 18 an seiner Innenwand mit einem Innengewinde 50 versehen, während die Stelleinrichtung 32 an ihrer Aussenwand mit einem Aussengewinde 52 versehen ist, das in das Innengewinde 50 gängig eingreift, derart, dass durch Verdrehung der Stelleinrichtung 32 der Ventilstössel eine Bewegung in Richtung der Achse 48 erfährt. Zum Zwecke der Reduzierung der Reibung zwischen den ineinandergreifenden Gewindegängen, kann eines der beiden Gewinde, d. h. entweder das Innengewinde 50 oder das Aussengewinde 52, kontinuierlich ausgebildet sein, während das jeweils andere Gewinde nur in Form von mehreren, in Umfangsrichtung kurzen Segmenten ausgebildet ist und zwischen den Segmenten die Gewindegänge entfernt sind. Die Wirkungsweise ist folgende:

Die gewünschte Einstellung des Durchflussquerschnittes der Ventilöffnung 20 erfolgt durch axiale Verschiebung des Ventilstössels 22, wobei in der einen Endlage die Ventilöffnung 20 ganz geöffnet und in der anderen Endlage diese Öffnung voll geschlossen sein kann. Infolge der kegeligen Ausbildung des Ventilstössels 22 sind beliebige Mittelwerte für den Durchflussquerschnitt je nach der axialen Stellung des Ventilstössels 22 einstellbar.

Wird nun ausgehend von einer gegebenen Position der äussere Magnet 28, der z. B. aus zwei Hälften aufgebaut sein kann, die durch Gelenke miteinander verbunden sind, um die Achse 48 gedreht, so wird bei dieser Drehbewegung die Stelleinrichtung 32, die leichtgängig im Innengewinde 50 beweglich ist, aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen den einzelnen Paaren der Einzelmagnete 36,40 mitgeführt, d. h. gedreht und damit axial verschoben.

In Fig. 3 liegt beispielsweise jedem Südpol der inneren Einzelmagnete 40 jeweils ein Nordpol der äusseren Einzelmagnete 36 gegenüber, so dass die Drehbewegung der Betätigungsvorrichtung durch die Anziehungskraft zwischen den jeweiligen Magnetpaaren auf die Stelleinrichtung übertragen wird.

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In Fig. 4 liegt beispielsweise dem Südpol des äusseren Einzelmagneten 36' der Nordpol des inneren Einzelmagneten 40' gegenüber. Bei Drehung der Betätigungsvorrichtung 28 wirr1 somit durch die Anziehungskraft zwischen dem Südpol des Einzelmagneten 36' und dem Nordpol des Einzelmagneten 40' 5 ein Drehmoment auf die Stelleinrichtung 32 ausgeübt und diese in Drehung versetzt, da dieses Drehmoment bei sämtlichen drei Magnetpaaren, die je aus einem inneren und je aus einem äusseren Einzelmagnet gebildet sind, entsteht. Wird nun aber in Fig. 4 die Betätigungseinrichtung 28 beispielsweise im Uhrzeiger-10 sinn gedreht, so wird durch den Nordpol des äusseren Einzelmagneten 36" eine abstossende Kraft auf den Nordpol des inneren Einzelmagneten 40' ausgeübt und dadurch ebenfalls ein Drehmoment erzeugt. Bei Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn wird hingegen durch den Nordpol des Einzelmagneten 36'" eine 15 abstossende Kraft auf den Nordpol des inneren Einzelmagneten 40' ausgeübt.

Diese Beziehungen gelten für sämtliche Magnetpaare.

Wie bereits erwähnt, verjüngen sich die Segmente oder Einzel-magnete 40 der Stelleinrichtung 32 in Richtung zur Ventilöffnung * 20 (46 in Fig. 2). Hierdurch soll verhindert werden, dass Luftblasen, die eventuell mit der Flüssigkeit aus dem Schwimmergehäuse 12 mitgerissen werden, sich unter der Stelleinrichtung 32 ansammeln. Derartige Luftblasen, sollten sie je mitgeführt wer- 2s den, können dann längs der schrägen Flächen der sich verjüngenden Magnetsegmente aufsteigen.

Der innere Magnet 32 hat (Fig. 2) einen Zeiger 34, der mit einer nicht gezeigten Markierung am Ventilgehäuse 18 zusammenwirkt, um sowohl die axiale Stellung wie auch die Stellung in 30 Umfangsrichtung der Stelleinrichtung 32 und damit die axiale Stellung des Ventilstössels 22 anzuzeigen und einstellen zu können. Das Ventilgehäuse 18 ist hierzu zweckmässigerweise wenigstens in einem Teilbereich durchsichtig ausgeführt.

Das neue, z.B. den Ventilstössel 22 und die Ventilöffnung 20 aufweisende Fluidventil, kann daher berührungsfrei von aussen eingestellt werden, d. h. ohne dass das Ventilgehäuse 18 an irgendeiner Stelle eine Öffnung für die Durchführung eines Betätigungselementes für den Ventilstössel 22 aufweist. Der Bereich des Ventilstössels und der Ventilöffnung 20 ist somit vollständig dicht nach aussen, und es können keinerlei Luftblasen oder Keime eindringen. Da ferner der Ventilstössel in Strömungsrichtung des Fluids angeordnt ist und sich auch in Strömungsrichtung bewegt, ist keine Umlenkung des Fluids erforderlich, so dass die Gefahr des Einschlusses eventuell von oben kommender Luftblasen sowie der Bildung von Wirbeln vermieden wird.

Der Antrieb der Betätigungseinrichtung ist auf viele Arten möglich, z.B. hydraulisch oder pneumatisch. Weist die Betäti-gungseinrichtung 28 beispielsweise einen elektrischen Schrittmotor auf, der den äusseren Magneten entsprechend einer gewünschten Strömungsrate dreht, so ist zweckmässigerweise der Motor mit einem Durchflussmesser, einem Tropfenzähler oder dergleichen gekoppelt. Falls die Betätigungseinrichtung mindestens einen Elektromagneten aufweist, so setzt das zwar das Vorhandensein einer Stromquelle voraus, erlaubt aber a) die Stelleinrichtung als einfachen Anker aus ferromagneti-schem Material, wie Weicheisen, auszubilden,

b) eine Fembedienung, z. B. von einem zentralen Steuergerät aus,

c) Ermüdungsfreiheit und d) die Verarbeitung von während der Erregungsphasen ausgesandten Signalen z. B. für Dosierungs- und/oder Aufzeichnungszwecke.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

640 036 PATENTANSPRÜCHE

1. Ventil mit einstellbarem Durchflussquerschnitt für gasförmige oder flüssige Fluide, mit einem Ventilgehäuse, einer Ventilöffnung und einem mit dieser zusammenwirkenden Ventilstössel, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Ventilgehäuses (18) eine Betätigungseinrichtung (28) beweglich angeordnet ist, die mit dem innerhalb des Ventilgehäuses (18) angeordneten Ventilstössel (22) magnetisch berührungsfrei zusammenwirkt, so dass letzterer in seiner Achsrichtung von aussen bewegbar ist.

2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das magnetisch berührungsfreie Zusammenwirken über eine im Innern des Ventilgehäuses (18) mit dem Ventilstössel (22) verbundene Stelleinrichtung (32) erfolgt, die vorzugsweise am von der Ventilöffnung (20) abgewandten Endabschnitt des Ventilstössels (22) angeordnet ist.

3. Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass sowohl die Betätigungseinrichtung (28) als auch die Stelleinrichtung (32) mindestens je einen Magneten aufweisen.

4. Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stelleinrichtung (32) ringförmig ausgebildet und aus mehreren in Umfangsrichtung im Abstand von einander angeordneten Segmenten aufgebaut ist, zwischen denen Kanäle (44) für den Durchfluss des Fluids gebildet sind.

5. Ventil nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass sich die Segmente (32) in Richtung zur Ventilöffnung (20) verjüngen (Fig. 2).

6. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Betätigungseinrichtung (28) das Ventilgehäuse (18) ringförmig umgibt und um dessen Längsachse (48) drehbar ist.

7. Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Betätigungseinrichtung (28) mindestens zwei radial ausgerichtete Einzelmagnete (36) aufweist, dass die Stelleinrichtung (32) die gleiche Anzahl von radial ausgerichteten Einzelmagneten (40) aufweist, und dass radial je einem Pol der einen Polarität des inneren Magneten (32) je ein Pol der anderen Polarität des äusseren Magneten (28) zugeordnet ist und gegenüberliegt.

8. Ventil nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass sämtliche inneren Einzelmagnete (40) auf ihrer dem äusseren Magneten (28) zugewandten Aussenseite (58) unter sich dieselbe Polarität und sämtliche äusseren Einzelmagnete (36) auf ihrer dem inneren Magneten (32) zugewandten Innenseite (54) unter sich dieselbe, aber relativ zum inneren Magneten entgegengesetzte Polarität haben.

9. Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Betätigungseinrichtung (28) eine geradzahlige Anzahl von radial ausgerichteten Einzelmagneten (36) aufweist, deren Polarität abwechselt, dass die Stelleinrichtung (32) radial ausgerichtete Einzelmagnete (40) aufweist, deren Anzahl der Hälfte der Anzahl der äusseren Einzelmagnete (36) entspricht, und dass die Polarität der inneren Einzelmagnete auf ihrer dem äusseren Magneten zugewandten Aussenseite (58) unter sich dieselbe ist.

10. Ventil nach Patentanspruch 3, wobei die Betätigungseinrichtung (28) und die Stelleinrichtung (32) mindestens je zwei Magnete aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Einzelmagnete (40) und die äusseren Einzelmagnete (36) mit jeweils gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

11. Ventil nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (18) im Bereich der Stelleinrichtung (32) mit einem Innengewinde (50) und die Stelleinrichtung (32) mit einem in dieses eingreifenden Aussengewinde (52) versehen ist, so dass bei Drehung der Betätigungseinrichtung (28) die Stelleinrichtung (32) mitdrehbar und der Ventilstössel (22) dadurch axial verschiebbar ist.

12. Ventil nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Gewinde (50,52) kontinuierlich und das andere in Form von kurzen Umfangssegmenten ausgebildet ist.

13. Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stelleinrichtung (32) ein Zeiger (34) und am Ventilgehäuse (18) eine Skala angebracht ist zur Einstellung der Stelleinrichtung (32) in axialer Richtung und in Umfangsrichtung.

14. Verwendung des Ventils nach Patentanspruch 1 für biologische oder biologisch wirksame Fluide.

15. Verwendung nach Patentanspruch 14 für Flüssigkeiten, die zur intravenösen Infusion bestimmt sind.