DD139923A3 - Vorrichtung zur dosierung gasfoermiger oder fluessiger medien,vorzugsweise solcher fuer selbsttaetige atemgeraete,insbesondere fuer anaesthesie,reanimation und therapie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Speisung konditionierten Atemgases von selbsttätigen Atemgeräten, insbesondere für Anästhesie und Wiederbelebung. Sie ermöglicht die Durchführung einer kontrollierten Beatmung und die zyklische Beförderung eines von der Atemfrequenz abhängigen Volumens gashaltigen Gemisches in die Lunge des Patienten. Eine in der Steuervorrichtung angeordnete Membranpumpe bewirkt eine Potentialtrennung eines Steuerkreises vom Leistungskreis, der ζ. B. ein Atemkreis sein kann. Der Steuerprozeß der in ihm fließenden Medien wird durch Frequenz, Widerstand, Taktverhältnis und Eingangsdruck mittels einfacher und wartungsarmer Schaltungstechniken reguliert. Diese beinhalten eine für impulsmodulierende Wirksamkeiten ausgelegte Taktgebereinheit, welche logisch geschaltet mit der Membranpumpe signalverknüpft ist. Durch entsprechende konstruktive Maßnahmen kann ein impulsgedämpfter Förderstromfluß erzeugt, aber auch die Einsaugphase und die Druckphase gleichzeitig wirksam werden. Letztere erhöht die Einsatzfähigkeit der Steuervorrichtung, indem eine Dosierung von Infusionslösungen oder Narkotika realisierbar sind.

Description

Vorrichtung zur Dosierung gasförmiger oder flüssiger Medien,

vorzugsweise solcher für selbsttätige Atemgeräte, insbesondere für Anästhesie, Reanimation und Therapie

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung gasförmiger oder flüssiger Medien, vorzugsweise solcher für selbsttätige Atemgeräte, insbesondere für Anästhesie, Reanimation und Therapie» Sie ermöglicht die Versorgung von Einrichtungen für die Durchführung einer automatischen Beatmung; durch die zyklische Beförderung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, da3 als Zumischung zum Atemgas oder direkt als solches für den Patienten genutzt wird_o

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es ist eine Vorrichtung bekannt, die eine große mit Kolben und Blasebalg versehene Pumpe besitzt, die abwechselnd

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über ein Getriebe betätigt wird, um Luft unter Druck zyklisch einer Kammer zuzuliefern bzw· aus derselben herauszuziehen· Mittels der Druckwirkung wird ein in der Kammer angeordne7 ter Ballon beeinflußt, so daß über Einrichtungsventile ein in ihm eingeströmtes gasförmiges Medium befördert wird. Hierbei zeigte sich, daß die der Kammer zugelieferte Luft, welche den Ballon einschließt,, den Druck nicht den Erfordernissen entsprechend, also anfänglich sehr graduell und dann sehr schnell, anwachsen läßt, so daß die Bedingungen für das Einblasen eines gashaltigen Mediums, beispielsweise in ein selbsttätiges Atemgerät, mit Hilfe einer Kolbenpumpe in der wünschenswerten Form nicht erreicht werden· Selbst eine vorhandene Einstellbarkeit zur Anpassung an verschiedene Fälle schafft die Einhaltung günstiger Bedingungen nur bei größter Kompetenz und Aufmerksamkeit sowie durch Beratung mittels Tabellen und anderer Unterlagen«, Besonders dann, wenm bisweilen durch das plötzliche Auftreten von Notumständen eine für den Patienten sich einstellende Gefahr abzuwenden ist oder wenn mit sich ändernder Atemfrequenz die Gasmenge des in der Zeiteinheit zugeführten gasförmigen Mediums un* verändert bleiben soll·

Es ist auch ein mit einem Drehkolben versehenes Pumpengetriebe mit zugeordneter Ventilvorrichtung bekannt, das mit einer günstigeren volumetrischen Steigerung die Luft zyklisch der Ballonkammer zuführen soll· Die Ventilvorrichtung umfaßt einen mit dem Getriebe verbundenen Verteiler, der in Phase und synchron mit der Umdrehungsbewegung des Drehkolbens be-

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trieben die den Ballon umschließende Kammer mit einer Druckleitung oder mit einer Saugleitung verbindet· Der trieb des Pumpengetriebes erfolgt mittels Elektromotor, dessen Geschwindigkeit die Pulsierungsfrequenz bestimmt. Die über eine Getriebewelle mit einem Triebwerk verbundene Pumpe bewirkt einen wechselhaften Druckauf- und -abbau in der Ballonkammer, wodurch das gasförmige Medium in dem Ballon eingesaugt oder aus ihm gedrückt wird· Die den Ballon mit dem Atemgerät verbindenden Leitungen sind ein- und ausgangsseitig mii je einem Ventil versehen, die den Fluß des gasförmigen Mediums in die vorgegebene Richtung sichern· Zwei weitere Ventile sind zwischen dem Verteiler und der Ballonkammer angeordnet, die eine Überschreitung vorbestimmter Kammerdrücke (positiv und negativ) verhindern. Mit dieser Ventilsteuerung wird beabsichtigt, einerseits ein gleichbleibendes Druckdifferential zwischen der Einlaufleitung und dem Inneren des Ballons zu schaffen, andererseits den Zustrom eines von der Pulsierung unabhängigen gasförmigen Mediums von gleichbleibender ^enge in der Zeiteinheit zu gewährleisten·

Die Kontakthaltung Jenes Druckdifferentials bzw. der Gas_r menge ist jedoch von der Präzision der Drehkolbenpumpe abhängig, weil sich die Passung und Abdichtung nur mit Schwierigkeiten erzielen läßt. Eine Vernachlässigung von Eeibungs-. kräften und Leckverlusten kann jedoch auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Kolbens und bei niedrigen positiven und negativen Drücken nicht hingenommen werden, da bei

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einem in Serie gefertigten Pumpengetriebe nicht nur die für die Bewegung des Kolbens erforderliche Kraftdifferenz unterschiedlich sein wird, sondern auch die Ventilsteuerung; mit uneinheitlichen Druckniveau arbeitet· Die hieraus abzu^ leitenden funktioneilen Schwierigkeiten wachsen natürlich mit steigender Pulsierungsfrequenz, ebenso wie die bei er^ höhter Anwendung, denm Kolbenpumpen eignen sich nicht für sehr schnelle und umfangreiche Netzwerke, wie sie z· B. in den heutigen Atemgeräten realisiert sind. Zudem gestatten die bekannten Vorrichtungen nur einen Transport gasförmiger Medien, so daß ihre Anwendung vorbehaltlich auf eine Einspeisung konditioniert en Atemgases begrenzt ist*

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile der bekannten Vorrichtungen· Der Zweck der Erfindung besteht noch darin, daß unter Verwendung einfacher und wartungs·^ armer pneumatischer und elektrischer Schaltungstechniken eine dem jeweiligen Erfordernis entsprechende Dosierung gasförmiger oder flüssiger Medien möglich ist, die bei7 spielsweise ein Atemgas oder Gasgemisch, eine Infusions7 lösung oder ein Narkotika sein können_o Es ist deshalb Auf7 gäbe der Erfindung, eine Vorrichtung und eine ihr zugeordnete Membranpumpe mit einstellbarem Förderstrom zu ent7 wickeln, die unabhängig von dessen gasförmigen oder flüs-, sigen Aggregatzustand durch Frequenz, Widerstand, Taktverhältnis oder Eingangsdruck regulierbar sein soll·

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Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die Erfindung umfaßt eine Potentialtrennung eines Steuerkreises von einem Leistungskreis mittels einer pneumatisch oder elektrisch steuerbaren Membranpumpe, die einerseits über einen verstellbaren Widerstand sowie einen Tor-Baustein mit einer separaten Taktgebereinheit oder dem Impulsgeber mit einstellbarem Taktverhältnis der Steuerung eines Atemgerätes verbunden ist und die andererseits über eine Einlaß- und eine Auslaßleitung eine Verbindung mit dem Förderstrom-Kreislauf aufweist, in dem stromrichtungsabhängige Widerstände oder· Dioden angeordnet sind. Es ist zv/eckmäßig, die Taktgebereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als logisch verknüpfte Schalteinheit auszubilden, in welcher der Taktgeber signalverbunden an zwei verstellbare für die Wahl der Takt-Frequenz und des Taktverhältnisses bestimmte Elemente bekannter Ausführung gekoppelt ist, so daß die Schalteinheit einen durch Frequenz und Taktverhältnis modifizierten Förderstromfluß ermöglichte Dieser kanm auch über einen zwischen Membranpumpe und Schalttor angeordneten Widerstand reguliert werden» Eine vorteilhafte Lösung für beispielsweise zu dosierende Infusionslösungen und Narkotika ist gegeben, wenn während der Einsaugphase auch die Druckphase anliegt, d.h., ein ständiger Förderdruck erzeugt wird. Die Wirksamkeit wird erreicht, indem die Einlaß- und Auslaßleitung als Doppelleitungen ausgebildet sind, von denen je eine gleichfalls

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über stromrichtungsabhängige Widerstände oder Dioden geführt in zwei Membrankammern einer Doppelmembransteuerung einmünden· .

Pur den Fall eines impulsgedämpften Förderstromes kann die von der Taktgebereinheit über einen Verstärker Signal führende Geberleitung in drei Zweigleitungen unterteilt sein, die unter Zwischenschaltung je einer EC-Kombination und eines Schwellwertschalters mit separat wirkenden Membranpumpen signalverknüpft sind. Die aus einer verstellbaren Drossel und einem Volumenbaustein bestehenden RC-Kombinationen sind in Verbindung mit den ihnen zugeordneten Schwellwertschaltern so eingestellt, daß die impulsgedämpfte Wirksamkeit erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dosierung gasförmiger oder flüssiger Medien sowie die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zeigen einen einfachen Aufbau und offenbaren den vorteilhaften Baukastencharakter. Sie gewährleisten eine optimale Einstellmöglichkeit der Förderstromverstellung, und zwar groß durch Frequenz und fein durch Widerstand, Taktverhältnis oder die Eingangsdruckregelung.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung ist nachstehend erläutert und wird in den zugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1: eine Membranpumpe mit pneumatisch betriebenen Steuerteil,

Fig. 2: die Ausführung nach Fig. 1, elektrisch betrieben,

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Pig· 3x eine Doppelmembranpumpe mit elektrischer Ansteuerung und

Big. 4t eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Steuervorrichtung für impulsgedämpften Förderstrom»

Bei der in Pig· 1 dargestellten Vorrichtung ist mit 1 eine Membranpumpe bezeichnet, deren Membran 2 eine Potentialtrennung eines Steuerkreises von einem Leistungskreis bewirkt· Der Leistungskreis kann ein Flüssigkeitskreislauf oder beispielsweise ein Atemkreislauf sein, in dem vorzugsweise ein Förderstrom gemischten Atemgases bewegt wird« Dieser Leistungskreis umfaßt eine Membrankammer 3 mit einer Bückstellfeder 37, deren Einlaßleitung 4 und Auslaßleitung 5 mit je einem stromrichtungsabhängigen Widerstand 6, 7 versehen ist· Steuerseitig ist die Membranpumpe über einen Widerstand 8 und einen Tor--Baustein 9 mit einem Taktgeber 10 signalverknüpft, der zwei einstellbare für die Wahl der Takt-Frequenz und des Taktverhält·; nisses bestimmte Elemente 11, 12 besitzt«. An Stelle der von, dieser separaten Schalteinheit erzeugten impulsförmigen Signale können auch die von einem Impulsgeber der Steuerung eines Atemgerätes (nicht gezeichnet) erzeugten zur Ansteue7 rung der Membran 2 benutzt werden» Der Widerstand 8 ist so ausgelegt, daß er einmal Schwankungen des Hilfsdruckes und der Signalamplitude dämpft und zum anderen das Zeitverhalten und die Menge des Förderstromes zu beeinflussen erlaubt©

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Schließlich ist die Auslaßleitung 5 in zwei oder mehrere Zweigleitungen 39 aufgespaltet, in denen Widerstände 13, unterschiedlicher Größe zuschaltbar sind· Mit ihnen werden unterschiedliche Volumia V^, V₂, V, eines Mediums dosiert, die beispielsweise infusioniert werden. Der Mengendurchsatz eines Mediums in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf ist vom eingestellten Wirkdruck abhängig, der seinerseits durch die Frequenz und das Takt-, verhältnis sowie durch die Widerstandsverstellung und die Eingangsdruckregelung bestimmt wird· Die Funktionen der verwendeten Logikbausteine sind bekannt, so daß sie hier nicht näher beschrieben sind₀

Fig· 2 zeigt eine elektrisch betriebene Membranpumpe 15, an deren Membran 2 ein Eisenkern 16 befestigt ist, der in Abhängigkeit vom gesteuerten Strom in eine Spule 17 eintaucht· Diese ist an einen Ein-Aus-schalter 18 angeschlossen, der mit der aus Taktgeber 10 und den Elementen 11, bestehenden pneumatisch oder elektronisch arbeitenden Schalteinheit signalverknüpft ist, .

Der am Ein-Ausschalter 18 mit einer Spannung von z· B· 24 Volt anliegende Strom durchfließt beim Schaltzustand "Ein" die Spule 17» in die entsprechend der Stromstärke der mit der Membran 2 verbundene Eisenkern 16 entgegen der Kraft der Feder 37 eintaucht» Durch die Membranbewegung nach links und im stromlosen Zustand unter der Federkraftwirkung wieder

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nach rechts entsteht die Pumpenwirkung» Es besteht folglich ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Förderstrom und dem vom Eisenkern 16 erzielten Wirkdruck einerseits sowie zwischen diesen und der Stromführung in der Spule 17 andererseits» Die Punktion der Eingangsdruckregelung am Beispiel 1 übernimmt hier die Stromführung» In Pig» 3 wird ein Doppelmembranantrieb mit einfachen Mitteln erreicht, indem der Eisenkern: 16 entsprechend der Stromfturning in der Spule 19 unmittelbar zugleich auf zwei Membranen 20, 21 wechselseitig einwirkt» Die durch die Federn 37 in der Nullstellung fixierten Membranen 20, 21 verschließen die Kammerm 22, 23, die mit Zweigleitungen 24, 25 und 26, der Einlaßleitung 4 und der Auslaßleitung 5 verbunden sind» In diese sind stromrichtungsabhängige Widerstände 6, 7 geschaltet, durch welche bei gleichzeitig erfolgender Saug-Druck-Wirkung das entsprechende Medium fließt· Die durch die Stromführung der Spule 19 gesteuerte Membranbewegung erfolgt auch hier gemäß den Ausführungen-zu Pig· 2» Auch die für einen impulsgedämpften Förderstrom bestimmte Vorrichtung, wie sie in Fig· 4 dargestellt ist, weist einen einfachen und doch wirkungsvollen Aufbau auf» Jede der drei parallel geschalteten Membranpumpen 1 ist unter Zuordnung stromrichtungsabhängiger Widerstände 6, 7 mit für Ein- und Auslaß des Pörderstromes bestimmten Zweigleitungen versehen, die von einer Einlaßleitung 4 abgehen bzw» in eine Auslaßleitung 5 einmünden· Der aus dem Taktgeber 10 und den

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beiden Elementen 11, 12 bestehenden Schalteinheit ist ein Verstärker 28 nachgeschaltet, dessen von ihm abgehende, ein pneumatisches - gegebenenfalls auch elektrisches Signal führende Geberleitung 29 sich in drei Zweigleitungen 30, 31, 32 aufspaltet. In diese ist zunächst je eine aus einer verstellbaren Drossel 33 und einem .Volumenbaustein bestehende RCWKombination geschaltet, der in Reihe nachgeordnet ein Schwellwertschalter 35 folgt, dessen Ausgang an die jeweilige Vorkammer 36 der Membranpumpe 1 angeschlossen ist· Drossel 33, Volumenbaustein 34 und Schwellenwertschalter 35.bilden jeweils ein Zeitglied, das es ermöglicht die Impulse der Schalteinheit (10, 11, 12) nach der Verstärkung unterschiedlich und beliebig wählbar verzögert an die Membranpumpe 1 zur Bewegung der Membran 2 nach rechts weiterzugeben* Ihre Rückstellung erfolgt bei vom Schwellwertschalter 35 ausgelöstem Hullsignal durch eine Feder 37, die in der Membrankammer 3 der jeweiligen Membranpumpe 1 angeordnet ist_e Mit diesem in Fig« 4 vorgestellten Aufbau ist es möglich, gezielte Impulsfolgen bzw· Glättungseffekte des Volumenstromes zu realisieren·

Claims (1)

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Erfindungsanspruch.:

1_# Vorrichtung zur Dosierung gasförmiger oder flüssiger Medien, vorzugsweise solcher für selbsttätige Atemgeräte, insbesondere für Anästhesie, Reanimation und Therapie, mit einem Steuerkreis, der auf einen von ihm getrennten Leistungskreis einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis potential vom Leistungskreis mittels einer pneumatisch oder elektrisch steuerbaren Membranpumpe (1; 15) getrennt ist, die einerseits über einen verstelL-baren Widerstand (8) sowie einen Tor-Baustein (9) mit einer separaten Taktgebereinheit (10, 11, 12) oder einem Impulsgeber mit einstellbarem Taktverhältnis (nicht gezeichnet) einer Steuerung eines Atemgerätes verbunden ist und die andererseits über eine Einlaßleitung (4) und eine Auslaßleitung (5) eine Verbindung mit dem Förderst rom-Kr eis lauf (38) aufweist, in dem stromrichtungsabhängige Widerstände oder Dioden (6, 7) angeordnet sind.

2# Vorrichtung nach Punkt 1,'dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgebereinheit (10, 11, 12) eine logisch verknüpfte Schalteinheit ist, in welcher der Taktgeber (10) zwei für die Wahl der Takt-Frequenz und des Taktverhältnisses bestimmte Elemente (11, 12) bekannter Ausführung besitzt»

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3« Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wirksamkeit eines ständigen Förderdruckes die Einlaß- und Auslaßleitungen (4, 5) als Doppelleitungen (24, 25, 26, 27) ausgebildet sind, von denen je eine gleichfalls über stromrichtungsabhängige Widerstände (6» 7) geführt.in zwei Membrankammern (22, 23) eines Doppelmembranantriebes einmünden_e

4* Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines impulsgedämpften Förderstromes mehrere Membranpumpen (T) parallel geschaltet sind, daß der Taktgebereinheit (10, 11, 12) ein Verstärker (28) nachgeschaltet ist, dessen von ihn abgehende signalführende Geber leitung (29) sich in mehrere Zweigleitungen (30, 31, 32) aufspaltet, die mit aus einem verstellbaren Widerstand (33) und einem Volumenbaustein (34) bestehenden RC-Kombinationen und in Reihe diesen nachgeordnet mit je einem Schwellwertschalter (35) versehen sind, dessen. Ausgang mit der jeweiligen Vorkammer (36) der Membranpuni7 pen (1) verbunden ist»

5'· Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (5) in zwei öder mehrere Zweigleitungen (39) aufgespaltet ist, in denen Widerstände .(13, 14) unterschiedlicher Größe zuschaltbar sind.

6* Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Membran (2) oder bei Doppelmembranantrieb die Membranen (20, 21) an einem Eisenkern (16) befestigt sind, welcher in Abhängigkeit von gesteuerten Strom sich in einer Spule (17» 19) bewegt, die über einen mit der Stromquelle verbundenen Ein-Ausschalter (18) an die Taktgebereinheit (10, 11, 12) angeschlossen ist»

7e Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpen (1, 15) mit einer Feder (37) versehen sind, die als Zug^ oder Druckfeder ausgebildet mit der Membran (2, 20, 21) verbunden oder befestigt ist,

8» Vorrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Kombinationen (33, 34) und die Schwellwertschalter (35) Zeitglieder sind, die eine unterschiedliche, in ihrer Impulswirksamkeit verzögerte Einstellung aufweisen«

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