DD254524A1

DD254524A1 - Rechnergesteuertes ventil

Info

Publication number: DD254524A1
Application number: DD86297558A
Authority: DD
Inventors: Rainer Gasch
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1986-12-15
Publication date: 1988-03-02
Also published as: DE3724527A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein rechnergesteuertes Ventil fuer pneumatische Durchfluesse, das hauptsaechlich als Inspirationsventil in der Beatmungs- und Narkosetechnik aber auch auf anderen Gebieten der pneumatischen Steuerungstechnik angewendet wird. Erfindungsgemaess ist ein rotatorischer Flachschieber aus einer Ueberstroemplatine und einer Ein- und Ausstroemplatine gebildet, welche gegeneinander gepresst sind und dass die Beruehrungsflaechen zwischen der Ueberstroemplatine und der Ein- und Ausstroemplattine zum einen aus den ringfoermigen aeusseren Dichtflaechen und zum anderen aus den den radial verlaufenden Einstroemschlitz umgebenden inneren Dichtflaechen der Ein- und Ausstroemplatine und der mit einer spiralfoermigen Abdeckkante versehenen inneren Dichtflaeche der Ueberstroemplatine gebildet sind. Dabei sind die Ueberstroemplatine und die Ein- und Ausstroemplatine bevorzugt aus einem oxidkeramischen Material gefertigt.

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein rechnergesteuertes Ventil für pneumatische Durchflüsse, das durch einen Schrittmotor angesteuert wird. Die Anwendung erfolgt hauptsächlich als Inspirationsventil in der Beatmungs- und Narkosetechnik. Die Erfindung kann aber auch in der Schweißtechnik sowie auf anderen Gebieten der pneumatischen Steuerungstechnik angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt ist ein Ventil für Atmungsgeräte, bei welchem mittels Membranen die Öffnungen im Inspirations- bzw. Exspirationsstutzen geöffnet bzw. geschlossen werden (DD-PS 112077). Nachteilig bei diesen pneumatischen Auf-Zu-Ventilen ist, daß eine analoge Beeinflussung des Gasstromes nach den verschiedensten Beatmungsmustern, wie z. B. Flow, nicht zu realisieren ist.

Weiterhin ist eine Lösung bekannt, in welcher ein Balg zur Druckreduzierung und -konstanthaltung sowie zur Speicherung des Inspirationsgases eingesetzt wird (Service-Handbuch zum Servo-Ventilator 900 B). Dabei wird das entspannte Gas mit Hilfe eines Schlauchquetschventils dosiert, das von einem Schrittmotor angesteuert und über einen Volumenstromsensor vom Mikrorechner geregelt wird. Nachteile dieser Lösung sind die relativ großen zu variierenden Durchlaßquerschnitte im Ventil, die dadurch eingeschränkte Dynamik, die Abhängigkeit von der Genauigkeit des Durchflußmessers und der große Platzbedarf der Gesamtlösung.

Eine weitere Lösung besteht aus einem mit großer Präzision gefertigten Kugelventil, das mit einem translatorischen Positionierantrieb kompakt gekoppelt ist. Der Positionierantrieb besteht aus einem Tauchspuimotor und einem speziellen Wegemeßsystem, die zusammen mit einem Mikrorechner den Lageregelkreis bilden. Unter Berücksichtigung des mit einem eingebauten Drucksensor gemessenen Vordruckes steuert der Rechner den Antrieb derart, daß jeder Ventilposition ein definierter Gasdurchfluß zuzuordnen ist (Entwicklung eines elektrisch steuerbaren Inspiraionsventils für Beatmungsgeräte — Forschungsbericht 1984).

Nachteile dieser Lösung sind der relativ hohe Kraftaufwand beim Öffnen gegen den Vordruck, die hohe erforderliche Präzision der Fertigung von Ventilsitz, Kugel und Stößelführung und die spezielle Fertigung von Wegemeßsystem und Antrieb.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein rechnergesteuertes Ventil zu entwickeln, das die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet und durch seinen einfachen, konstruktiven Aufbau eine hohe Stelldynamik und Auflösung ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein rechnergesteuertes Ventil zu schaffen, das direkt mit einem Positionierantrieb gekoppelt werden kann und das durch seinen konstruktiven Aufbau eine gewünschte Öffnungskennlinie ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem zyiinderförmigen Gehäuse ein rotatorischer Flachschieber aus einer Überströmplatine und einer Ein- und Ausströmplatine gebildet ist. Die Überströmplatine ist in einer Mitnehmerkappe durch ein Axialkugellager drehbar und axial fixiert. Die Ein-und Ausströmplatine ist axial beweglich und tangential fixiert und in einer

Ausströmkappe befestigt. Die Ein- und Ausströmplatine ist dabei über einen Zylinderstift mit der Überströmplatine drehbar verbunden. In der Ausströmkappe ist ein Ein- und ein Ausströmrohr angeordnet. Durch einen Federbügel, dessen Vorspannung durch Stellschrauben einstellbar ist, ist die Ein- und Ausströmplatine gegen Verdrehung fixiert und gegen die Überströmplatine gepreßt. Die Berührungsflächen zwischen der Überströmplatine und der Ein- und Ausströmplatine sind zum einen aus den ringförmigen, äußeren Dichflächen und zum anderen aus den den radial verlaufenden Einströmschlitz umgebenden inneren Dichtflächen der Ein- und Ausströmplatine und der mit einer spiralförmigen Abdeckkante versehenen inneren Dichtfläche der Überströmplatine gebildet.

Dabei sind die Überströmplatine und die Ein- und Ausströmplatine bevorzugt aus einem oxidkeramischen Material gefertigt. Es ist auch zweckmäßig, daß die Überströmplatine mit einem Positionierantrieb (nicht gezeichnet) verbunden ist. Der Steuereffekt wird durch eine den Einströmschlitz mehr oder weniger verdeckende spiralförmige Fläche in der Überströmplatine erzielt. Diese Fläche bildet zusammen mit der Fläche um den Einströmschlitz die innere Dichtfläche, während die Ringflächen die äußere Dichtfläche bilden.

Ausführungsbeispiei

Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Figur 1: Rechnergesteuertes Ventil

Figur 2: Überströmplatine — Draufsicht

Figur 3: Überströmplatine — Schnitt

Figur 4: Ein-und Ausströmplatine — Schnitt

Figur 5: Ein-und Ausströmplatine — Draufsicht

Figur 6: Ein-und Ausströmplatine — Schnitt

Figur 7: Ein-und Ausströmplatine — Draufsicht

Figur 8: Überströmplatine — Draufsicht

Figur 9: Überströmpiatine — Schnitt

Wie in Figur 1 dargestellt, ist in einer Mitnehmerkappe 1 durch ein Axialkugellager 2 eine Überströmplatine 3 drehbar und axial fixiert. Mit der Überströmplatine 3 ist über einen Zylinderstift 4 eine Ein- und Ausströmplatine 5 drehbar verbunden. Die Ein- und Ausströmplatine 5 ist axial beweglich und tangential fixiert. Beide Platinen und die sie befestigenden Teile sind in einem Gehäuse 6 angeordnet. Die Ein- und Ausströmplatine 5 ist in einer Ausströmkappe 7 befestigt.Durch einen Federbügel 8, dessen Vorspannung durch Stellschrauben 9 einstellbar ist, wird die Ein- und Ausströmplatine 5 gegen Verdrehung fixiert und gegen die Überströmplatine 3 gepreßt. In der Ausströmkappe 7 ist auch ein Einströmrohr (nicht gezeichnet) und ein Ausströmrohr 10 angeordnet. Die Berührungsflächen zwischen der Überströmplatine 3 und der Ein- und Ausströmplatine 5 werden zum einen aus den ringförmigen äußeren Dichtflächen 11 und zum anderen aus den einen radial verlaufenden Einströmschlitz 15 umgebenden inneren Dichflächen 14 der Ein- und Ausströmplatine 5 und der mit einer spiralförmigen Abdeckkante 13 versehenen inneren Dichtfläche 12 der Überströmplatine 3 gebildet.

Aus Figur 2 und 3 ist die Gestaltung der Überströmplatine 3 und aus Figur 4 und 5 ist die Gestaltung der Ein-und Ausström platine 5 ersichtlich.

Die äußeren Dichtflächen 11 der Überströmplatine 3 und der Ein- und Ausströmplatine 5 sind deckungsgleich. Die inneren Dichtflächen 14 der Ein- und Ausströmplatine 5 umschließen den Einströmschlitz 15 in ausreichender Breite. Außerdem werden die inneren Dichtflächen 14 von einer entsprechenden Fläche auf der Überströmplatine 3 überdeckt. Die Flächengröße und die Form des Einströmschlitzes 15 werden durch die Druckdifferenz, den maximalen Durchfluß und die gewünschte Kennlinie bestimmt. Weiterhin istdie Gestaltung der Abdeckkante 13 in derÜberströmplatine 3 von der gewünschten Kennlinie abhängig. Die in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Struktur der Platinen ist relativ einfach herstellbar und ermöglicht bei dem Medium Luft eine zwischen 10% und 90% Öffnung lineare Kennlinie.

In den Figuren 6,7,8 und 9 ist ein Platinenpaar dargestellt, das eine lineare Kennlinie im Gesamtbereich der Öffnung sowie eine größere Auflösung ermöglicht. Außerdem wird durch die Vergrößerung der Ausströmöffnung 16 eine Verringerung der Vorspannung und damit der Verstellkräfte ermöglicht.

In der Nullstellung (Ventil geschlossen) überdeckt die innere Dichtfläche 12 der Überströmplatine 3 den Einströmschlitz 15 und die innere Dichtfläche 14 der Ein- und Ausströmplatine 5 vollständig. Beim Verdrehen der Überströmplatine 3 wird durch den sich über dem Drehwinkel ändernden Radius der Abdeckkante 13 der Einströmschlitz 15 mehr oder weniger freigegeben, wodurch sich die Durchlaßöffnung und damit der Durchfluß ändern. Das Medium strömt dann durch das Einströmrohr (nicht gezeichnet), den Einströmschlitz 15, den Hohlraum zwischen der Überströmplatine 3 und der Ein- und Ausströmplatine 5 und die Ausströmöffnung 16zum Ausströmrohr 10. Entsprechend dem zwischen beiden Platinen entstehenden maximalen Flächendruck wird die Vorspannung mit Hilfe der Stellschrauben 9 gerade so groß eingestellt, daß über den äußeren Dichtflächen 11 bzw. im geschlossenen Zustand über die inneren Dichtflächen 12,14 kein Medium strömt. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind in folgendem begründet:

Die innere und die äußere Dichtheit wird durch hohe Ebenheit und geringe Oberflächenrauhigkeit dieser Dichtflächen erreicht, wobei eine Langzeitstabilität dieser Werte durch die große Härte des oxidkeramischem Materials gewährleistet wird. Die Verwendung von oxidkeramischen Material für die Ein- und Ausströmplatine 5 und die Überströmplatine 3 ermöglicht eine rationelle Fertigung und gewährt eine hohe Lebensdauer bei Erhaltung der medizinischen und hygienischen Anforderungen. Weiterhin können geringe Verstellkräfte durch optimale Abstimmung von Druck, druckbelasteter Flcähe und Vorspannung erzielt werden.

Die Kopplung der Überströmplatine mit dem Positionierantrieb kann direkt über eine spielfreie Kupplung erfolgen. Zur Erzielung einer höheren Auflösung ist jedoch auch eine indirekte Kopplung des rotatorischen Flachschiebers mit dem Positionierantrieb über Getriebe möglich.

Claims

1. Rechnergesteuertes Ventil für pneumatische Durchflüsse, angesteuert durch einen Schrittmotor, gekennzeichnet dadurch, daß-in einem zyiinderförmigen Gehäuse (6) ein rotatorischer Flachschieber aus einer Überströmplatine (3) in einer Mitnehmerkappe (1) durch ein Axialkugellager

(2) drehbar und axial fixiert ist und aus einer Ein- und Ausströmplatine (5) gebildet ist, die axial beweglich und tangential fixiert ist und über einen Zylinderstift (4) mit der Überströmplatine (3) drehbar verbunden, in einer Ausströmkappe (7) befestigt ist, in welcher ein Einströmrohr und ein Ausströmrohr (10) angeordnet sind, daß durch einen Federbügel (87, dessen Vorspannung durch Stellschrauben (9) einstellbar ist, die Ein- und Ausströmplatine (5) gegen Verdrehung fixiert und gegen die Überströmplatine (3) gepreßt ist und daß die Berührungsflächen zwischen der Überströmplatine (3) und der Ein- und Ausströmplatine (5) zum einen aus den ringförmigen äußeren Dichtflächen (11) und zum anderen aus den den radial verlaufenden Einströmschlitz (15) umgebenden inneren Dichtflächen (14) der Ein- und Ausströmplatine (5) und der mit einer spiralförmigen Abdeckkante (13) versehenen inneren Dichtfläche (12) der Überströmplatine (3) gebildet sind.

2. Rechnergesteuertes Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Überströmplatine

(3) und die Ein- und Ausströmplatine (5) aus einem oxidkeramischen Material gefertigt sind.

3. Rechnergesteuertes Ventil nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Überströmplatine (3) mit einem Positionierantrieb (nicht gezeichnet) verbunden ist.