CN216842513U - 气动切换阀、阀装置和呼吸系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种气动切换阀、阀装置和呼吸系统，气动切换阀具有一个切换阀腔，三个空气通道通入其中，空气通道包括用于接收来自压缩空气供应源的压缩空气的空气供应通道、用于至少一个其它气动部件的进气和排气的主空气通道和用于将压缩空气输出至压降区如大气的空气排出通道，在切换阀腔内布置有切换阀件以关闭空气供应通道或空气排出通道并且气动切换阀具有用于作动切换阀件的气动执行器，气动执行器利用分离件在气压上被分为作动腔和复位腔，作动腔中的第一控制压力与弹簧复位力和复位腔中的第二控制压力反向作用，复位腔具有用于给复位腔提供压缩空气的复位压力通道和配备有排气节流阀的用于输出压缩空气给压降区如大气的背压通道。

Description

气动切换阀、阀装置和呼吸系统
技术领域
本实用新型涉及气动切换阀。气动切换阀例如可被用在用于治疗人或动物的治疗呼吸系统中。其它可想到的应用领域包括在过程技术设备如食品加工设备如啤酒厂、发电厂、化工设备如石化设备等中使用气动切换阀。本实用新型还涉及阀装置，其包括两个气动切换阀。气动切换阀和由其形成的阀装置可用在如下设备或装置中，在此额外使用例如用于控制和/或驱动的辅助电能是不希望的或不利的，例如像在有着火或爆炸危险的区域中。本实用新型还涉及具有至少一个气动切换阀的呼吸系统或由两个以上的气动切换阀组成的阀装置。
背景技术
气动切换阀还因其结构简单设计而被广泛使用，这体现在低制造成本、良好的易维护性、高的可靠性和操作安全性。以下参照DE2534139B1来说明一种这种类型的气动切换阀。气动切换阀由具有两个壳状半壳的开关壳体构成，在其分隔平面 (Trennebene)处布置有弹性的控制膜。控制膜在开关壳体中形成两个控制腔，两个控制腔被膜彼此分隔开。控制膜被整体连接至作动杆，作动杆在其背离控制腔的端部形成具有两个相对的密封面的阀芯体。取决于通过控制空气通道将压缩空气供给至其中一个控制腔，使阀芯体或是被置于具有第一压力介质通道的第一阀座中，或是置于第二压力介质通道的第二阀座中，由此在始终与切换阀腔连通的压力介质出口通道与第一或第二压力介质通道之间建立工作流体连通或压力介质连通。其中一个压力介质通道可以是通风口。在DE1301724A和DE1857693U中也描述了这样的气动切换阀。
在DE2204456B2中描述一种使用气动切换阀的阀装置。该阀装置包括多个气动切换阀，它们通过气动管路彼此相连以形成作为二进制气动开关逻辑装置的静态蓄压件。在该阀装置中将供应流体输送到在三通阀的静止位置中打开的流体入口。第一个三通阀具有一个流体入口和一个作为逻辑置位输入的弹簧加载的控制输入端。第二个三通阀具有其流体入口和作为逻辑消除输入的弹簧加载的控制输入端。如此形成的气动蓄压件呈双稳倾转分级形式。
已知的气动切换阀和阀组件可被用于多种不同的应用。根据各自具体应用，气动调节阀配备有各自所需的气动供应管路和通风管路。于是，提供了对控制腔的可控和 /或可调的压缩空气施加，以实现两位三通阀的所需切换功能。在某些情况下，用于不同压力信号或工作压力的彼此独立的供压管线可能需要复杂的结构。为了一些应用目的，气动切换阀或具有一个或多个气动切换阀的阀装置的使用有时可能需要复杂的气压布线。但复杂的布线拒绝了气动切换阀的基本优势。
实用新型内容
克服现有技术的缺点并提供如下的气动切换阀和/或阀装置可被视为本实用新型的任务，其克服现有技术的缺点并且尤其是尤其无需复杂布线就在周期性的且特别是定期的过程中提供气动工作压力，例如用于治疗性呼吸辅助。
因此，规定一种气动切换阀，它具有一个切换阀腔，三个空气通道通入该切换阀腔中，其中，这三个空气通道包括用于接收来自压缩空气供应源的压缩空气的一个空气供应通道、用于至少一个其它气动部件的进气和排气的一个主空气通道和用于将压缩空气输出到压降区如大气的空气排出通道。一个切换阀件布置在切换阀腔内用于关闭空气供应通道或空气排出通道。切换阀件可在第一关闭位置和第二关闭位置之间移动，在第一关闭位置中该切换阀件关闭空气供应通道，在第二关闭位置中该切换阀件关闭空气排出通道。主空气通道始终与切换阀腔流体连通。主空气通道的开口度与切换阀件的位置无关。具有空气供应通道、主空气通道、空气排出通道和切换阀件的切换阀腔可被称为所谓的两位三通阀。根据切换阀件在切换阀腔中的位置，主空气通道被流体连通到空气供应通道和/或空气排出通道。切换阀件或许可以处于在第一关闭位置和第二关闭位置之间的中间位置，在该中间位置中该切换阀件不关闭切换阀腔的三个空气通道中的任何一个。这对于某些应用可能是有用的。根据一个替代实施例，切换阀件被构造成使空气供应通道或空气排出通道始终关闭，从而通过切换阀腔仅将空气供应通道和主空气通道相连通、或者仅将空气排出通道和主空气通道相连通。
根据前言，气动切换阀还具有第一气动执行器以用于气压作动该切换阀件。气动切换阀的第一气动执行器利用分离件在气压方面被分为作动腔和复位腔，其中，作动腔中的第一控制压力与弹簧复位力和复位腔中的第二控制压力反向作用。作动腔可具有用于接收第一控制压力的调节压力通道。复位弹簧优选布置在复位腔中。替代地或附加地，复位弹簧可布置在作动腔中。根据第一实施例，复位弹簧可以朝向第一关闭位置产生预紧力。根据该第一实施例，当超过切换阈值压力值时，可以利用控制腔中的第一控制压力来实现切换阀件移位到第二关闭位置。根据第二实施例，复位弹簧可以朝向第二关闭位置产生预紧力。根据该第二实施例，当超过切换阈值压力值时，可以借助控制腔中的第一控制压力来实现切换阀件移动到第一关闭位置。根据一个实施例而可以想到的是，将作动腔和复位腔彼此气压分开的分离件被设计成提供抵抗该作动腔中的第一控制压力地提供弹簧复位力。分离件例如可以是膜或波纹管。气动切换阀尤其被设计成使作动腔除了其调节压力通道外都是气密封闭的，尤其相对于压缩空气供应源和/或压降区和/或复位腔，优选对于在压缩空气供应源的压力与压降区的压力特别是大气压之间的高达2bar、高达5bar或甚至高达10bar的压差是气密封闭的。
本实用新型规定，复位腔具有用于向复位腔提供压缩空气的复位压力通道和配备有排气节流阀的用于将压缩空气从复位腔向压降区如大气输出的背压通道(Staudruckkanal)。复位压力通道尤其是在结构上与背压通道不同的通道。除一方面是背压通道且另一方面是复位压力通道外，复位腔是气密封闭的，尤其相对于压缩空气供应源和/或压降区和/或作动腔，优选针对在压缩空气供应源压力与压降区压力特别是大气之间的高达2bar、高达5bar或甚至高达10bar的压力差是气密封闭的。
将负压腔设计成具有背压通道允许针对气动调节阀的一些应用使用较少的压力供应通道，因为在系统中其它处存在的气动压力被用于在复位腔内提供第二控制压力。这样一来，可以减少布线成本和所需的供电接线端数量。显然，气动切换阀没有电驱动装置如电动机和/或没有电开关机构如电磁阀，特别是没有电子装置。
根据本实用新型的可以与先前实施例组合的一个实施例，切换阀件与分离件、特别是膜是一体形成的，该分离构件气动地将致动腔和复位腔分开。例如该分离件可与切换阀件一起在切换腔中以一件式的优选是纤维增强的塑料件特别是弹性体的形式构成。因第一控制压力和第二控制压力的按规定的彼此协调的调节所造成的膜变形造成了切换阀件置于其第一关闭位置或第二关闭位置或者如果需要在两者之间的中间位置中。可以想到，活动的和/或尤其可弹性变形的分离件被连接至切换阀件，该切换阀件例如可呈例如由塑料和/或金属制成的板状形成。切换阀件和分离件可以通过铰接头特别是铰链和/或固体铰接头彼此连接。
根据本实用新型气动切换阀的一个优选实施例，复位压力通道被流体连通至主空气通道和/或空气供应通道。替代地或附加地，复位压力通道将切换阀腔与复位腔相连。借助复位压力通道，可以在复位腔中提供第二控制压力，第二控制压力将借助在切换阀中其它地方所存在的气动流体来实现。特别是，借助于气动切换阀被调节的且在工作中在切换阀腔中可供使用的工作流体被用于产生第二控制压力。代替仅针对第二控制腔或复位腔所存在的常规的附加辅助流体源连同相关的电路和可能有的电子装置，可以因使用复位压力通道而显著简化结构。优选地，不超过这三个空气通道(空气供应通道、主空气通道和空气排出通道)以及或许复位压力通道通入切换阀腔。特别是，气动切换阀被设计成使得除了空气通道和复位压力通道外该切换阀腔被气密封闭，尤其相对于压缩空气供应源和/或压降区，优选对于在压缩空气供应源的压力与压降区压力、特别是大气压之间的高达2bar、高达5bar或高达10bar压力差是气密封闭的。
尽管在许多传统气动切换阀中没有提供不同于大气压的第二控制压力以致只有弹簧复位作用与作动腔的第一控制压力反向作用，但复位弹簧的复位作用与第二控制压力的组合允许改变切换阀的切换作用并或许将其设计成可变设定。
根据可与前面实施例组合的另一实施例，在复位压力通道中设有用于设定第二控制压力的控制节流阀。该控制节流阀造成在控制节流阀下游的且通过背压通道被通风的复位腔中的第二控制压力低于在控制节流阀上游的复位压力通道部段和/或上游供压通道中的压力。控制节流阀可具有恒定的节流横截面。控制节流阀可以由静态固定的节流件组成。静态节流元件具有恒定的节流作用。在许多情况下可能期望从气动切换阀或阀装置的气动系统的一部分中抽出工作压力或控制压力，所述部分所在之处存在着比正确或期望作动执行器所需要的第二控制压力高许多的局部气压。控制节流阀的使用允许向复位腔提供第二控制压力，该第二控制压力按照规定方式不同于在气动系统的自此开始分支出复位压力通道的点处的供应压力。
根据本实用新型的一个改进方案，控制节流阀具有可变的节流宽度。控制节流阀的节流宽度例如可在横截面方向和/或轴向上变化。例如控制节流阀可具有可变的节流截面。替代地或附加地可以想到控制节流阀具有固定的座和尤其可轴向移动的节流件，它们共同限定出节流宽度，其中该活动节流件可移向和/或离开该座。特别是控制节流阀由静态控制节流件和动控制节流件组成。附加地或替代地，动节流件可移入和/或移出该座。控制节流阀尤其具有活动节流件如平头螺钉。控制节流阀优选可包括具有恒定节流横截面的固定的节流件，例如特别是环形座。根据另一实施例，控制节流阀包括静态节流件和动节流件，它们可相对彼此移动以调节节流宽度。节流宽度可被离散或连续地调节。例如可如此保证控制节流阀的离散可调性，节流阀的一部分被设计为孔板，另一部分被设计为孔板盖，其中所述孔板和孔板盖可彼此相对移动。取决于孔板和孔板盖的彼此相对位置，可覆盖和/或露出不同数量的孔。
根据一个优选实施例，静态固定的节流件呈环形件形式构成，它形成复位压力通道的横截面，并且一个活动节流件以可轴向移动以改变在固定的或活动节流件之间的节流宽度并由此能调节压差的平头螺钉形式构成。节流宽度可变的控制节流阀允许复位通道的高精度调设，以便以窄公差范围获得气动切换阀的精确切换功能。通过此方式，可以成本很低地提供一种高精度的气动切换阀。这种精确可调的气动切换阀特别好地适用于与阀装置中的一个或多个同构型或不同构型的其它气动切换阀相组合，在该阀装置中的多个切换阀的气压公差相互加强。在阀装置中，不可多变调节的控制节流阀并非只须被昂贵地加工以实现窄公差带，而是被个别配对地相互协调选择，由此供应成本显著增加，并且这将使可维护性极其困难。
根据一个实施例，该气动切换阀可被设计成具有可调节的弹簧预紧力。特别是，执行器复位弹簧的弹簧预紧力、弹簧行程和/或弹簧常数是可调节的。第一气动执行器的复位弹簧尤其包括调节机构用于调设复位力的最小下限阈值，所述最小下限阈值至少抵抗所述作动腔内的所述第一控制压力，该复位力至少与该作动腔内的第一控制压力反向作用。
根据本实用新型的可与先前实施例组合的一个实施例，第一气动执行器和切换阀腔被安装在同一壳体中。尤其是，复位压力通道由该壳体形成。特别是，复位弹簧仅布置在该壳体内。所述切换阀腔、作动腔和/或复位腔优选通过该壳体形成。该壳体可以包括至少两个或正好两个壳体部、特别是半壳体部，在该壳体部之间保持有切换阀件和或许分离件。该壳体可以具有第一上壳体部，其形成所述复位腔、背压通道和复位压力通道。
从复位压力通道、特别是复位节流阀到背压通道特别是出口节流阀的空气引导机构呈弧形在复位腔的周面上延伸。优选地，下第二壳体部形成执行器的作动腔和调节压力通道。空气排出通道布置在两个壳体部之一中，例如在第一壳体部中，而空气供应通道布置在另一壳体部例如第二壳体件中，或反之。主空气通道可以形成在第一壳体部或第二壳体部中。主空气通道优选形成在第二壳体部中。切换阀腔优选由一个在壳体的分隔平面或交接面中被第一壳体部和第二壳体部共同包围的空腔提供。切换阀腔可以包括至少部分沿周向的、优选完全沿周向的环形通道。可以从切换阀腔延伸到复位腔的复位压力通道优选形成在第一壳体部中。用于将复位腔与作动腔气动分离开的分离件特别是膜优选被保持在第一壳体部与第二壳体部之间的分隔平面中。切换阀件优选被保持在第一壳体部与第二壳体部之间的分隔平面中。
根据本实用新型的一个改进方案，该切换阀腔包括至少部分、特别是完全包围切换阀件的环形通道。该环形通道优选与主空气通道连续流体连通。该环形通道可以与空气供应通道和/或空气排出通道流体连通。特别是，复位压力通道将复位腔与环形通道相连。
根据本实用新型的可与之前改进方案结合的另一改进方案，用于向作动腔提供用于作动腔中的第一控制压力的压缩空气的调节压力通道、背压通道、主空气通道、空气排出通道以及该空气供应通道都在该壳体的相同的外侧连接面上敞口。所述空气排出通道用于将压缩空气输出至大气。所述背压通道用于向大气输出压缩空气。在所述实施方式与据此气动切换阀具有节流宽度可变的控制节流阀的上述实施方式结合形成的范围内，也还可在该壳体的同一外侧连接面上设置用于活动节流件的操作机构例如平头螺钉的螺丝刀插槽。将通道口和或许节流件操作机构布置在壳体的同一外侧连接面处允许很紧凑的构型和易接近通口和操作机构，尤其对于包括气动部件阀的布置。显然，气动切换阀的壳体可具有各种不同形状。切换阀壳体的优选形状可以是长方体形。具有长方体形壳体的切换阀通常有六个外表面。可能优选的是，除连接面之外，壳体的其余的尤其五个外表面没有气动通道的通口和/或没有用于调节活动节流件、复位弹簧等的操作机构。
本实用新型也涉及一种阀装置，其包括两个气动切换阀，其中，两个气动切换阀中的至少一个是如上所述设计的。根据包括两个气动切换阀的阀装置的一个特殊实施例，第一切换阀的主空气通道(第一主空气通道)被连接到第二切换阀的调节压力通道 (第二调节压力通道)以向第二切换阀的作动腔(第二作动腔)提供压缩空气。应当清楚的是，“第一通道”通常被连接至第一切换阀的一个通道，而“第二通道”通常被连接至第二切换阀的一个通道。
特别是，第一主空气通道经由自作动通道被连接至第一切换阀的第一调节压力通道，以向第一切换阀的作动腔提供压缩空气。根据一个实施例，第一切换阀的调节压力通道(第一调节压力通道)和第二调节压力通道均被连接至第一主空气通道。从第一主空气通道至第一调节压力通道的连接机构被称为自作动通道。在主空气通道和调节压力通道之间设有分支通道，在这里，从第一主空气通道起，启动压缩空气一方面在分支处被分支到第一调节压力通道，另一方面在分支处被分支到第二调节压力通道。在分支处下游在主空气通道之后延伸向第一调节压力通道的管道被称为自作动通道。
根据该阀装置的一个改进方案，该自作动通道具有一个气动延迟件。在自作动通道中的气动延迟件造成在第一主空气通道处提供的压缩空气信号只在通过延迟件造成的时间错移之后才到达调节压力通道。例如，可以利用在自作动通道中的气动延迟件造成第一主空气通道中的气动空气压力的增大仅在时间错移之后引起在第一调节压力通道或第一作动腔内的压力提高。气动延迟件能以非线性延迟件的形式实现，其时间延迟作用取决于在第一主空气通道和第一调节压力通道之间的压力差和/或体积流量。
该气动延迟件优选包括体积储蓄器(Volumenspeicher)和/或自作动节流阀。自作动节流阀可以是具有恒定节流作用的节流阀或具有可变节流作用的节流阀，其具有固定的作动节流件和活动的自作动通道节流件。
具有第一气动切换阀的阀装置可实现周期性的、尤其是定期的自作动，其中，周期长度可利用延迟件尤其根据被供给延迟件的气动工作压力和体积流量来调节，该第一气动切换阀的主空气通道被连接至其第一调节压力通道。
根据一个优选的实施例，第一切换阀被设计为根据本实用新型的气动切换阀。特别是，可以根据上述优选实施例来设计第一切换阀，其中第一复位压力通道将第一切换阀腔连通至第一复位腔，和/或其中该复位压力通道具有节流宽度可变的控制节流阀。根据一个优选实施例，布置在第一复位压力通道中的控制节流阀具有恒定的节流宽度。第二气动切换阀可以被设计成常规的气动切换阀。可能优选的是，第二切换阀被设计为根据本实用新型的气动切换阀。特别是，第二气动切换阀根据上述优选实施方式中的至少一个来设计，其中第二复位压力通道将第二切换阀腔连通到第二复位腔，和/或其中在第二复位压力通道内的第二控制节流阀具有恒定的节流宽度。
该阀装置尤其可以不具有电驱动装置如电动调节驱动机构、泵等和/或不具有电执行器如电磁阀。该阀装置优选不具有电子部件。根据一个优选实施方式，该阀装置由气动部件和机械部件组成。
本实用新型还涉及一种呼吸系统，其具有至少一个根据本实用新型的气动切换阀。本实用新型也涉及一种呼吸系统，其包括一个根据本实用新型的阀装置。呼吸系统且尤其是用于富氧空气的治疗性给药的呼吸系统一般造成更高的着火危险。在此可能尤其有利的是这样的系统配备有一个或多个气动切换阀以避免将伴随电动阀通电而来的点燃危险。对于维持生命的治疗系统如呼吸系统，气动切换阀很高的可靠性和故障安全性是特别有利的。
在本实用新型的呼吸系统的一个改进方案中，至少特别是第二切换阀腔以及或许尤其第二复位腔和/或特别是第二控制腔填充有气动流体，气动流体具有达到至少 30％、尤其至少60％、优选至少90％的氧气。
根据本实用新型的一个可与在前改进方案组合的替代改进方案，该气动阀的主空气通道、特别是阀装置的第二气动阀的第二主空气通道被连接至用于波纹管施用机构(Balgbeaufschlagung)的第二气动执行器，其中气动切换阀且尤其是阀装置设置用于周期性给第二气动执行器供应压缩空气以给波纹管施用机构提供工作压力。
附图说明
通过以下结合附图对本实用新型优选实施例的描述来说明本实用新型的其它优点、特征和方面，其中：
图1a示出处于切换阀件的第二关闭位置的气动切换阀的第一实施例的示意图；
图1b示出处于切换阀件的第一关闭位置的根据图1a的气动切换阀的示意图；
图2示出具有可变节流宽度的控制节流阀的气动切换阀的第二实施例；
图3示出根据本实用新型的气动切换阀的另一实施例的立体图；
图3a示出根据图3的通过壳体半壳的切换阀的截面图，其中布置有排气节流阀、控制节流阀和复位腔；
图3b示出根据图3的剖切线B-B的剖视图；
图3c是根据图3的剖切线C-C的剖视图；
图3d示出通过剖切线D-D的根据图3e的切换阀的剖视图；
图3e示出根据图3的切换阀的俯视图；
图4示出根据本实用新型的阀装置的示意图；
图5a是表示吸入过程的切换压力图；和
图5b是呼气过程的压力曲线图。
附图标记列表
1,101,201 气动切换阀
7 壳体
10 切换阀腔
11,111,211 调节压力通道
12,112,212 背压通道
13,113,213 主空气通道
14,114,214 空气排出通道
15,115,215 空气供应通道
16 切换阀件
17 环形通道
20 第一气动执行器
21 作动腔
22 复位腔
25,125,225 弹簧
26 分离件
28 铰接头
32 排气节流阀
40 复位压力通道
42 控制节流阀
43 静态节流件
44 活动节流件
60,70,110,310 气动流体源
72,74 壳体部
73 剖切平面
75 封盖
76 连接面
77 密封件
100 阀装置
160 自作动通道
162 自作动节流阀
164 体积储蓄器
300 呼吸系统
301 人
302 呼吸面罩
313 供应管道
320 第二气动执行器
atm 大气
p0 工作压力
p1,p101,p201 第一控制压力
p2 第二控制压力
p3 工作压力
pH 高切换阈值压力
pN 低切换阈值压力
pQ 供应压力
Δp 公差范围
具体实施方式
为了本申请的更易于阅读和理解，以下针对相同或相似的零部件使用相同或相似的附图标记。
图1a和图1b示出根据本实用新型的气动切换阀1的第一实施例的示意图。
像根据前言的气动切换阀一样，本实用新型的气动切换阀1具有第一气动执行器20用于作动切换阀件16。切换阀件16活动布置在切换阀腔10中。主空气通道13、通至压降区如大气压atm的空气排出通道和空气供应通道15通入切换阀腔10，工作压缩空气通过空气供应通道从气压源进入切换阀腔10。切换阀件16可在图1a所示的第一关闭位置和图1b所示的第二关闭位置之间移动，在第一关闭位置中切换阀件16关闭空气排出通道14，在第二关闭位置中切换阀件16关闭空气供应通道15。在切换阀件16的第一关闭位置，压缩空气可从气压源70通过空气供应通道15流入切换阀腔10并从切换阀腔 10流到主空气通道13。气动部件如气动执行器可被连接到主空气通道13。在第二关闭位置中，气动流体可从气动部件通过主空气通道13流入切换阀腔10并从那里通过空气排出通道14流入压缩空气降区。切换阀腔10中存在的气压在下文中被称为工作压力 p0。工作压力p0取决于切换阀件16的位置并可位于压降区如大气压atm的压力水平与气压源70的供应压力pQ的压力水平之间的范围内。
切换阀件16通过第一气动执行器20被作动。第一气动执行器20由作动腔21和复位腔22组成。作动腔21和复位腔22通过分离件26彼此气压分离。分离件26可以呈波纹管或者根据所示优选实施例呈膜26状构成。分离件26是活动的并被连接到切换阀件16，使得分离件26的运动促成切换阀件16的切换运动。通过使26的分离件的位置移动，切换阀件16可以在其第一关闭位置和第二关闭位置之间来回移动。阀件26的位移由作用于分离件26的力促成。从控制腔21开始，压缩力根据第一控制压力p1作用于分离件26。
在复位腔22中布置有复位弹簧25，该复位弹簧压迫分离件26上。复位弹簧25的力与由第一控制压力p1施加的压力相反作用。在复位腔22中存在第二控制压力p2。第二控制压力p2造成作用于分离件26的第二控制压力，第二控制压力与由第一控制压力p1 施加的第一控制压力的控制相反作用。在传统的气动切换阀中，第二控制压力p2通常总是对应于压降区特别是大气atm的压力。
在第一气动执行器20中，由作用于分离件26的第一控制压力p1产生的第一压力与由第二控制压力p2作用于分离件26的第二压力和由复位弹簧产生的复位力反向作用。在根据图1a和图2的气动切换阀1中，复位弹簧25造成偏压，该偏压在作动腔和复位腔 21、22无压力时促使切换阀件16处于第一关闭位置。气动分离件26通过铰接头28如固体铰接头被连接至切换阀件16。
在另一未详细示出的气动切换阀(例如图4所示的第二切换阀201)的实施方式中，复位弹簧可产生偏压，偏压在切换阀16的作动腔和复位腔21、22无压力时促使切换阀件16处于第二关闭位置。如此设计的气动切换阀例如可在切换阀结构在其它方面保持不变情况下通过空气排出通道14和空气供应通道15的交换实现。
第一控制压力p1由气动流体源60的压力提供，该气动流体源经由调节压力通道11与作动腔21流体连通。通常，气压源60设置用于给作动腔21提供第一控制压力p1，该第一控制压力至少与压缩空气降区的压力特别是大气压力相同，但可以高许多。
如以下关于图4中的本实用新型阀装置100所阐述地，例如可以给调节压力通道11供应压缩空气，压缩空气从气压源70流经主空气通道13。关于图4中的第二气动切换阀201应当注意的是，也可以想到该阀装置的另一部件例如另一个气动切换阀101作为气压源60。通过切换阀腔10，与主空气通道13流体连通的气动部件可以与切换阀件16 的位置相关地通过空气供应通道15被供应压缩空气，或通过空气排出通道14被排气。
复位腔22通过一个通道与压缩空气降区如大气连通。在根据本实用新型的气动切换阀1的实施方式中，将复位腔22与压降区特别是大气压相连的通道被设计为具有排气节流阀32的背压通道12。排气节流阀32造成被提供给复位腔22的高于大气压patm的第二控制压力p2通过排气节流阀32被防止立即逸出。控制压力p2从复位腔22逸出通过排气节流阀32被制动。
根据本实用新型的气动切换阀1的一个实施例，自气压源70经由空气供应通道15被供应的第二控制压力p2可通过复位压力通道40被提供给复位腔22。可以在复位压力通道40中布置控制节流阀42以实现控制压力p2不超过一个小于由压力源70提供的供应压力pQ的规定压力值。在图1a和1b所示的、复位压力通道40在空气供应通道15通入切换阀腔10的通口的上游从空气供应通道15被分支出的实施例中，第二控制压力p2 可处于在压缩空气降区、特别是大气的压力尤其是大气压patm与在气动流体源70处提供的供应压力pQ之间的压力值。第二控制压力p2取决于在供应压力pQ和压降区的压力特别是patm之间的差以及一方面是出口节流阀32的尺寸和另一方面是控制节流阀42的尺寸。通过适当设定供应压力pQ以及出口节流阀32和控制节流阀42的节流宽度的大小，能预定设定第二控制压力p2，其造成第二控制压力与由第一控制压力p1提供的第一控制压力相反地对分离件26施加作用。
第二控制压力p2的设定限定处切换点，第一控制压力从切换点开始克服由第二控制压力和复位弹簧的弹簧复位力造成的复位力。如果第二控制压力p2被设定为等于压降区的压力或略微高于压降区的压力，则气动切换阀1具有低的切换点pN，使得由第一气动控制压力p1造成的第一控制压力迅速克服复位力。而如果第二控制压力p2被设定为明显高于压降区的压力，例如接近供应压力pQ，则可以获得比较高的切换点。于是，第一控制压力p1必须超过比较高的切换压力pH，以便在第一关闭位置和第二关闭位置之间移动切换阀件16。在图5b中示例性示出了在低切换压力pN下的切换。在图5a 中示例性示出了在高切换压力pH下的切换。低切换压力pN优选在0.1bar至1bar的范围内，特别是在0.55±0.10bar内。高切换压力pH优选在1.1bar至2bar的范围内，特别是 1.5±0.10bar的范围内。
图2示出气动切换阀1，其与之前关于图1a和图1b所描述的气动切换阀1的主要区别仅在于复位压力通道40中的控制节流阀42的类型。在图1a和图1b中可以假设控制节流阀42和排气节流阀32均具有恒定的静态节流宽度。
根据图2的实施例与之不同之处在于，控制节流阀42包括活动节流件44和静态节流件43，其中，活动节流件44相对于控制节流阀42的静态节流件43的相对位置是可变的，以调节节流宽度。
通过使用具有可变调节宽度的且包括固定节流件43和活动节流件44的节流阀，能可变地调节复位压力通道40的流通横截面，以便在复位腔22内调节出比气压源70所提供的供应压力pQ更低的第二控制压力p2的设定值。如果调设大的节流宽度，则第二控制压力p2可接近供应压力pQ。如果调设出在活动节流件44和固定节流件43之间的小节流宽度，则第二控制压力p2可以接近压降区的压力、特别是大气压patm。或许，可以通过使活动节流件44与控制节流阀42的固定部分43接触来关闭复位压力通道40，使得第二控制压力p2等于压降区的压力。
替代地或附加地可以想到，给排气节流阀32配备静态节流件和活动节流件，以便可变化调节地设计在背压通道处的在压降区与复位腔之间的压力差(未详细示出)。
例如，通过使用活动节流件44，可以廉价地制造一系列的气动切换阀，其中，借助活动节流件44的再调整允许对气动切换阀1的校准，从而它们可设立用于获得具有较窄的压力公差范围Δp的预定切换值pN、pH。
可以想到，为了适合工作地使用，活动节流件44规定的调节位置中例如用封蜡来固定、被可逆固定例如粘接或者被不可逆地固定如焊接。替代地或附加地可以想到，在适合工作的使用中，可借助诸如内六角扳手的操作机构46来调节活动节流件。显然，在适合工作状态下，活动节流件44与作用于活动节流件44的供应压力、第二控制压力和/或大气压无关地是位置固定的。活动节流件44例如可以通过平头螺钉来实现。活动节流件44可被设计成是自密封的或具有附加密封，从而避免沿其纵向延伸范围的泄漏流。
图3示出根据本实用新型的气动切换阀的另一实施方式。与先前示出的图1b的气动切换阀1不同，复位压力通道40在图3、图3a至图3e所示的切换阀中自切换阀腔10 分支出。以下将对此详加介绍。在其它方面，根据图3、图3a至图3e的切换阀基本对应于图2示意所示的切换阀1。
气动切换阀1在由两个半壳部72、74组成的壳体7中形成。封盖75形成壳体部的一部分，将复位弹簧25保持就位，并形成复位腔22的密封封闭。
壳体7设计成时长方体形并具有六个外表面。壳体7的六个外表面中仅一个被构造成连接面76，在该连接面上形成用于所有通道、即调节压力通道11、背压通道12、主空气通道13、空气排出通道14和空气供应通道15的接口。在连接面76处也可接近用于活动节流件44的操作机构46。气动切换阀1的这种构型允许特别紧凑的结构。因此，具有相似或同样的长方体壳体的许多气动部件如阀且特别是气动切换阀可以相互紧邻布置。例如多个气动部件的壳体7能以夹层方式彼此堆叠，在此保持可以接近所有接口。
根据图3、图3a至图3e的切换阀1的气动结构基本对应于例如关于图2所示意性示出的切换阀1的气动结构。图3b的沿剖切线B-B的截面图可以看到切换阀腔10，在其中可以看到活动切换阀件16(在此在关闭空气排出通道14的第一切换位置中)。空气排出通道14和主空气通道13通入切换阀腔10。切换阀腔10包括完全包围切换阀件16的环形通道17。在图3c的沿剖切线C-C的截面图中和在图3d的沿剖切线D-D的截面图中可看到环形通道17。在图3c中可看到的主空气通道13也通入环形通道17和进而切换阀腔。
如将在图3a中看到地，从复位压力通道40尤其是复位节流阀42至背压通道尤其是排气节流阀32的空气引导机构在容纳复位弹簧25的复位腔22周面上呈弧形延伸。
在图3d中可以看到，复位压力通道40从环形通道17延伸到复位腔22。在复位压力通道40中设有固定节流件43和活动节流件44。活动节流件44能可变地调设节流阀42 的开度，以便根据在切换阀腔10中存在的工作压力p0来设定存在于复位腔22中的第二控制压力p2。
图3c也示出背压通道12，复位腔22从背压通道被排放到压降区、特别是大气atm。排气节流阀32布置在背压通道12中。在该实施例中，通过设定排气节流阀32和控制节流阀42的尺寸来调设复位腔22内的第二控制压力p2。
由弹簧25提供的弹簧复位力与由第二控制压力p2提供的第二控制力合作。第一控制力与第二控制力和复位力相反作用。第一控制力在作动腔21内由作用于分离件16 的第一控制压力p1提供。为了接收第一控制压力p1，作动腔21配备有调节压力通道 11(图3d)。
复位弹簧25通过封盖75被位置固定地保持在壳体7上。封盖75以气密方式封闭复位腔22。为此，封盖75可以与诸如O形环的密封件一起布置。可以想到的是弹簧25是可调的。例如封盖75可被设计成将弹簧25以不同深度装入壳体7中。
除了在切换阀腔10和复位腔22之间设置复位压力通道40之外，图3、图3a至3e所示的气动切换阀1的工作方式对应于以上关于图1a、图1b和图2所描述的切换阀1的工作方式。
替代地，将复位压力通道40布置成连接复位腔22和切换阀腔10可以通过经由未被详细示出的复位压力通道40将复位腔22连通至主空气通道13来实现。假定在主空气通道13和切换阀腔10中存在基本相同的压力、即工作压力p0。
因为工作压力p0被用于给复位腔22供应用于第二控制压力p2的压缩空气，故能以特别简单的方式实现根据本实用新型的气动切换阀1，其被设立用于周期性、特别是定期的切换。取决于切换阀件10的切换位置，复位压力通道或是在第一关闭位置中通过通向压缩空气源的空气供应通道15来提供复位腔22的连通，或是在第二关闭位置中提供复位腔22经由空气排出通道14与压降区特别是大气的连通。因此，根据切换阀1 的关闭位置，可以通过依据切换位置增减第二控制压力来调节复位力。
如在根据图3b、图3c或图3d的截面图中可看到地，壳体7由上半壳72和下半壳74组成。壳体部72、74沿一条分隔平面73相互抵靠。切换阀件16和/或分离件26以及或许有的铰接头28优选可以保持在分隔平面或交接面73中。
第一半壳72形成复位腔22、复位压力通道40、背压通道12和空气通道如空气供应通道15。第二壳体半壳74形成作动腔21、调节压力通道11、主空气通道13和另一个空气通道例如空气排出通道14。切换阀腔10由第一壳体半壳72和第二壳体半壳74共同形成。切换阀腔10与环形通道17流体连通，该环形通道形成在第一半壳72和第二半壳74 中。
在第一半壳72和第二半壳74之间的分隔平面73中设有用于将第一气动执行器20分成作动腔21和复位腔22的气动分离件26。可连接分离件26地形成的切换阀件16也布置在分隔平面73中。第一半壳72和第二半壳74例如可用螺钉(在图3中示出)彼此压紧以形成密封封闭。密封件77可布置在分隔平面73中以避免气动流体沿分隔平面73泄漏。密封件77例如可由一个或多个O形环实现。或者密封件77如图所示例如可与分离件26和/或切换阀件16一体形成。
参照图4所示的阀装置，第一气动切换阀用附图标记101表示，第二气动切换阀用附图标记201表示。在本实用新型阀装置的各不同实施方式中，第一切换阀101和/或第二切换阀201可以是根据本实用新型的气动切换阀。对于阀装置100的第一气动切换阀和第二气动切换阀101、201，与前述的气动切换阀相比，分别使用增加100和200 的附图标记。应当清楚的是，在阀装置的本实用新型的各不同实施方式中，两个切换阀都不是或者仅第一切换阀或仅第二切换阀是传统的气动切换阀。或者，第一气动切换阀和/或第二气动切换阀可以是各种不同的本实用新型气动切换阀。
图4示出具有两个气动切换阀的阀装置。根据一个优选实施方式，仅阀装置100 的第一切换阀件101被设计为根据本实用新型的气动切换阀件。根据另一实施方式，仅第二气动调节阀20如上所述地被设计为根据本实用新型的气动调节阀1。根据第三替代设计，第一气动调节阀1和第二气动调节阀201均能以根据本实用新型的气动调节阀形式构成。
关于本实用新型优选实施例的以下说明，将描述一个示例性的阀装置，在此，阀装置100的第一气动切换阀101利用节流宽度可变的控制节流阀42实现，如根据图2或图3的上述气动切换阀那样。此外例如假定，第二启动切换阀201用复位压力通道40 形成，在复位压力通道内设有具有恒定节流宽度的静态控制节流阀42，就像在以上关于图1a和图1b所述的实施方式中所述的一样。与图1a和图1b所示的在执行器无压力状态下处于第一关闭位置且关闭排气通道14、114的气动转换阀实施例不同，图1所草绘的第二调节阀在无压力状态下处于第二关闭位置，在第二关闭位置中空气供应通道 215被关闭。此外要假定，切换阀101、201的复位压力通道40提供在各自切换阀腔10 与各自复位腔22之间的气压连通。
图4所示的阀装置100是用于治疗辅助或代替人301的自然呼吸能力的呼吸装置300的一部分。人301配备有呼吸面罩302。面罩302可由第二气动执行器320如波纹管执行器供应，其通过第二主空气通道213中的气动工作压力p3被作动。
阀装置100向第二主空气通道213提供周期性变化的工作压力p3以作动使人301呼吸的第二气动执行器320。呼吸流体源310(通常也可称为气压源)被连接到第二切换阀201的第二空气供应通道215。取决于气动切换阀201的切换位置，第二主空气通道213 被连接至空气供应通道215以自气压源310供应工作压力p3。或者第二主空气通道213 在另一切换位置被连接到空气排出通道214以实现工作压力p3的排气和降低。
第二气动切换阀201具有用于连通至第二气动切换阀201的(第二)作动腔21(未详细示出)的第二调节压力通道211。第二切换阀201的第一控制压力p201存在于调节压力通道211中。如果在第二切换阀201处的第一控制压力超过可选的低(或高)的第一切换阈值压力pN(或pH)，则将第二气动切换阀201置于第二关闭位置。当第二切换阀201 的第一控制压力p1下降到低于预定的高(或低)的切换阈值压力值pH或pN时，将第二切换阀201置于第二关闭位置，从而进行空气排出通道213的排气。
第二切换阀201的第一控制压力p201对应于在第一切换阀101的第一主空气通道113处提供的工作压力p0。在第一气动切换阀101的第一切换位置中，第一主空气通道承受工作压力p0，该工作压力由在第一切换阀101的第一空气供应通道处的气动流体源的供应载体确定。在第一气动切换阀101的第二切换位置中，在第一主空气通道113 上的工作压力p0与压降区、特别是大气压patm持平，因为第一主空气通道103被连接至第一空气排出通道114。
第一控制压力p101通过在主空气通道113处输出的第一工作压力p0用气动自作动通道160来提供，气动自作动通道将第一主空气通道113连通至第一调节压力通道111。在第一自作动通道160中设有气动延迟件，其由体积储蓄器164和自作动节流阀162组成。
在自作动通道160中的气动延迟件造成了第一控制压力p101经历如下时间曲线，其与第一主空气通道113处的工作压力p0的时间曲线相比在时间上被移位。当第一气动切换阀1在其第一切换位置中将空气供应装置115连通至主空气通道103时，第一主空气通道103内的工作压力p0迅速升高大致至气动流体源110的供应压力的值。相比于工作压力p0的变化过程，第一作动切换阀101的第一控制压力p101的变化过程变慢，这是因为自作动节流阀162阻止第一控制压力p101的压力快速升高并且因为体积储蓄器164也对第一气动切换阀101的第一控制压力p101的变化具有延迟作用。蓄压器164 的体积通过节流阀162被缓慢填充并建立切换压力。
同时，与尤其可调节的节流阀162的流通量对应地，蓄压器164中的流体容量缓慢排出。相反，当在第一气动切换阀101的第二切换位置中该主空气通道113与第一空气排出通道114相连时，则工作压力p0迅速下降到压降区的压力、特别是大气压patm的水平。自作动节流阀162和体积储蓄器164又防止第一控制压力p101立即与第一工作压力 p0持平。体积储蓄器164还在一定时间内提供第一控制压力p101，其高于第一主空气通道113处的工作压力p0。可借助节流阀162来调设周期时间。
气动流体源110和310可以是相同的气动流体源或者可由相同的气动流体源(未示出)来供给。例如气动流体源110和310可由同一个氧气瓶供入，其中，气动流体中的氧含量可以至少为30体积％、尤其至少为50体积％、优选至少是90体积％。气动流体源的供应压力pQ尤其可以在1.2bar至3.0bar之间，例如为1.5bar±0.25bar。通常，气动流体源表示用于连接到第一和/或第二气动切换阀101、201的第一或第二空气供应通道115、215的气动流体的几个单独源。
在上述阀装置100中，气压源110和/或310被连接到第一阀115和第二阀215。与在前面的图1至图3中所示的气动切换阀一样，图4所示的作动切换阀101、201借助第一复位弹簧125和第二复位弹簧225被预紧。在控制腔21和复位腔22未被加压的或第一控制压力和第二控制压力基本相同的状态下，气动切换阀的切换位置由复位弹簧125、 225来确定。
在第一切换位置中，第一空气排出通道111被关闭。在第二气动切换阀201的情况下，通过第二复位弹簧225的复位作用在切换阀的静止位置中实现第二切换位置。就是说，在根据图4的第二气动切换阀201情况下，空气排出通道214被连接到第二主空气通道213，而无需对控制腔21和作动腔22供应压力。
因为自第一气动流体源110提供具有供应压力pQ的压缩空气，故第一切换阀的第一作动腔21处的第一控制压力p101可以通过自作动通道160被逐渐提高。当第一控制压力101上升到高于切换阈值压力值的值时，第一气动切换阀101从其第一关闭位置移动到第二关闭位置。然后，工作压力p0被加载到例如在第一空气排出通道114处的压缩空气降区的大气压。第一控制压力p101通过自作动通道缓慢下降。
在第一气动切换阀101的第一关闭位置中，复位腔22通过复位压力通道40与切换阀腔10相连，在该切换阀腔中也存在工作压力。由此，在第一控制压力1促使气动切换阀101变换至其第二切换位置(图5b)之前，第一控制压力101必须先超过高的切换压力pH(图5a)。
在第二切换或关闭位置中，压缩空气降区的压力特别是大气压patm存在于切换阀腔10中，从而在复位腔22中提供低复位力。由此，在第二气动切换阀201被促成从第二关闭位置又切换回第一关闭位置(图5a)之前，第一控制压力p101不必单纯降低高切换压力pH，而是还须降低明显较低的低切换阈值压力pN。
由于第二切换阀201的反向偏压，第二阀201的第一控制压力p201仅需超过低的切换压力阈值pN，以移动到第一切换位置，在该第一切换位置中第二工作压力p2主要由来自第二气动压力源13的供应压力pQ确定。相反，为了将第二气动切换阀201从第一切换位置移动到第二切换位置，加载于第二切换阀上的第二控制压力p2下降到低于高压切换阈值pH就够了。
上面的描述、附图和权利要求书所公开的特征不仅可以单独地、也可以在任何组合中对以各不同的设计实现本实用新型来说是有意义的。

Claims (22)

1.一种气动切换阀，所述气动切换阀具有切换阀腔(10)，三个空气通道(13,14,15,113,114,115,213,214,215)通入所述切换阀腔中，其中，这三个空气通道包括用于接收来自压缩空气供应源(70,110,310)的压缩空气的空气供应通道(15,115,215)、用于至少一个其它气动部件的进气和排气的主空气通道(13,113,213)和用于将压缩空气输出至压降区的空气排出通道(14,114,214)，其中，所述切换阀腔(10)内布置有切换阀件(16)以关闭所述空气供应通道或所述空气排出通道，并且所述气动切换阀还具有用于作动所述切换阀件(16)的第一气动执行器(20)，所述第一气动执行器利用分离件(26)在气压上被分为作动腔(21)和复位腔(22)，其中，在所述作动腔(21)中的第一控制压力(p1)与弹簧复位并且与所述复位腔(22)中的第二控制压力(p2)反向作用，其特征在于，所述复位腔(22)具有用于给所述复位腔(22)提供压缩空气的复位压力通道(40)和配备有排气节流阀(32)的背压通道(12,112,212)，所述背压通道用于向压降区输出压缩空气。
2.根据权利要求1所述的气动切换阀，其特征在于，所述复位压力通道(40)被连接至所述主空气通道(13,113,213)和/或所述空气供应通道(15,115,215)，和/或其中，所述复位压力通道(40)将所述切换阀腔(10)与所述复位腔(22)相连。
3.根据权利要求1或2所述的气动切换阀，其特征在于，在所述复位压力通道(40)中布置有用于调节所述第二控制压力(p2)的控制节流阀(42)。
4.根据权利要求3所述的气动切换阀，其特征在于，所述控制节流阀(42)具有可变的节流阀宽度。
5.根据权利要求1所述的气动切换阀，其特征在于，所述弹簧复位是能够调节的。
6.根据权利要求4所述的气动切换阀，其特征在于，所述第一气动执行器(20)和所述切换阀腔(10)被安装在同一壳体(7)中。
7.根据权利要求6所述的气动切换阀，其特征在于，所述切换阀腔(10)包括环形通道(17)，所述环形通道至少部分沿周向包围所述切换阀件(16)，所述环形通道与所述主空气通道(13,113,213)和所述空气供应通道(15,115,215)和/或所述空气排出通道(14,114,214)流体连通。
8.根据权利要求7所述的气动切换阀，其特征在于，用于向所述作动腔(21)提供压缩空气的调节压力通道(11,111,211)、所述背压通道(12,112,212)、所述主空气通道(13,113,213)、所述空气排出通道(14,114,214)还有所述空气供应通道(15,115,215)均在所述壳体(7)的相同的外侧连接面(76)上敞口。
9.根据权利要求1所述的气动切换阀，其特征在于，所述空气排出通道(14,114,214)用于将压缩空气输出至大气。
10.根据权利要求1所述的气动切换阀，其特征在于，所述背压通道(12,112,212)用于向大气输出压缩空气。
11.根据权利要求4所述的气动切换阀，其特征在于，所述控制节流阀(42)包括活动节流件(44)。
12.根据权利要求11所述的气动切换阀，其特征在于，所述活动节流件(44)是平头螺钉。
13.根据权利要求5所述的气动切换阀，其特征在于，所述第一气动执行器(20)的复位弹簧(25,125,225)包括调节机构，用于调节复位力的最小下限阈值，所述最小下限阈值至少抵抗所述作动腔内的所述第一控制压力。
14.根据权利要求6所述的气动切换阀，其特征在于，所述壳体(7)包括至少两个或恰好两个壳体部(72,74)，所述切换阀件(16)和/或所述分离件(26)被保持在所述壳体部之间。
15.根据权利要求7所述的气动切换阀，其特征在于，所述切换阀腔(10)包括完全沿周向包围所述切换阀件(16)的环形通道(17)。
16.根据权利要求15所述的气动切换阀，其特征在于，所述复位压力通道(40)将所述复位腔(22)与所述环形通道(17)相连。
17.根据权利要求8所述的气动切换阀，其特征在于，所述控制节流阀(42)包括活动节流件(44)，在所述连接面(76)处布置有用于所述活动节流件(44)的操作机构(46)。
18.一种阀装置，所述阀装置(100)包括两个气动切换阀(1,101,201)，其中，所述两个气动切换阀(1,101,201)中的至少一个气动切换阀根据权利要求1来设计，其中，第一切换阀(1,101)的主空气通道(13,113)被连接到用于给第二切换阀(1,201)的作动腔(21)提供压缩空气的调节压力通道(11,211)，其特征在于，所述第一切换阀(1,101)的所述主空气通道(13,113)通过自作动通道(160)被连接至用于提供压缩空气给所述第一切换阀(1,101)的作动腔(21)的调节压力通道(11,111)。
19.根据权利要求18所述的阀装置，其特征在于，所述自作动通道(160)包括气动延迟件。
20.根据权利要求19所述的阀装置，其特征在于，所述气动延迟件包括体积储蓄器(164)和/或自作动节流阀(162)。
21.一种呼吸系统，所述呼吸系统用于气囊呼吸，其特征在于，所述呼吸系统(300)包括根据权利要求18所述的阀装置。
22.根据权利要求21所述的呼吸系统，其特征在于，所述主空气通道(13,213)被连接至用于对气囊施加作用的第二气动执行器(320)，其中，所述阀装置(100)被设立用于向所述第二气动执行器(320)周期性地供应压缩空气。
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