DE102019003607A1 - Ventilanordnung für eine Beatmungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Ventilanordnung (11, 11') für eine Beatmungsvorrichtung (27) angegeben. Es sind Stellventile zu einer Zuführung unterschiedlicher Druckniveaus an eine Ventilscheibe (3) vorgesehen, um diese Ventilscheibe (3) in Relation zu einem Ventilsitz (4) pneumatisch zu bewegen. Die Stellventile (21, 22) weisen piezoelektrische Elemente auf. Eine Kombination von Stellventilen, Ventilscheiben (3) und Ventilsitzen (4) ermöglicht die Ausbildung eines Inspirationsventils (11') wie auch eines Exspirationsventils (11) für eine Beatmungsvorrichtung (27).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Dosiervorrichtung oder eine Beatmungsvorrichtung, eine Dosiervorrichtung, eine Beatmungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung.
  • Die Beatmungsvorrichtung kann als ein Beatmungsgerät für erwachsene Patienten oder Kinder, als ein Notfallbeatmungsgerät für eine Einsatzverwendung in Rettungs- oder Bergungseinsätzen zu Lande, zu Wasser oder in der Luft oder als ein besonderes, sogenanntes Neonatal-Beatmungsgerät zur Beatmung von Neugeborenen ausgebildet sein. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Beatmung eines Patienten bekannt. Die zuvor genannten Beatmungsgeräte, Notfallbeatmungsgeräte, Neonatal-Beatmungsgeräte ermöglichen es, Patienten maschinell - mandatorisch oder unterstützend - zu beatmen. Beatmungsgeräte werden vorzugsweise auf Intensivstationen zur Therapierung von Patienten eingesetzt, deren eigene Möglichkeiten zur Versorgung mit Atemluft und Sauerstoff, wie auch eines Abtransports von Kohlendioxid durch die eigene Atemaktivität des Patienten vermindert oder eingeschränkt ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Beatmungsgeräte zur Durchführung einer maschinellen Beatmung nach dem Stand der Technik sind in US 2,904,035 , US 5,400,777 , US 5,937,853 , WO 2007/085110 A1 beschrieben.
    Für eine möglichst komfortable Steuerung von Durchflussmengen und zur einer Ermöglichung schneller Druckwechsel ist es vorteilhaft, wenn mittels der in der Beatmungsvorrichtung verwendeten Aktuatoren, insbesondere der darin angeordneten Ventilanordnungen und/ oder Ventile die Durchflussrichtungen zwischen Einatemphase (Inspiration) und Ausatemphase (Exspiration) mit möglichst geringem Zeitverzug umschaltbar sind.
  • Dazu sind Piezo- Aktuatoren, ausgestaltet als Piezoventile, beispielsweise ausgestaltet auf Basis von Piezobiegebalkenelementen geeignet. Die EP 0 943 353 A2 zeigt beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines Beatmungsgerätes und eine Vorrichtung zur Beatmung, wobei als ein Proportionalventil in Piezo-Technik eingesetzt wird. Die US 5,314,118 zeigt einen Piezo-gesteuerten Düsenwiderstand zur Pilot-Ansteuerung von Servo-Ventilen. Die US 6,173,744 zeigt ein piezoelektrisches Ventil. Das piezoelektrische Ventil besteht aus einem einstückigen Gehäuse mit einem piezoelektrischen Biegeelement.
  • AUSGABENSTELLUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung für eine Beatmungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beatmungsvorrichtung mit einer Dosiervorrichtung anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Beatmungsvorrichtung anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu einer Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Ventilanordnung, Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung anzugeben.
  • Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Ventilanordnung wird gelöst mit einer Ventilanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Dosiervorrichtung wird gelöst mit einer Dosiervorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 6 und 7.
  • Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Beatmungsvorrichtung wird gelöst mit einer Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
  • Die Aufgabe zur Bereitstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 21 und 22.
  • Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben werden weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Ventilanordnung, Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 25 und 26.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Sämtliche der zu den Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen beschriebenen erzielbaren Vorteile sind in gleicher oder ähnlicher Weise mit dem Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, sowie mit dem Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung zu erzielen.
    Selbstredend lassen sich auch sämtliche Vorteile des Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, wie auch des Verfahrens zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung auch mit Hilfe der beschriebenen Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen erzielen.
    Weiterhin sind die beschriebenen Ausführungsformen und deren Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, bzw. des Verfahrens zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung auf die Ausführungsformen der Vorrichtungen, also die Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen übertragbar, wie auch die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen (Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen) auf das Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, bzw. das Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung übertragbar sind.
    Des Weiteren können die Verfahren auch als ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, so dass sich der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung ebenfalls auf das Computerprogrammprodukt und das Computerprogramm erstrecken soll.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß ist die Ventilanordnung mit einer Kontrolleinheit, mit einem Dosierventil, mit einem ersten Stellventil, einem zweiten Stellventil, mit einem ersten Steuergaseingang, einem zweiten Steuergaseingang, mit einem ersten Gaszugang und einem zweiten Gaszugang ausgebildet.
    Dabei weist das Dosierventil eine Steuergasleitung, einen Ventilsitz und eine Ventilscheibe auf. Der Ventilsitz nimmt die Ventilscheibe zumeist flächig auf, so dass, wenn die Ventilscheibe vollständig auf dem Ventilsitz flächig aufliegt, das Dosierventil dann den Betriebszustand „Geschlossen“ (Closed) aufweist. Vielfach wird anstatt des Begriffes „Ventilsitz“ auch der Begriff „Ventilkrater“ verwendet.
  • Der erste Steuergaseingang ist zu einer Zuführung eines bereitgestellten ersten Druckniveaus zu dem ersten Stellventil ausgebildet ist. Das erste Druckniveau kann vorzugsweise von einer ersten Druckversorgungseinheit bereitgestellt werden.
  • Der zweite Steuergaseingang ist zu einer Zuführung eines bereitgestellten zweiten Druckniveaus hin zu dem zweiten Stellventil ausgebildet.
    Als zweites Druckniveau kann insbesondere auch ein Druckniveau bereitgestellt werden, dass im Wesentlichen mit einem Druckniveau der Umgebungsluft identisch ist. Das zweite Druckniveau kann alternativ oder vorzugsweise von einer zweiten Druckversorgungseinheit bereitgestellt werden.
  • Als erste und zweite Druckversorgungseinheit kommen insbesondere elektrisch angetriebene Beatmungsventilatoren oder Gebläse, sogenannte Blower, welche beispielsweise als Radialgebläse, Radialverdichter (Blower, Fan, Compressor) ausgebildet sind, in Betracht. Weiterhin kommen Druckgasflaschen als erste und zweite Druckversorgungseinheit in Betracht.
    Das erste Druckniveau ist größer als das zweite Druckniveau ausgebildet.
    Die Ventilanordnung ist als eine sogenannte pneumatische Halbbrücke (H- Bridge) ausgestaltet und weist dazu die folgenden gasführenden Verbindungen zwischen den Stellventilen, den Steuergaseingängen und der Steuergasleitung, sowie mit der Ventilscheibe und dem Dosierventil mit Ventilscheibe und Ventilsitz auf.
  • Das erste Stellventil ist an dem ersten Steuergaseingang angeordnet. Das erste Stellventil und der erste Steuergaseingang sind gasführend miteinander verbunden.
    Das zweite Stellventil ist an dem zweiten Steuergaseingang angeordnet. Das zweite Stellventil und der zweite Steuergaseingang sind gasführend miteinander verbunden.
    Die Steuergasleitung ist mit dem ersten Stellventil und dem zweiten Stellventil gasführend verbunden.
  • Über den ersten Gaszugang und den zweiten Gaszugang wird eine gasführende Verbindung, gleichsam als ein Gasweg oder Gaspfad zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang ausgebildet, wobei das Dosierventil als ein einstellbares Element ausgebildet und dazu vorgesehen ist, durch diesen Gasweg, bzw. Gaspfad strömenden Gasmengen einzustellen und zu kontrollieren.
  • Mittels der Steuergasleitung kann das erste oder das zweite Druckniveau der Ventilscheibe zugeführt werden.
    Das erste Stellventil und das zweite Stellventil weisen piezoelektrische Elemente auf. Diese piezoelektrischen Elemente sind mittels elektrischer Anregung aktivierbar. Die Aktivierung bewirkt eine Zuführung des ersten oder des zweiten Druckniveaus mittels der Steuergasleitung zu der Ventilscheibe. Durch die Druckniveaus sind Änderungen des pneumatischen Zustandes an der Ventilscheibe einstellbar. Je nachdem, ob das zweite oder das erste Druckniveau der Ventilscheibe zugeführt wird, wird die Ventilscheibe an den Ventilsitz gedrückt, bzw. in Richtung des Ventilsitzes bewegt oder die Ventilscheibe befindet sich in einem Abstand vom Ventilsitz. Dabei ergeben sich je nach Zustand der beiden Stellventile unterschiedliche pneumatische Zustände an der Ventilscheibe. Diese pneumatischen Zustände variieren dabei von einem vollständig geschlossenen Zustand (CLOSED) bei Zuführung des zweiten Druckniveaus bis zu einem vollständig geöffneten Zustand (OPEN) bei Zuführung des ersten Druckniveaus. Dabei kann durch Kombination der beiden Druckniveaus mittels der beiden Stellventile eine Variation der Lage der Ventilscheibe relativ zum Ventilsitz im Wesentlichen proportional zu dem sich aus den beiden Druckniveaus an der Ventilscheibe resultierenden pneumatischen Zustand bewirkt werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Stellventile, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation o.ä. können an der Ventilscheibe beliebige resultierende pneumatische Zustände zwischen dem ersten und zweiten Druckniveau eingestellt werden, womit eine gleichsam proportionale Dosierung durch das Dosierventil ermöglicht werden kann. Als resultierende pneumatische Zustände, bzw. Zustandsänderungen an Ventilscheibe und Ventilsitz ergeben sich dann Drücke, Druckverhältnisse (Inspirationsdruck, Exspirationsdruck, Atemwegsdrücke) und deren Veränderungen, sowie bedingt durch die Drücke, Druckverhältnisse und deren Veränderungen dann Durchflussmengen (Inspiratorischer Flow, Exspiratorischer Flow) und Veränderungen dieser Durchflussmengen.
  • Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, durch, den piezoelektrischen Elementen zugeordnete elektrische Steuersignale, die Aktivierungen der Stellventile zu bewirken. Die Kontrolleinheit kontrolliert die elektrischen Steuersignale derart, dass mittels der piezoelektrischen Elemente in der Steuergasleitung das erste Druckniveau als eine erste Drucksituation oder das zweite Druckniveau als eine zweite Drucksituation gegeben sind.
  • Die Ventilscheibe ist in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz derart in dem Dosierventil angeordnet, in einer Relation zu dem Ventilsitz in Abhängigkeit von einem Vorliegen der ersten oder zweiten Drucksituation bewegbar zu sein, um eine Strömung einer Gasmenge zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang zu ermöglichen.
  • Bei einem Zustand der ersten Drucksituation wird die Ventilscheibe von dem Ventilkrater fortbewegt, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang strömende Gasmenge ermöglicht oder erhöht wird, Bei einem Zustand der zweiten Drucksituation wird die Ventilscheibe zu dem Ventilkrater hin bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang strömende Gasmenge verringert oder blockiert wird.
    Die Kontrolleinheit ist mit Funktionen zur Datenverarbeitung, Funktionen zur Koordination von Datenmengen, wie auch zur Koordination von Datenberechnungen und Funktions- und Berechnungsabläufen, welche beispielsweise in Form von Quellcode in einer höheren Programmiersprache (C, Java, Algol, Fortran) oder einer Maschinensprache (Assembler) in einem der Kontrolleinheit zugeordneten Datenspeicher (RAM, ROM, EEPROM) oder Speichermedium (Festplatte, USB-Stick) vorliegen, ausgestaltet, die vorliegende Erfindung mit Aktivierung der piezoelektrische Elementen mittels zugeordneter elektrischer Steuersignale in die Praxis umzusetzen. Die Kontrolleinheit weist dazu Elemente zur Datenverarbeitung, Berechnung und Ablaufsteuerung, wie Mikrocontroller (µC), Mikroprozessoren (µP), Signalprozessoren (DSP), Logikbausteine (FPGA, PLD), Speicherbausteine (ROM, RAM, SD-RAM) und Kombinationsvarianten davon beispielsweise in Form eines „Embedded System“ auf.
  • Das erste Druckniveau liegt im Bereich von bis zu 2000 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks. Das zweite Druckniveau liegt im Bereich um den jeweilig ortsbedingt herrschenden Umgebungsdruck von -40 hPa bis 40 hPa.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bereitgestellte erste Druckniveau als ein Druck in einem Bereich oberhalb des Umgebungsdrucks von +0,5 hPa bis +200 hPa, vorzugsweise in einem Bereich von +5 hPa bis +100 hPa definiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bereitgestellte zweite Druckniveau als ein Druck in einem Bereich um den Umgebungsdruck von -40 hPa bis +0,5 hPa, vorzugsweise in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa definiert.
    Die Definitionen des ersten und auch des zweiten Druckniveaus beziehen sich dabei in Relation zu einem typischen Umgebungsdruck. Das erste und das zweite Druckniveau sind als Überdruckniveaus oberhalb des typischen Umgebungsluftdruckbereiches von 900 hPa bis 1150 hPa, bzw. des typischen Luftdrucks der Umgebungsluft bei 20°C auf Meereshöhe von 1013 hPa zu interpretieren.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist ein Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines dritten Druckniveaus in oder an der Steuergasleitung angeordnet. Der Drucksensor P3 ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der Steuergasleitung, an dem Balgelement oder an der Ventilscheibe und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist mindestens ein weiterer Drucksensor P1 bzw. P2 zu einer Erfassung des ersten und/ oder zweiten Druckniveaus in oder an dem ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten Steuergaseingang angeordnet. Der mindestens eine weitere Drucksensor P1 bzw. P2 ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten Steuergaseingang und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird mit zwei Ventilanordnungen eine Dosiervorrichtung in Form eines Inspirationsventils gebildet. Die Dosiervorrichtung ist ausgestaltet mit einer Ventilanordnung mit je zwei Stellventilen. Zudem ist eine Atemgasleitung zu einer gasführenden Verbindung mit einem Lebewesen vorgesehen. Die beiden Stellventile sind angeordnet und gasführend derart mit der Atemgasleitung verbunden, dass damit ein Inspirationsventil ausgebildet und bereitgestellt wird. Das Inspirationsventil ist zu einer dosierten Zuführung von Durchflussmengen an Atemgasen zu einem Lebewesen hin ausgebildet. Die Atemgasleitung ist gasführend mit dem zweiten Gaszugang verbunden, so dass es mit dieser Dosiervorrichtung in Form eines Inspirationsventils ermöglicht ist, am ersten Gaszugang bereitgestellte Gasmengen über das Inspirationsventil als Dosierventil mittels des zweiten Gaszugangs und der Atemgasleitung dem Lebewesen zuzuführen. Damit kann eine kontrollierte Einatmung bei einer mandatorischen oder unterstützenden Beatmung eines Lebewesens durchgeführt werden. Dies Inspirationsventil, oftmals auch Einatemventil genannt, kann als wesentliches Element der Dosiervorrichtung sowohl - mit einer sehr kurzen Atemgasleitung- direkt am Mund-/ Nasenbereich des Lebewesens oder aber auch mittels eines Inspirationsatemschlauches von ca. 0,2 m bis 2 m Länge entfernt vom Lebewesen angeordnet werden.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird mit zwei Ventilanordnungen eine Dosiervorrichtung in Form eines Exspirationsventils gebildet. Die Dosiervorrichtung ist ausgestaltet mit einer Ventilanordnung mit je zwei Stellventilen. Zudem ist eine Atemgasleitung zu einer gasführenden Verbindung mit einem Lebewesen vorgesehen. Die beiden Stellventile sind angeordnet und gasführend derart mit der Atemgasleitung verbunden, dass damit ein Exspirationsventil ausgebildet und bereitgestellt wird. Das Exspirationsventil ist zu einer dosierten Fortführung von Durchflussmengen an Atemgasen von dem Lebewesen fort ausgebildet.
    Die Atemgasleitung ist gasführend mit dem ersten Gaszugang verbunden, so dass es mit dieser Dosiervorrichtung in Form eines Exspirationsventils ermöglicht ist, mittels des ersten Gaszugangs und der Atemgasleitung von dem Lebewesen bereitgestellte, d.h. ausgeatmete Gasmengen über das Exspirationsventil als Dosierventil und den zweiten Gaszugang dosiert fortzuleiten. Damit kann eine kontrollierte Ausatmung bei einer mandatorischen oder unterstützenden Beatmung eines Lebewesens durchgeführt werden. Dies Exspirationsventil, oftmals auch Ausatemventil genannt, kann als wesentliches Element der Dosiervorrichtung sowohl - mit einer sehr kurzen Atemgasleitung- direkt am Mund-/ Nasenbereich des Lebewesens oder aber auch mittels eines Exspirationsatemschlauches von ca. 0,5 m bis 2m Länge entfernt vom Lebewesen angeordnet werden.
  • Oftmals werden Inspirationsschlauch und Exspirationsschlauch als Teile der Atemgasleitung mittels eines Verbindungselements, dem sogenannten Y- Stück, patientenseitig miteinander zu einem Schlauchsystem verbunden. Vom Y- Stück abgehend erfolgt dann eine Kontaktierung des Lebewesens mit Hilfe eines Endotrachealtubus, einer Atemmaske (Nasalmaske) oder eines Tracheostoma (Trachealkanüle).
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens eines der Stellventile als ein Stellventil ausgebildet ist, welches sich ohne eine elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet.
    Ventile, welche sich ohne elektrische oder anderweitige (pneumatisch, hydraulisch) Aktivierung im geöffneten Zustand befinden werden als sogenannte „Normally Open“
    (N.O.) - Ventile bezeichnet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens eines der Stellventile als ein Stellventil ausgebildet, welches sich ohne eine elektrische Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet.
    Ventile, welche sich ohne elektrische oder anderweitige (pneumatisch, hydraulisch) Aktivierung im geschlossenen Zustand befinden, werden als sogenannte „Normally Closed“ (N.C.) - Ventile bezeichnet.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung bilden zwei Stellventile ein Inspirationsventil aus. Dabei befindet sich das erste Stellventil ohne elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.), das zweite Stellventil befindet sich ohne elektrische Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.).
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung bilden zwei Stellventile ein Exspirationsventil aus. Dabei befindet sich das erste Stellventil ohne elektrische Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.), das zweite Stellventil befindet sich ohne eine elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.).
  • Je nach Bedarf und Aufgabenstellung und Vorgaben aus einem Sicherheitskonzept können diese beiden Ventiltypen (N. O.), (N. C.) für Ausgestaltungen von Dosierventilen in der Dosiervorrichtung verwenden. Insbesondere dann, wenn sichergestellt werden soll das, beispielsweise bei einem Stromausfall, die Dosierventile in einem sicheren Betriebszustand sind, sind Kombinationen von diesen beiden Ventiltypen miteinander sinnvoll. Bei einem Einatemventil muss beispielsweise sichergestellt sein, dass bei einem Energieausfall (Spannungsausfall, Stromausfall) mit Ausfall der elektrischen Aktivierung der piezoelektrischen Elemente nicht weiter fortlaufend Gasmengen dem Lebewesen zugeführt werden. Ansonsten würde die Lunge des Lebewesens so stark mit Gasmengen gefüllt werden, dass der Druck in der Lunge stark ansteigen kann, was in Folge dann eine Schädigung der Lunge bewirken könnte. Bei einem Ausatemventil muss beispielsweise sichergestellt sein, dass bei einem Stromausfall das Lebewesen, bzw. der Patient trotzdem immer sicher ausatmen kann.
  • Für die Gestaltung des Einatemventils bedeutet dies, dass in der Dosiervorrichtung, welche ein Inspirationsventil ausbildet, dasjenige Stellventil, welches mit dem ersten Gaszugang und dem ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das erste Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom Typ „Normally Open“ (N.O.) ausgebildet ist. Für die Gestaltung des Einatemventils bedeutet dies zudem, dass dasjenige Stellventil, welches mit dem zweiten ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das zweite Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom Typ „Normally closed“ (N.C.) ausgebildet ist.
    So ist einerseits sichergestellt, dass an der Ventilscheibe auch rückseitig das erste Druckniveau gegeben ist, also ein Druckniveau, welches gleich oder größer als der Umgebungsdruck ist, damit die Ventilscheibe am Ventilsitz aufliegt und somit ein Gasfluss vom ersten Gaszugang über die Dosiervorrichtung sowie den zweiten Gaszugang und die Atemgasleitung zum Lebewesen nicht möglich ist.
    Andererseits muss das zweite Stellventil in einer Situation eines Energieausfalls in einem Zustand befindlich sein, dass kein Druckausgleich in Form eines Gasflusses vom ersten Druckniveau zum zweiten Druckniveau ermöglicht ist, damit dadurch kein Druckverlust an der Ventilscheibe auftritt. Diese Situation wird dadurch sichergestellt, dass das zweite Stellventil der Dosiervorrichtung als ein Ventil vom Typ „Normally closed“ (N.C.) ausgebildet ist, somit wird auch bei einem Signalausfall oder Ausfall der Versorgung der piezoelektrischen Elemente (Spannungsausfall, Stromausfall) die Ventilscheibe nur mit dem ersten Druckniveau beaufschlagt und schließt verlässlich das Inspirationsventil. So kann auch bei einem Energieausfall der elektrischen Aktivierung der Stellventile sichergestellt werden, dass keine Gasmengen vom ersten Gaszugang über die Dosiervorrichtung als Inspirationsventil durch den zweiten Gaszugang mittels der Atemgasleitung zum Lebewesen gelangen kann.
    Für die Gestaltung des Ausatemventils bedeutet dies, dass in der Dosiervorrichtung, welche ein Exspirationsventil ausbildet, dasjenige Stellventil, welches mit dem ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das erste Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom „Normally closed“ (N.C.) ausgebildet ist und dasjenige Stellventil, welches mit dem zweiten Steuergaseingang verbunden ist, also das zweite Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom „Normally Open“ (N.O.) ausgebildet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass an der Ventilscheibe auch rückseitig das zweite Druckniveau gegeben ist, also ein Druckniveau, welches gleich oder geringer als der Umgebungsdruck ist, damit die Ventilscheibe am Ventilsitz nicht aufliegt und somit ein Gasfluss vom Lebewesen mittels der Atemgasleitung über die Dosiervorrichtung und den ersten Gaszugang zum zweiten Gaszugang möglich ist. Damit können auch bei einem Ausfall der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente die vom Lebewesen ausgeatmeten Gasmengen durch den zweiten Gaszugang auf das zweite Druckniveau, welches beispielsweise und vorteilhafterweise dem Niveau des Umgebungsdrucks entspricht, entlastet werden. Für den Fall, dass in der Dosiervorrichtung als Exspirationsventil das zweite Druckniveau mittels einer weiteren zusätzlichen Gasfördereinheit (saugender Blower) auf einem Druckniveau unterhalb des Umgebungsdrucks betrieben wird, muss sichergestellt werden, dass auch in Situationen, in denen die Aktivierung der piezoelektrischen Elemente nicht gegeben ist, zugleich keine Erzeugung des Unterdrucks mehr erfolgt, da ansonsten mittels des zweiten Druckniveaus nicht nur die Ventilscheibe aktiv vom Ventilsitz fort bewegt wird, sondern auch Gasmengen aus dem Lebewesen aktiv gesaugt werden könnten. Da dies evtl. auch in einem Zusammenfall (collapse) von Lungenbläschen (Alveolen) resultieren könnte, muss die Erzeugung des Unterdrucks mit einer Sicherheitsbeschaltung an die Aktivierung der piezoelektrischen Elemente gekoppelt werden, bzw. die Unterdruckerzeugung muss bei einem Ausfall (Ausfall der Energieversorgung, Stromausfall, Spannungseinbruch, etc.) der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente ebenfalls automatisch mit deaktiviert werden. Eine praxisgerechte Realisierung einer solchen Sicherheitsbeschaltung ist beispielsweise derart, dass die Energieversorgung der, den Unterdruck erzeugenden Gasfördereinheit (saugender Blower) mit der Energieversorgung der Stellventile identisch ist, so dass bei einem Ausfall der Stellventile die oben beschriebenen Ruhezustände den sicheren Zustand für den Patienten sicherstellen, d.h. es erfolgt keine Förderung von Mengen an inspiratorischen Atemgas zum Patienten. Die den Unterdruck erzeugende Gasfördereinheit ist damit spannungsfrei und erzeugt keinen Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Die den Unterdruck erzeugenden Gasfördereinheit ist zudem so ausgestaltet, dass auch bei Stillstand des Gebläses eine freie Durchatembarkeit für exspiratorische Atemgase gegeben ist und der Patient somit gegen den Umgebungsduck ausatmen kann. Eine alternative Variante kann durch eine zusätzlich angeordnete Sicherheitsventil- Anordnung realisiert werden, welche bei Ausfall der Energieversorgung einerseits den erzeugten Unterdruck vom zweiten Stellventil des Exspirationsventils abkoppeln und andererseits den Weg der Ausatemgase des Patienten an die Umgebung ermöglichen.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens ein weiterer Drucksensor P1, P2 zu einer Erfassung eines Drucks an dem ersten Steuergaseingang und/ oder an dem zweiten Steuergaseingang angeordnet.
    Der mindestens eine weitere Drucksensor P1, P2 ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes an der ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten Steuergaseingang und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden zwei Dosiervorrichtungen eine Beatmungsvorrichtung. Dabei ist eine der Dosiervorrichtungen als ein Inspirationsventil ausgebildet und eine der Dosiervorrichtung ist als ein Exspirationsventil ausgebildet. Weiterhin ist mindestens eine Atemgasleitung zu einer Zu- und Fortführung von Atemgasen zu und von einem Lebewesen vorgesehen. Weiterhin ist eine Gasfördereinheit zu einer Förderung von Durchflussmengen an Atemgasen mittels der Atemgasleitung zu dem Lebewesen in oder an der Beatmungsvorrichtung vorgesehen. Als Gasfördereinheit kommen insbesondere elektrisch angetriebene Beatmungsventilatoren oder Gebläse, sogenannte Blower, welche beispielsweise als Radialgebläse, Radialverdichter (Blower, Fan, Compressor) ausgebildet sind, in Betracht. Weiterhin kommen Druckgasflaschen oder Drucksauerstoffflaschen als Gasfördereinheiten in Betracht, wobei aus einem in den Flaschen bereitgestelltem Überdruck mittels der Beatmungsvorrichtung mit dem Inspirationsventil und Exspirationsventil dann Druckniveaus und Durchflussmengen, welche zur Beatmung des Lebewesens geeignet sind, erzeugt und bereitgestellt werden.
  • Die Atemgasleitung weist ein geräteseitiges Ende mit einem geräteseitigen Anschlusselement zu einer gasführenden Verbindung mit den Ventilanordnungen, sowie ein patientenseitiges Leitungsende mit einem patientenseitiges Anschlusselement zur dosierten Zu- und Fortführung der Durchflussmengen an Atemgasen zu dem Lebewesen auf. Über das patientenseitige Leitungsende der Atemgasleitung erfolgt dann eine Konnektierung mit dem Lebewesen. Oftmals endet das patientenseitige Leitungsende der Atemgasleitung in einem Verbindungselement, dem sogenannten Y- Stück. Die Verbindung zwischen Patient und Atemgasleitung (Y-Stück) wird mit Hilfe eines Endotrachealtubus, einer Atemmaske (Nasalmaske) oder eines Tracheostoma (Trachealkanüle) die gasführende Verbindung am Mund-/ Nasenbereich oder an der Luftröhre des Lebewesens hergestellt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist die als Inspirationsventil ausgebildete Dosiervorrichtung derart ausgebildet, dass eine gasführende Verbindung zwischen dem ersten Steuergaseingang und der Gasfördereinheit gegeben ist, so dass das erste Druckniveau von der Gasfördereinheit bereitgestellt wird. Damit dient die Gasfördereinheit zugleich zur Förderung und Bereitstellung der zu dem Lebewesen hinzuführenden und zu dosierenden Gasmengen, wie auch als erste Druckversorgungseinheit zur Bereitstellung des ersten Druckniveaus. Für den Fall, dass als zweites Druckniveau der Umgebungsdruck PAMB verwendet wird, ermöglicht diese Ausgestaltung eine Realisierung der Beatmungsvorrichtung ohne ein Erfordernis einer weiteren zusätzlichen Druckversorgungseinheit. Der bereitgestellte Beatmungsdruck PAW dient zugleich als ein Steuerdruck P1, P2 an den Stellventilen für den Betrieb des Dosierventils mit Bewegung der Ventilscheibe in Relation zum Ventilsitz von Inspirationsventil und Exspirationsventil.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist an das patientenseitige Anschlusselement ein Endotrachealtubus, eine Trachealkanüle oder ein Tracheostoma anschließbar.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist an das patientenseitige Anschlusselement eine Atemmaske anschließbar.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist mindestens ein erster Drucksensor Pc zu einer Erfassung eines Drucks in oder an der Atemgasleitung angeordnet. Der mindestens erste Drucksensor Pc ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes, des sogenannten Atemwegsdrucks PAW, in der Atemgasleitung und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung an die Kontrolleinheit ausgebildet. Die Erfassung des Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung bietet mehrere Vorteile für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung.
    So kann die Kontrolleinheit auf Basis der Druckmesswerte Pc, PAW den Betriebs- und/oder Schaltzustand der Beatmungsvorrichtung überprüfen. Die Kontrolleinheit kann zudem mittels der Steuerleitungen auf Basis des Druckmesswertes PAW die anzusteuernden Stellventile derart auswählen und ansteuern, dass Durchflussmengen in dem Maße am Inspirationsventil und Exspirationsventil zwischen Ventilsitz und Ventilscheibe strömen können, so dass eine Regelung des Drucks PAW in der Atemgasleitung hin zu dem Lebewesen erfolgen kann. Die Regelung kann ermöglichen, aus der Differenz zwischen einem gewünschten Atemwegsdruck (Sollwert) oder Verlauf des Atemwegsdrucks (Sollwertverlauf, Beatmungsmuster, Beatmungsform) und dem erfassten Druckmesswertes PAW (Istwert), die Signale für die Steuerleitungen an die Stellventile zu bestimmen, dass im geschlossenen Regelkreis im Wesentlichen der gewünschte Atemwegsdruck oder Verlauf des Atemwegsdrucks am Lebewesen fortlaufend nach- und eingestellt wird. Zudem kann die Kontrolleinheit den Atemwegsdruck PAW auch zu einer Ausgabe auf einer Anzeigeeinheit bereitstellen, um auf diese Weise dem Anwender eine Rückmeldung in Bezug den, auf das Lebewesen wirkenden Betriebszustand zu geben.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist
    an zumindest einer der zwei Dosiervorrichtungen mindestens ein weiterer Drucksensor PA, PB zu einer Erfassung eines Drucks in oder an mindestens einer der Steuergasleitungen angeordnet.
    Der mindestens eine Drucksensor PA, PB ist zu einer Erfassung mindestens eines Druckmesswertes PA, PB an mindestens einer der Steuergasleitungen und zu einer Bereitstellung des mindestens einen Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet. Die Erfassung der Druckmesswerte PA, PB an mindestens einer der Steuergasleitungen bietet mehrere Vorteile für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung. Die Kontrolleinheit kann auf Basis der Druckmesswerte PA, PB den Betriebs- und/ oder Schaltzustand der Stellventile überprüfen und so die Funktionalität der Wirkung der mittels der Steuerleitungen an die Stellventile übermittelten Stellwerte als pneumatischen wirkenden Effekt auf die Ventilscheibe von Inspirationsventil und/ oder Exspirationsventil erfassen und überwachen. Dies ist insbesondere bei Durchführungen von Inbetriebnahme- oder Selbsttests vorteilhaft, um beispielsweise die elektrisch/ pneumatische Signalweitergabe zu überprüfen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung oder der Dosiervorrichtung stellt die Kontrolleinheit elektrische Steuersignale derart für die Stellventile des Inspirationsventils bereit, dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe die erste Drucksituation gegeben. Zudem stellt die Kontrolleinheit die elektrischen Steuersignale derart für die Stellventile des Exspirationsventils bereit, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe die zweite Drucksituation gegeben ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung oder der Dosiervorrichtung stellt die Kontrolleinheit elektrische Steuersignale derart für die Stellventile des Inspirationsventils bereit, dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe die zweite Drucksituation gegeben ist. Zudem stellt die Kontrolleinheit die elektrischen Steuersignale derart für die Stellventile des Exspirationsventils bereit, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe die erste Drucksituation gegeben ist.
  • Für den Ablauf der Beatmung kann in der Kontrolleinheit jeweils den Phasen der Beatmung mit Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, exspiratorische Pause, eine Menge mit Soll- Drucksituationen mit Maximalwerten, Minimalwerte oder typischen Druckverläufen an den Ventilscheiben von Inspirationsventil und Exspirationsventil zugeordnet sein.
    In Zusammenwirkung mit den bevorzugten Ausführungsformen, in denen Drucksensoren PA, PB an den Steuergasleitungen, ein Drucksensor PC, PAW an der Atemgasleitung oder Drucksensoren P1, P2 an den Steuergaseingängen angeordnet sind, kann in der Kontrolleinheit mittels einer Ablaufsteuerung der Verlauf der Beatmung mit Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, exspiratorische Pause, mit Druckplateaus, Druckgradienten, minimalen und maximalen Atemwegsdrücken, wie auch Atemwegsdrücken während Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, exspiratorische Pause gegebenen und gewünschten Atemwegsdrücken, insbesondere auch des - für eine physiologisch gute und an den Patienten angepasste Beatmung - Drucks am Ende der Exspirationsphase, des sogenannten Positiven EndExspiratorischen Drucks (PEEP, positive end expiratory pressure) kontrolliert, eingestellt, gesteuert oder geregelt werden.
  • Vorstehend wurde die Erfindung anhand von Ausführungsformen von Vorrichtungen von Dosieranordnungen mit Dosierventilen, Dosiervorrichtungen mit zwei Dosierventilen wie auch Beatmungsvorrichtungen mit Dosiervorrichtungen beschrieben.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen von Verfahren zum Betrieb einer Beatmungsvorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen für die Stellventile beschrieben. In diesen Verfahren werden von der Kontrolleinheit entsprechende elektrische Steuersignale derart für die Stellventile des Inspirationsventils und des Exspirationsventils bereitgestellt, dass ein Ablauf einer Beatmung ermöglicht ist. Als elektrische Steuersignale sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Signale zu verstehen, welche direkt oder indirekt Zustandsänderungen der piezoelektrischen Elemente bewirken. Die elektrischen Steuersignale für Ansteuerung der Stellventile des Inspirationsventils und des Exspirationsventils werden gemäß den Ausführungsformen des Verfahrens vorzugsweise und beispielsweise von der Kontrolleinheit bereitgestellt. Die nachfolgende Tabellen 1a, 1b und Tabellen 2a, 2b zeigen für eine beispielhafte und vorteilhafte Anordnung von jeweils zwei, jeweils zwei Dosierventilen zugehörigen Stellventilen die erforderlichen Steuersignale für einen Ablauf der Beatmung mit Inspirationsphasen (Tabelle 1a, Tabelle 1b) und Exspirationsphasen (Tabelle 2a, Tabelle 2b), welcher durch eine Beatmungsvorrichtung realisiert werden kann. Als eine beispielhafte Anordnung ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Beatmungsvorrichtung eine Anordnung ausgewählt, in denen
    1. a) das erste Stellventil des Inspirationsventils als ein Ventil vom Typ „Normally Open“ (N.O),
    2. b) und das zweite Stellventil des Inspirationsventils als ein Ventil vom Typ „Normally Closed“ (N.C),
    3. c) erste Stellventil des Exspirationsventils als ein Ventil vom Typ „Normally Closed“ (N.C.) und
    4. d) zweite Stellventil des Inspirationsventils als eine Ventil vom Typ „Normally Open“ (N.O.)
    ausgestaltet sind.
    Damit ergeben sich in dieser beispielhaften Anordnung für das Inspirationsventil eine „Normally Closed“ (N.C.) - Funktionalität und für das Exspirationsventil eine „Normally Open“ (N.O.) - Funktionalität. Diese beispielhafte Anordnung weist den Vorteil auf, dass bei einem Ausfall der elektrischen Ansteuerung der Stellventile nicht dauerhaft Mengen an Atemgas zum Patienten gefördert werden und zudem der Patient jederzeit bei diesem Ausfall der elektrischen Ansteuerung der Stellventile in der Lage ist auszuatmen.
    Die nachfolgenden Tabellen 1a, 1b, 2a, 2b zeigen Ansteuerung, Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Inspiration, bzw. Exspiration. Tabelle 1a (Ansteuerung und Druckzustände für Phasen der Inspiration)
    EV_i_1 EV_i_2 EV_e_1 EV_e_2 PV_i PV_e
    N.O. N.C. N.C. N O.
    passive passive passive passive high low
    active active passive passive low high
    active active cycled active/passive cycled active/passive low cycled high/low
    cycled active/passive cycled active/passive passive passive cycled high/low low
    cycled active/passive cycled active/passive cycled active/passive cycled active/passive cycled high/low cycled high/low
    Tabelle 1b (Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Inspiration)
    PV_i PV_e S_i S_e Breathing phase
    high low closed open Default, static condition
    low high Fully open closed Start of Inspiration, Insp.-Valve fully opened
    low cycled high/low open cycled closed (Semiclosed) Controlled Inspiration, Exp.-Valve variably opened (Volume control)
    cycled high/ low low cycled open (Semiopen) open Controlled Inspiration, Insp.-Valve variably opened
    cycled high/low cycled high/low cycled open (Semiopen) cycled closed (Semiclosed) Controlled Inspiration, Insp. & Exsp.- Valve cycled
    Tabelle 2a (Ansteuerung und Druckzustände für Phasen der Exspiration)
    EV_i_1 EV_i_2 EV_e_1 EV_e_2 PV_i PV_e
    N.O. N.C. N.C. N.O.
    passive passive passive passive high low
    passive passive passive passive high low
    passive passive cycled active/passive cycled active/passive high cycled high/low
    cycled active/passive cycled active/passive passive passive cycled high/low low
    cycled active/passive cycled active/passive cycled active/passive cycled active/passive cycled high/low cycled high/low
    Tabelle 2b (Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Exspiration)
    PV_i PV_e S_i S_e Breathing phase
    high low closed open Default, static condition
    high low closed Fully open Start of Expiration, Exp.-Valve fully opened
    high cycled high/ low closed cycled open (Semi-open) Controlled Expiration, Exp.-Valve variably opened PEEP-control
    cycled high/low low cycled closed (Semiclosed) open Expiration, Exp.-Valve fully opened Leakage Control by Insp.-Valve
    cycled high/low cycled high/ low cycled closed (Semiclosed) cycled open (Semi-open) Controlled Expiration: Insp. & Exsp.- Valve cycled Leakage Control by Insp.-Valve
  • Legende:
  • EV_i_1:
    elektrisches Anregungssignal des ersten Stellventiles, welches das erste (obere) Druckniveau der Steuergasleitung des Inspirationsventils zuführt
    EV_i_2:
    elektrisches Anregungssignal des zweiten Stellventils, welches das zweite (niedrigere) Druckniveau der Steuergasleitung des Inspirationsventils zuführt
    PV_i:
    Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Inspirationsventil
    S_i:
    Betriebszustand/ Situation Inspirationsventil
    EV_e_1.
    elektrisches Anregungssignal des ersten Stellventils, welches das erste (obere) Druckniveau der Steuergasleitung des Exspirationsventils zuführt
    EV_e_2:
    elektrisches Anregungssignal zweites Stellventil Exspirationsventil, welches das zweite (niedrigere) Druckniveau der Steuergasleitung des Exspirationsventils zuführt
    PV_e:
    Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Exspirationsventil
    S_e:
    Betriebszustand/ Situation Exspirationsventil
    high:
    erstes Druckniveau
    low:
    zweites Druckniveau
    active
    elektrisch aktiviert
    passive:
    elektrisch nicht aktiviert
  • Der Betrieb der Stellventile in der Anordnung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Stellventile gleichsam permanent getaktet angesteuert werden. Dies bietet mehrere Vorteile, zum einen den Vorteil, dass kontinuierlich eine Durchflussmenge vom ersten (oberen) Druckniveau, welches vorzugsweise von der Gasfördereinheit bereitgestellt wird, zum zweiten (niedrigeren) Druckniveau, welches sich zumeist auf Umgebungsdruck, bzw. in optionaler Ausgestaltung auch eine Druckdifferenz von einigen mBar, beispielsweise in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa in Bezug zum Umgebungsdruck, eine Strömung vorhanden ist. Durch diese sogenannte „Querströmung“ oder „Basisströmung“ wird das gesamte gasführende System mit Inspirations- und Exspirationsventil kontinuierlich mit frischem Gas gespült, so dass Wechsel der Gaskonzentration, beispielsweise durch eine Zudosierung von veränderlichen Mengen an Sauerstoff an der Gasfördereinheit ohne nennenswerte Verzögerung am Patienten wirksam wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich für die Steuerung und insbesondere für eine Regelung der piezoelektrischen Elemente, die piezoelektrischen Elemente sind bei getakteten Betrieb gleichsam dauerhaft an einem Arbeitspunkt, schon durch geringe Abweichungen der Auslenkung wird eine Variation der Querströmung bewirkt und somit dem Patienten die Abfolge von Inspiration und Exspiration bereitgestellt, diese geringen Auslenkungen können sehr schnell erfolgen, so dass Anpassungen an Atemanstrengungen oder Hustenattacken des Patienten wie auch der Beatmungssteuerung vorliegende Trigger- Ereignisse (Flow, Druck, sEMG) ohne wesentliche Verzögerung bei der Steuerung und insbesondere Regelung der piezoelektrischen Elemente berücksichtigt werden können. Es ergeben sich für die Kontrolle der Beatmung bedingt durch die Querströmung und die nahezu von zu bewegenden Massen frei möglichen Auslenkungen der piezoelektrischen Elemente also sehr schnelle Reaktionszeiten im Bereich von 0,2 Millisekunden bis 2 Millisekunden. Als weiterer Vorteil aus dem getakteten Betrieb ergibt sich hinsichtlich des Verschleißes von Ventilscheibe und Ventilsitz. Ventilscheibe und Ventilsitz werden sehr selten in die Endlagen „Vollständig geöffnet“ und „Vollständig geschlossen“ gegen den von der Gasfördereinheit bereitgestellten Druck gefahren. Die Ventile werden mittels Steuerung und Regelung unter Einbeziehung von Druckmesswerten (PV_i: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Inspirationsventil, PV_e: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Exspirationsventil) nahe am Arbeitspunkt gehalten, lediglich bei durch den Anwender vorgenommen drastischen Veränderungen, z.B. bei einer Verdoppelung des Inspirationsdrucks, erfolgen größere und abrupte Veränderungen der Auslenkungen der Ventilscheibe in Relation zum Ventilsitz.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Kontrolleinheit für einen Zustand einer Inspiration mit Hilfe der Steuersignale an den Stellventilen eine Kombination von Druckniveaus eingestellt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Exspirationsventil bildet, ein erstes Druckniveau einwirkt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Inspirationsventil bildet, ein zweites Druckniveau einwirkt, wobei das erste Druckniveau größer als das zweite Druckniveau ausgebildet ist.
  • Durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mittels Aktivierung elektrischer Steuersignale durch die Kontrolleinheit für einen Zustand einer Inspiration Drucksituationen an den Ventilscheiben mit zugehörigen Druckniveaus innerhalb bevorzugter Bereiche von Druckniveaus gemäß der Tabellen 1a, 1b bereitgestellt.
    Für den Zustand einer Inspiration wirkt durch die bereitgestellten elektrischen Steuersignale ein Druckniveau in einem Bereich von -5 hPa bis 5 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Inspirationsventils in Kombination mit einem Druckniveau in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Exspirationsventils. Damit ergibt sich ein am Patienten in der Phase der Inspiration wirksamer Beatmungsdruck zwischen 5 und 100 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird für einen Zustand einer Exspiration mit Hilfe der Steuersignale an den Stellventilen eine Kombination von Druckniveaus eingestellt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Inspirationsventil bildet, ein erstes Druckniveau gegeben ist und, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Exspirationsventil bildet, ein zweites Druckniveau einwirkt, wobei das erste Druckniveau größer als das zweite Druckniveau ausgebildet ist.
  • Durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mittels Aktivierung elektrischer Steuersignale durch die Kontrolleinheit für einen Zustand einer Exspiration folgende Drucksituationen an den Ventilscheiben mit zugehörigen Druckniveaus innerhalb bevorzugter Bereiche von Druckniveaus gemäß der Tabellen 2a, 2b bereitgestellt.
    Für den Zustand einer Exspiration wirkt durch die bereitgestellten elektrischen Steuersignale ein Druckniveau in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa
    in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Inspirationsventils in Kombination mit einem Druckniveau in einem Bereich
    von -5 hPa bis + 40 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Exspirationsventils. Damit ergibt sich ein am Patienten in der Phase der Exspiration wirksamer Beatmungsdruck zwischen 0 und 40 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks mit einem positiven endexspiratorischen Druck (PEEP, (PEEP, positive end expiratory pressure).
    Für eine alternative Ausgestaltung dieser Ausführungsform mit einer aktiven Unterstützung der Ausatem- Anstrengungen des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung kann das an der Ventilscheibe des Exspirationsventils wirkende Druckniveau auch unterhalb von -5 hPa, beispielsweise -20 hPa in Relation zum Umgebungsdruck gewählt werden, so dass während der Phase der Exspiration kurzzeitig auch ein negativer exspiratorischer Druck als am Patienten wirksamer Beatmungsdruck eingestellt werden kann.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • die 1, 2, 3, 4a, 4b, 5a, 5b schematische Darstellungen von Ventilanordnungen
    • die 7, 8, 9a,, 9b, 10a, 10b, schematische Darstellungen von Ventilanordnungen mit Piezobiegebalken
    • die 11 eine alternative Ausgestaltung zu den 6, 7, 8,
    • die 12, 13 Varianten der Ventilanordnungen nach den 1, 2, 6, 7, 8.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung 11. Ein Dosierventil mit einem Ventilgehäuse 10 weist im Innern eine Ventilscheibe 3 und einen Ventilsitz 4 auf. Die Ventilscheibe 3 wird über eine Steuergasleitung 5, welche mittels eines Balgelements 5' an die Ventilscheibe 3 angekoppelt angesteuert. Dadurch wird eine Bewegung 9 der Ventilscheibe 3 hin zu dem Ventilsitz 4 oder fort von dem Ventilsitz 4 bewirkt. Die Bewegung 9 erfolgt druckgesteuert. Durch das Dosierventil 10 erfolgt eine Freigabe oder Blockade einer Luftströmung von einem ersten Gaszugang 6 hin zu einem zweiten Gaszugang 7. Die druckgesteuerte Kontrolle des Dosierventils 10 erfolgt durch eine Anordnung von zwei Stellventilen 21, 22. Das erste Stellventil 21 weist einen Ventilsitz 1 und einen Ventilantrieb 2 auf. Das zweite Stellventil 22 weist einen Ventilsitz 17 und einen Ventilantrieb 18 auf. Es ist eine Kontrolleinheit 12 vorgesehen, welche über Steuerleitungen 19, 20 eine Stellbewegung A 21' am ersten Stellventil 21, bzw. eine Stellbewegung B 22' am zweiten Stellventil 22 ausführen können.
    Das erste Stellventil 21 und das zweite Stellventil 22 sind derart in einer pneumatischen Reihenschaltung, in Form einer sogenannten pneumatischen Halbbrücke (H- Brücke, H-Bridge) zwischen einem ersten Steuergaseingang 14 und einem zweiten Steuergaseingang 16 miteinander verbunden, dass die Drucksteuerung des Dosierventils 10 mit einem dritten Druckniveau P3 derart erfolgt, dass je nach Öffnung- bzw. Schließzustand des ersten Stellventils 21, bzw. des zweiten Stellventils 22 entweder ein erstes Druckniveau P1 13 oder ein zweites Druckniveau P2 15 als drittes Druckniveau P3 8 dem Ventilgehäuse 10, bzw. der Ventilscheibe 3 des Dosierventils zugeführt werden.
    Auf diese Weise kann die Kontrolleinheit 12 über wechselseitiges Aktivieren bzw. Deaktivieren der ersten Steuerleitung A1 19 sowie der zweiten Steuerleitung B1 20 die Ventilscheibe 3 in Richtung des Ventilsitzes 4 bewegen oder die Ventilscheibe 3 vom Ventilsitz 4 fortbewegen, so dass entweder eine Strömung von Gas zwischen dem ersten Gaszugang 6 und dem zweiten Gaszugang 7 ermöglicht ist oder nicht. Damit ist mit dem Dosierventil 10 ein gestelltes, gesteuertes wie auch geregeltes Öffnen und Schließen möglich. Wird eine analoge oder getaktet, bzw. modulierte Spannungsansteuerung, beispielsweise als Puls- Weiten Modulation (PWM) der ersten Steuerleitung A1 19 und zweiten Steuerleitung B1 20 eingesetzt, so ist als drittes Druckniveau P3 jedes Druckniveau zwischen dem zweiten Druckniveau P2 und ersten Druckniveau P1 nahezu proportional einstellbar. Wird mit der Spannungsansteuerung ein Signal eines - in dieser 1 nicht gezeigten Drucksensor - zur Erfassung des dritten Druckniveaus P3 in einem Regelkreis rückgekoppelt, so kann das Dosierventil 10 als ein druckgesteuertes, bzw. druckgeregeltes Proportionalventil eingesetzt werden.
  • Die 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie zuvor in 1 beschrieben wurde. Gleiche Elemente in den 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den 1 und 2 bezeichnet. In der 2 ist im Unterschied zur 1 eine Kombination des ersten Gaszugangs mit dem ersten Steuergaseingang 14 realisiert. Über eine Gasfördereinheit 23, beispielsweise ausgestaltet als eine Kolbenpumpe oder ein Radialgebläse, wird Umgebungsluft 25 mittels des ersten Steuergaseinganges 14 und einem mit dem ersten Gaszugang 6 kombinierten Gaseingangs 24 zugleich dem ersten Gaszugang und dem ersten Stellventil 21 zugeführt. Auf diese Weise kann sowohl Umgebungsluft 25 vom ersten Gaszugang 6 hin zu dem zweiten Gaszugang 7 freigegeben, bzw. blockiert werden, zudem kann die Umgebungsluft 25, gefördert durch die Gasfördereinheit 23 - und mit der Förderung auf ein Druckniveau P1 13 gebracht - als Steuergas am ersten Steuergaseingang 14 dem ersten Stellventil 21 zugeführt werden. Vorzugsweise ist in dieser Anordnung das zweite Druckniveau P2 auf Umgebungsdruck 25, so dass die in dieser 2 gezeigte Ventilanordnung 11' als eine mögliche Anordnung für eine Verwendung als ein Inspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung dienen kann, wobei dann in Phasen der Ausatmung - bei geschlossenem ersten Stellventil 21 - die Ventilscheibe 3 des Inspirationsventils auf Umgebungsdruck als Druckniveau P2 entlastet wird. Falls P2 einen geringeren Unterdruck als den Umgebungsdruck bereitstellt, so kann die Entlastung der Ventilscheibe 3 mit einer Art aktiver Zurückholung der Ventilscheibe 3 auf beschleunigte Weise erfolgen.
  • Die 3, 4A, 4B, 5A, 5B zeigen Ausgestaltungen und Umsetzungsvarianten der in 1 und 2 gezeigten Ventilanordnungen 11, 11'. Gleiche Elemente in den 1 und 2 sowie in den 3, 4A, 4B, 5A, 5B sind in den 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A, 5B mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die 3, 4A, 4B werden nun in einer gemeinsamen Figurenbeschreibung in einen zusammenhängenden Kontext näher beschrieben.
  • In der 3 ist eine Kombination einer Ventilanordnung 11 nach 1 mit einer Ventilanordnung 11' nach 2 gezeigt. Diese Kombination bildet eine patientennahe Dosiervorrichtung 27.
  • Die 4A zeigt die patientennahe Dosiervorrichtung 27 nach 3 als Teil einer Beatmungsvorrichtung 27' in einem Betriebszustand, in welchem die Ventilanordnungen 11, 11' derart eingerichtet sind, dass für einen Patienten 30, welchem mittels dieser Anordnung 27' Atemgase zugeführt werden, eine Inspiration möglich ist.
  • Die 4B zeigt ebenfalls die patientennahe Dosiervorrichtung 27 nach der 3 als Teil einer Beatmungsvorrichtung 27" in einem Betriebszustand, in welchem den Patienten 30 durch die patientennahe Beatmungsvorrichtung 27" und entsprechend eingerichteten Ventilanordnungen 11, 11' eine Exspiration (Ausatmung) ermöglicht ist.
  • In der 3 sind zu den Ventilanordnungen nun 11,11' jeweils die Elemente Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 als miteinander und zueinander wirkende Elemente gezeigt. Der Ventilantrieb 2 kann durch Steuerleitungen 19, 19', 20, 20' jeweils an den Ventilsitz 1 herangefahren werden, bzw. vom Ventilsitz 1 jeweils entfernt werden. Sobald der Ventilantrieb 2 an den Ventilsitz 1 jeweils herangefahren ist und in der Position dort gehalten wird, ist jeweils kein Gasfluss durch das Stellventil 21, 22 (1) möglich. Aus der Umgebung 25 wird, beispielsweise mittels einer - in dieser 3 nicht gezeigten - Gasförderungseinheit 23 (2), sowohl Versorgungsgas für den Patienten 30, als auch Gas zur Steuerung der Ventilanordnungen 11, 11', also ein bestimmtes Niveau eines Vordrucks P1 13 (2) bereitgestellt.
    Die Kontrolleinheit 12 kann durch Kontrolle der Steuerleitungen 19, 19', 20, 20' die Ventilanordnungen 11, 11' jeweils so steuern, dass ein Betriebszustand einer Inspiration, wie in der 4A gezeigt, oder ein Betriebszustand einer Exploration, wie in der 4B gezeigt ist, ermöglicht ist. Die Ventilanordnung 11' ist in den patientennahen Dosiervorrichtungen 27, wie in den Beatmungsvorrichtungen 27', 27" für die zur Dosierung von inspiratorischem Atemgasgemisch 31, bzw. für die Fortführung von exspiratorischem Atemgasgemisch 33 in die Umgebung 25 über eine, zumeist als ein Schlauchsystem 37 ausgebildete Atemgasleitung 37, bestehend aus Elementen zur inspiratorischen und exspiratorischen Gaszufuhr, sowie einem Verbindungselement, dem sogenannten Y-Stück 26 über ein Anschlussstück 35 dem Patienten 30, beispielsweise über einen Endotrachealtubus 39, oder über eine Atemmaske 39' das inspiratorische Gasgemisch 31 zugeführt, bzw. das exspiratorische Atemgasgemisch 33 vom Patienten 30 fortgeführt. In den Ventilanordnungen 11,11' bewirken die mittels der Kontrolleinheit 12 und der Steuerleitungen 19, 19', 20, 20' in Relation zu den jeweiligen Ventilsitzen 1, 17 angesteuerten und eingestellten Ventilantriebe 2, 18 jeweils Bewegungen der Ventilscheibe 3 in Relation zum jeweiligen Ventilsitz 4 der Ventilanordnung 11, 11'. Die Balgelemente 5' ermöglichen in den Ventilanordnungen 11, 11' jeweils den Ausgleich der Bewegungen der Ventilscheiben 3. In den 3, 4A, 4B sind an den Ventilanordnungen 11, 11' jeweils Messstellen für Druckniveaus 8, 41, bzw. 8, 42 eingezeichnet. Diese Messstellen sollen verdeutlichen, dass durch die Bewegung der Ventilantriebe 2, 2', bzw. 18, 18' Druckniveaus an den Ventilscheiben 3 vorhanden sind, welche die Position der Ventilscheiben 3 relativ zu den Ventilsitzen 4 bewirken. Zudem ist eine weitere Messstelle zur Erfassung des Druckniveaus 43 in den 3, 4A, 4B an dem Verbindungselement (Y- Stück) 26 zwischen Inspirations- und Exspirationsgasführung 31, 33 des Schlauchsystems 37 vorgesehen. Dieses Druckniveau 43 entspricht dem Atemwegsdruck Paw, der als inspiratorisches Druckniveau mit dem Inspirationsatemgas 31 dem Patienten 30 zugeführt wird, bzw. das Druckniveau 43, das während der Ausatmung des Patienten 30 bis auf das Niveau des sogenannten positiven endexspiratorischen Drucks (PEEP) vorhanden ist. Vorteilhafterweise ist zur Erfassung dieses Druckniveaus ein Drucksensor Pc vorgesehen, welcher ausgebildet ist, den Atemwegsdruck zu erfassen und der Kontrolleinheit 12 zur Steuerung und/ oder Regelung der Beatmung bereitzustellen. Hinsichtlich der Druckniveaus 8, 41, 8, 42, 43 wird in der 5A in Verbindung mit der Tabelle in 5B weiter ausgeführt, welche Druckniveaus an welchen Anordnungen 11, 11' der patientennahen Beatmungsvorrichtung 27, 27', 27" jeweils zu welchen Situationen, d.h. Inspirationsphase und Exspirationsphase führen. In den 4A, 4B sind die Ventilantriebe 2, 2', bzw. 18, 18'jeweils in den Situationen von Inspiration (4A) bzw. Exspiration (4B) gezeigt. Somit ermöglichen die 4A und 4B das prinzipielle Verständnis, wie Inspiration und Exspiration mit der patientennahen Beatmungsvorrichtung 27, 27', 27" möglich ist. Die 4A und 4B zeigen dabei die statischen Zustände der Ventilantriebe 2, 2', 18,18' jeweils in Relation zu den Ventilsitzen 1, 1', 17, 17'.
  • Wird die Beatmung durch eine Kontrolleinheit 12, beispielsweise zur Ausführung einer druckkontrollierten Beatmung gesteuert oder geregelt, so werden die Ventilantriebe 2, 2', bzw. 18, 18' derart gesteuert, dass entsprechende Druckniveaus 8, 41, 8, 42 die Membranen 4 dynamisch in Positionswechsel versetzen, so dass sich im Ergebnis ein kontrollierter Atemwegsdruck 43 im Schlauchsystem 37 zur Zuführung zum Patienten 30 ergibt. In der 3 ist angedeutet, dass die Ventilanordnung 11, 11' als gemeinsame Anordnung nah am Patienten 30, d.h. im Wesentlichen zumeist unmittelbar an dem sogenannten Y-Stück 26 angeordnet sind.
    Es ist aber auch - wie in 3 angedeutet - vorstellbar, dass das Inspirationsgas aus der für die Inspirationsgaszufuhr zuständigen Ventilanordnung 11' über eine längere Zuleitung eines Inspirationsschlauches 37' dann über das Schlauchsystem 37 und das Verbindungselement 35 zum Patienten 30 mittels des Endotrachealtubus 39, bzw. der Atemmaske 39' geführt wird. In einer solchen Ausgestaltung ergibt sich dann der Vorteil, dass die gesamte Steuerungs- oder Regelungstechnik, welche für die Steuerung, bzw. Regelung der Beatmung mit Druck, Durchflussmengen (Flow), Zeitsteuerung (RR, I:E-Ratio) und Beatmungsformen zuständig ist, in einem, in dieser 3 nicht gezeigten Beatmungsgerät ausgestaltet werden kann. Lediglich die Ventilanordnung 11 in Ausgestaltung als Exspirationsventil ist dann patientennah vorhanden. Dieses hat den Vorteil, dass es keine sogenannte Pendelatmung aus dem Schlauchsystem 37 geben kann, das bedeutet, dass dadurch, dass keine exspiratorische Schlauchleitung zum Beatmungsgerät zurückgeführt wird auch kein Volumen vorhanden ist, aus welchem dann bereits ausgeatmete Atemgase vom Patienten 30 - in Form der Pendelatmungzurückgeatmet werden könnten.
  • In den 3, 4A, 4B wurden die patientennahen Beatmungsvorrichtungen 27, 27', 27", mit den darin angeordneten Ventilanordnungen 11, 11' beschrieben und ausgeführt. In der 5A ist eine patientennahe Beatmungsvorrichtung 27 gezeigt, in welcher die Zustände der Ventilanordnungen 11, 11' in Zusammenwirkung mit der Kontrolleinheit 12, mit Steuerleitungen 19, 19', 20, 20' und Druckmessleitungen 40 schematisch skizziert sind. Zudem werden den jeweiligen Ventilantrieben 2, 2', bzw. 18, 18' der Ventilanordnung 11, bzw. 11' jeweils Druckniveaus zugewiesen. Es sind Druckniveaus PA 8,41, bzw. PB 8,42 gezeigt. An der Inspirationsventilanordnung 11' ist ein Druckniveau PA 8,41 dargestellt. An der Exspirationsventilanordnung 11 ist ein Druckniveau PB 8,42 dargestellt. Ferner sind obere Druckniveaus PH 44 und untere Druckniveaus PL 45 jeweils an den Ventilanordnungen 11, 11' dargestellt.
  • Die 5B dient dem Verständnis der Funktionalitäten nach 5A. Die 5B zeigt in einer tabellarischen Form, wie in der patientennahen Beatmungsvorrichtung 27 nach 5A unterschiedliche pneumatische Zustände an den Ventilscheiben 3 (3, 4a, 4b) der Ventilanordnungen 11, 11' (3, 4a, 4b, 5a) mittels der Stellventile A1, B1, A2, B2 (21, 22) (3, 4a, 4b, 5a) bewirkbar sind. Dabei ergeben sich je nach Aktivierung/ Deaktivierung der Stellventile A1, B1, A2, B2 (21, 22) (3, 4a, 4b, 5a) unterschiedliche Druckniveaus PA 8,41, PB 8,42, PH 44, PL 45 als pneumatische Zustände zur Beeinflussung der Positionen der Ventilscheiben 3 (3, 4a, 4b).
    Die Zustände an den Ventilantrieben 2, 2', 18, 18 (5a) der Stellventile A1, B1, A2, B2 (5a) sind in der Tabelle dieser 5A wie folgt bezeichnet: Tabelle 3
    Zustand
    Stellventil geöffnet 1
    Stellventil geschlossen 0
  • Die Zusammenwirkung der Einstellungen der Stellventile A1, B1, A2, B2 (5a) bewirken zusammen mit den Druckniveaus PA 8,41, PB 8,42, PH 44, PL 45 (5a) dann Zustände und Zustandsänderungen in Phasen der Beatmung mit Inspiration und Exspiration. Die Druckniveaus PH 44, PL 45 (5a) sind in Relation zu einem Druckniveau eines Umgebungsdrucks PAMB angegeben. Zudem sind in dieser 5B resultierende Situationen des Atemwegsdrucks PAW = PC 43 (5a) am Patienten angegeben. Während der Inspiration ergibt sich nach dem Start der Inspiration ein mittels der Stellventile A1, B1, A2, B2 (5a) durch Steuerung und/ oder Regelung eingestellter inspiratorischer Druck Pinsp für den Patienten. Während der Exspiration ergibt sich nach dem Start der Exspiration ein mittels der Stellventile A1, B1, A2, B2 (5a) durch Steuerung und/ oder Regelung eingestellter exspiratorischer Druck Pexsp für den Patienten. Am Ende der Exspirationsphase ergibt sich der exspiratorische Druck Pexsp als ein sogenannter positiver endexspiratorischer Druck PPEEP, [PEEP: positive end expiratory pressure], also ein Druck, welcher minimal oberhalb des Umgebungsdrucks gewählt wird, um ein Zusammenfallen (collapse) der Lunge zu verhindern. Ein typischer Wertebereich für einen positiven endexspiratorischen Druck PPEEP ist 5- 8 mbar, Werte oberhalb von PPEEP > 20 mbar sind eher unüblich.
  • Die 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b zeigen in schematischen Darstellungen verschiedene Ventilanordnungen mit Piezobiegebalken, bzw. Piezoaktuatoren in unterschiedlichen Betriebszuständen. Der Piezobiegebalken als Piezoaktuator dient als ein Stellelement für ein Stellventil. Das Stellventil ermöglicht eine kontrollierte Zuströmung oder eine kontrollierte Abströmung von Atemgasen zu einem Patienten. Als Ausgestaltungen der Ventilanordnungen 11, 11' nach den 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A sowie 5B werden im Folgenden in den 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A, 10B, 11, 12, 13 verschiedene Ausgestaltungen der Ventilanordnung 11, 11' schematisch dargestellt.
  • Die 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A und 10B werden in einer gemeinsamen Figurenbeschreibung erläutert. Gleiche Elemente in den 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A, 5B, sowie in den 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A und 10B werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In der 6 wird in schematischer Darstellung ein Auszug aus der Ventilanordnung 11, 11' gemäß der 1 und 2 gezeigt. Dieser Auszug stellt das erste, bzw. das zweite Stellventil 21, 21', 22, 22' schematisch dar. Gezeigt sind ein Ventilantrieb 2, der auf einen Ventilsitz 1 bewegt werden kann. Der Ventilsitz 1 ist derart in einer Strömungsanordnung 28 (Rohrleitung, Rohrleitungsstück, Rohrleitungselement, Schlauchleitung) angeordnet, dass durch Strömungen 28', bzw. 28" durch eine Bewegung des Ventilantriebs ermöglicht oder blockiert werden können.
  • Die 7 zeigt eine prinzipielle Ausgestaltung der 6 mit einem Ventilantrieb 2, welcher als ein Biegebalkenelement 49 ausgestaltet ist. Mittels einer Steuerspannung Ux 47 erfolgt eine Auslenkung des Biegebalkens 49 als Auslenkung 200 in Richtung des Ventilsitzes 1. Ohne eine Ansteuerung durch die Steuerspannung Ux 47 können Strömungen 28', 28" in der Anordnung des Stellventils 21, 21', 22, 22' zwischen Ventilsitz und Ventilantrieb hindurchströmen. Bei Ansteuerung des Biegebalkens 49 durch die Steuerspannung 47 wird durch die Auslenkung 200 der Ventilantrieb in Richtung des Ventilsitzes bewegt, so dass die Strömungen 28, 28' blockiert sind. Diese beiden Betriebszustände mit der Steuerspannung UX 47 werden in den 9A sowie 9B schematisch näher dargestellt. In den 9A und 9B sind dazu jeweils die Endpositionen mit geöffnetem Ventil (UX1) 47 und als geschlossenes Ventil (UX2) 47 gezeigt. Damit zeigen die Anordnungen nach der 7, bzw. deren Betriebszustände gemäß 9A und 9B eine Ventilanordnung 11, 11' mit einem Stellventil 21, 21', 22, 22' mit einer Funktionseigenschaft eines Ventils, das in einem nicht mittels einer Steuerspannung 47 angesteuerten Zustand geöffnet ist. Ein solches Ventil wird üblicherweise als „Normally Open“-Ventil bezeichnet. In dieser Ausgestaltung wird mittels der Steuerspannung Ux 47 (UX1, UX2) das Antriebselement 2 dazu bewegt, das Ventil mit einer Auslenkung 200 zu schließen. Dabei wird durch die Auslenkung 200 des Biegebalkens in Richtung des Ventilsitzes die Durchströmung 28', 28" aktiv blockiert.
  • Im Unterschied dazu zeigt die 8 eine Ausgestaltung eines Stellventils 21, 21', 22, 22' für eine Ventilanordnung 11, 11', welches in einem nicht angesteuerten Zustand geschlossen ist. Ein solches Ventil wird üblicherweise als „Normally Closed“-Ventil bezeichnet. Mittels einer Ansteuerspannung UY 47 wird eine Auslenkung eines Biegebalkens 49 bewirkt. Diese Auslenkung 200' wirkt gegen einen mittels eines Federelements 51 und eines Widerlagers 55 aufgebrachte Gegenkraft, welche den Biegebalken 49 auf den Ventilsitz 1 drückt, so dass ohne ein Anliegen einer Steuerspannung UY 47 das Stellventil 21, 21', 22, 22' den Zustand eines geschlossenen Ventils aufweist. Durch Anlegen einer Steuerspannung UY 47 wird eine Auslenkung 200 des Biegebalkens 49 gegen das Federelement 51 und das Widerlager 55 bewirkt. Dadurch sind dann Strömungen 28', 28" zwischen Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 ermöglicht. Ein solches Ventil wird auch als ein sogenanntes „normaly closed“-Ventil bezeichnet. Ohne ein Anlegen einer Steuerspannung UY 47 ist ein solches Ventil (N.C., Normally Closed) im Schließzustand. In der 10A und der 10B sind die Zustände eines verschlossenen Ventils im Ruhezustand und eines geöffneten Ventils im aktivierten Zustand gezeigt. Die Auslenkung 200' bewirkt die Durchströmung an 28', 28" in der 10B. Damit wird in den 9A, 9B sowie 10A und 10B gezeigt, wie Auslenkungen 200, 200' durch die Steuerspannung UX1, UX2, UY1, UY2 47 bewirkt werden. Mit diesen beiden Ventiltypen (Normally Open, N.O, sowie Normally Closed, N.C.) ist es ermöglicht, Ventilanordnungen, wie sie in den 12, 13 gezeichnet sind, aufzubauen. Dabei wird von den Eigenschaften dieser beiden Typen (N.O., N.C.) Gebrauch gemacht, um im stromlosen Zustand, d. h. ohne Ansteuerung durch Ux, bzw. UY 47 sicherzustellen, dass in einer Anordnung zur Beatmung 27, 27', 27" (3, 4A, 4B, 12, 13, 14, 15 die Ausatmung eines Patienten 30 (5A, 4A, 4B, 3) im stromlosen Zustand ständig ermöglicht ist, da die als Exspirationsventil fungierende 11 Ventilanordnung (4B) im stromlosen Zustand geöffnet ist. Dieses stellt ein besonderes Merkmal einer sicheren Ausgestaltung dar, der auch im Fehlerfall, welcher beispielsweise durch einen Spannungsausfall verursacht sein kann, immer gewährleistet ist, dass der Patient 30 (3, 4B) dann in der Lage ist auszuatmen. In den 9A, 9B, 10A und 10B sind Stützelemente, bzw. Stützkonstruktionen 50 gezeigt, welche die prinzipielle Anordnung der Biegebalken 49 mit Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 zur Gestaltung von Stellventilen 21, 21', 22, 22' in Ventilanordnungen 11, 11' ermöglichen. Diese Stützkonstruktionen 50 sind nur schematisch dargestellt, um die Wirkungsweise der Biegebalken 47 und deren Auslenkungen 200, 200' erläutern zu können. Zu solchen Stützkonstruktionen zählen sowohl Gehäuseteile, Gasführungselemente, sowie auch Dichtelemente, welche in diesen Figuren alle einheitlich mit der Bezugsziffer 50 versehen sind, ohne auf die einzelnen Funktionen dieser Stützkonstruktion, bzw. Konstruktionselemente im Detail einzugehen.
  • Die 11 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu den 6, 7, 8. Gleiche Elemente in den 6, 7, 8, 11 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den 6, 7, 8, 11 bezeichnet. Dabei wird anstatt eines Biegebalkenelements 49 (6, 7, 8) ein Piezo-Aktuator 54 eingesetzt, welcher mit Hilfe eines Auflagers 52 und eines Hebelelementes 53 gegen ein Federelement 51 mit Widerlager 55 wirkend eine Auslenkung 200" ermöglicht. Durch die Auslegung 200" wird ein Spalt zwischen Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 vergrößert oder verringert, so dass durch die Strömungsanordnung 28 dann Durchströmungen 28, 28" stattfinden können. Diese Ausgestaltung 21", 22" stellt eine Variante der bisher in den 6, 7, 8 dargestellten Stellventile dar. Auch in dieser 11 sind Stützkonstruktionen 50 mit Dichtelementen und Gasführungselementen schematisch dargestellt, um die prinzipielle Wirkungsweise der Stellventile 21", 22" darzustellen.
  • In den 12 und 13 sind basierend auf den 6, 7, 8, konkretisierte Ausgestaltungen von Ventilanordnungen 11, 11' mit Biegebalken 47 gezeigt, wie sie als Stellventile 21, 22 in den 1 und 2 gezeigt sind.
    Gleiche Elemente in den 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13 bezeichnet.
    Die 12 zeigt Ventilanordnungen 11, 11', welche als ein Inspirationsventil oder Exspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung 27, 27', 27" nutzbar sind.
    Über die Steuergaseingänge 14, 16 werden der Anordnung 11, 11' Druckniveaus 13, 15 bereitgestellt. Mit Hilfe zweier Steuerspannungen U1, U2 47 und deren Spannungsniveaus wird eine Auslenkung 200 der Biegebalkenelemente 49 bewirkt, was in Verbindung mit den bereitgestellten Druckniveaus 13, 15 ein Druckniveau 8 einstellt, welches dann die Bewegung der Ventilscheibe 3 (1, 2) in Relation zum Ventilsitz 4 (1, 2) bewirkt und eine Gasströmung zwischen dem ersten Gaszugang 6 (1, 2) und zweiten Gaszugang 7 (1, 2) ermöglicht, teilweise ermöglicht oder verhindert.
  • Die 13 zeigt eine Ventilanordnung 11" mit einer binär wirkenden Funktionsweise. Auch eine solche Ventilanordnung 11" kann als ein Inspirationsventil oder als ein Exspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung 27, 27', 27" nutzbar sein.
    In der in dieser 13 gezeigten Darstellung ist die Ventilanordnung 11" mit den Steuergaseingängen 13, 14 und der Wahl der entsprechenden Druckniveaus (P1 > P2) derart ausgebildet, dass ein Inspirationsventil mit einem Ruhezustand an der Ventilscheibe 3 „Normally Closed“ gebildet wird.
    Dazu ist eines der Biegebalkenelemente 49 in einer als Normally Open- ausgebildeten nach der 7 unteren Anordnung angeordnet und ein weiteres der Biegebalkenelemente 49 in einer als Normally Closed- ausgebildeten nach der 8 oberen Anordnung angeordnet. Über die Steuergaseingänge 14, 16 werden der Anordnung 11 Druckniveaus 13, 15 bereitgestellt. Mit Hilfe einer gemeinsamen Steuerspannung US, 47 und deren Spannungsniveau werden gegensinnige Auslenkungen 200, 200' der Biegebalkenelemente 49 erzeugt, welche auf die Ventilscheibe 3 wirken. Auch in dieser 13 stellt sich in Verbindung mit den bereitgestellten Druckniveaus 13, 15 ein Druckniveau 8 ein, welches dann die Bewegung der Ventilscheibe 3 (1, 2) in Relation zum Ventilsitz 4 (1, 2) bewirkt und in binäre Funktionalität entweder eine Gasströmung zwischen dem ersten Gaszugang 6 (1, 2) und zweiten Gaszugang 7 (1, 2) ermöglicht oder verhindert. Werden die Steuergaseingänge 13 und 14, gegeneinander getauscht, so ist die Ventilanordnung 11" mit den Druckniveaus (P2 > P1) derart ausgebildet, dass ein Exspirationsventil mit einem Ruhezustand an der Ventilscheibe 3 „Normally Open“ gebildet wird.
  • Die in der 12 gezeigte Variante ermöglicht es, über die beiden Steuerspannungen U1, U2 47 das Druckniveau 8 mit Wirkung auf die Ventilscheibe 3 (1, 2) proportional einzustellen und so den Grad der Öffnung der Ventilscheibe 3 (1, 2) in Relation zum Ventilsitz 4 (1, 2) kontinuierlich zwischen den Zuständen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ zu variieren. Demgegenüber wird in der in der 13 gezeigten Variante eine binäre Umschaltung zwischen genau zwei Zuständen ohne Zwischenzustände mit einer einzigen Steuerspannung ermöglicht. Wenn mit dieser Variante eine Variation von durch Ventilscheibe 3 (1, 2) und Ventilsitz 4 (1, 2) strömenden Gasmengen einstellbar sein soll, so kann die gemeinsame Steuerspannung US, 47 zeitlich moduliert werden, um auf diese Weise eine mittlere strömende Gasmenge zwischen Ventilscheibe 3 (1, 2) und Ventilsitz 4 (1, 2) einzustellen. Eine solche Modulation kann beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen.
    Wie bereits zu 1 beschrieben kann mit einer Rückkopplung des Druckniveaus 8 in einem Regelkreis ein druckgeregeltes Proportionalventil realisiert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1, 1'
    Ventilsitz, erstes Stellventil A1, A2
    2, 2'
    Ventilantrieb, erstes Stellventil A1, A2
    3
    Ventilscheibe Dosierventil
    4
    Ventilsitz Dosierventil, Ventilkrater Dosierventil
    5
    Steuergasleitung
    5'
    Balgelement Dosierventil
    6
    erster Gaszugang
    7
    zweiter Gaszugang
    8
    drittes Druckniveau P3
    9
    Bewegung Ventilscheibe relativ zum Ventilsitz im Dosierventil
    10
    Ventilgehäuse Dosierventil
    11, 11', 11"
    Ventilanordnung
    12
    Kontrolleinheit
    13
    erstes Druckniveau P1
    14
    erster Steuergaseingang
    15
    zweites Druckniveau P2
    16
    zweiter Steuergaseingang
    17, 17'
    Ventilsitz, zweites Stellventil B1, B2
    18, 18'
    Ventilantrieb, zweites Stellventil B1, B2
    19, 19'
    erste Steuerleitung A1
    20, 20'
    zweite Steuerleitung B1
    21, 21'
    erstes Stellventil, Stellbewegung A
    22, 22'
    zweites Stellventil, Stellbewegung B
    23
    Gasfördereinheit
    24
    kombinierter Gaseingang
    25
    Umgebung, Umgebungsluft
    26
    Inspirations-/Exspirations-Aufteilung, Y-Stück
    27, 27', 27"
    patientennahe Beatmungsvorrichtung
    28
    Strömungsanordnung, Strömungen, Durchströmungen
    28', 28"
    Strömungen, Durchströmungen
    30
    Patient, Lebewesen
    31
    Inspirationsatemgas, inspiratorisches Atemgasgemisch
    33
    Exspirationsgas, exspiratorisches Atemgasgemisch
    35
    Anschlusselement, Verbindungselement
    37
    Atemgasleitung, Schlauchsystem
    37, 37'
    Inspirationsschlauch
    39
    Endotrachealtubus
    39'
    Atemmaske
    40
    Druckmessleitungen, Drucksensorsignalleitungen
    41
    Druckniveau PA an Inspirationsventilanordnung 11'
    42
    Druckniveau PB an Exspirationsventilanordnung 11
    43
    Druckniveau PC am Y-Stück, Atemwegsdruck des Patienten
    44
    Steuerdruck, oberes Druckniveau PH
    45
    Steuerdruck, unteres Druckniveau PL
    47
    Steuerspannungen Ux, Uy, Ux1, Ux2 Uy1, Uy2, U1, U2, US
    49
    Biegebalkenelement
    50
    Stützkonstruktion
    51
    Federelement
    52
    Auflager
    53
    Hebeelement
    54
    Piezo-Aktuator
    55
    Widerlager
    200, 200', 200"
    Auslenkungen von Biegebalken oder Piezo-Aktuator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2904035 [0003]
    • US 5400777 [0003]
    • US 5937853 [0003]
    • WO 2007/085110 A1 [0003]
    • EP 0943353 A2 [0004]
    • US 5314118 [0004]
    • US 6173744 [0004]

Claims (26)

  1. Ventilanordnung (11, 11') mit einer Kontrolleinheit (12), mit einem Dosierventil (10), mit einem ersten Stellventil (21), einem zweiten Stellventil (22), mit einem ersten Steuergaseingang (14), einem zweiten Steuergaseingang (16), mit einem ersten Gaszugang (6) und einem zweiten Gaszugang (7), • wobei das Dosierventil (3) eine Steuergasleitung (5), einen Ventilsitz (4) und eine Ventilscheibe (3) aufweist, • wobei der erste Steuergaseingang (14) zu einer Zuführung (28, 28', 28") eines bereitgestellten ersten Druckniveaus (13) zu dem ersten Stellventil (21) ausgebildet ist und der zweite Steuergaseingang (16) zu einer Zuführung eines bereitgestellten zweiten Druckniveaus (15) hin zu dem zweiten Stellventil (22) ausgebildet ist, • wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) ausgebildet ist, • wobei das erste Stellventil (21) an dem ersten Steuergaseingang (14) angeordnet und gasführend mit dem ersten Steuergaseingang (14) verbunden ist und wobei das zweite Stellventil (22) an dem zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet und mit dem zweiten Steuergaseingang (16) gasführend verbunden ist, • wobei die Steuergasleitung (5) mit dem ersten Stellventil (21) und mit dem zweiten Stellventil (22) gasführend verbunden ist, • wobei mittels der Steuergasleitung (5) das erste oder das zweite Druckniveau (13, 15) der Ventilscheibe (3) zugeführt werden können, • wobei das erste Stellventil (21) und das zweite Stellventil (22) piezoelektrische Elemente (49, 54) aufweisen, welche mittels elektrischer Anregung (47) aktivierbar sind, um eine Zuführung des ersten oder des zweiten Druckniveaus (13, 15) mittels der Steuergasleitung (5) zu der Ventilscheibe (3) zu bewirken und Änderungen des pneumatische n Zustands an der Ventilscheibe (3) einzustellen, • wobei die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist, durch, den piezoelektrischen Elementen (49, 54) zugeordnete elektrische Steuersignale (47), die Aktivierungen der Stellventile (21, 22) zu bewirken, • wobei die Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart kontrolliert, dass mittels der piezoelektrischen Elemente (49, 54) in der der Steuergasleitung (5) das erste Druckniveau (13) als eine erste Drucksituation oder das zweite Druckniveau (15) als eine zweite Drucksituation gegeben ist, • wobei die Ventilscheibe (3) in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz (4) derart in dem Dosierventil (10) angeordnet ist, in einer Relation zu dem Ventilsitz (4) in Abhängigkeit von einem Vorliegen der ersten oder zweiten Drucksituation (13, 15) bewegbar zu sein, um eine Strömung einer Gasmenge zwischen dem ersten Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) zu ermöglichen, • wobei bei einem Zustand der ersten Drucksituation die Ventilscheibe (3) von dem Ventilsitz (4) fort bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) strömende Gasmenge ermöglicht oder erhöht wird und wobei bei einem Zustand der zweiten Drucksituation die Ventilscheibe (3) zu dem Ventilsitz (4) hin bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) strömende Gasmenge verringert oder blockiert wird.
  2. Ventilanordnung (11, 11') nach Anspruch 1, wobei das bereitgestellte erste Druckniveau (13) als ein Druck oberhalb des Umgebungsdrucks in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa definiert ist.
  3. Ventilanordnung (11, 11') nach Anspruch 1, wobei das bereitgestellte zweite Druckniveau (15) als ein Druck in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa definiert ist.
  4. Ventilanordnung (11, 11') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines dritten Druckniveaus (8) in oder an der Steuergasleitung (5) angeordnet ist, wobei der Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der Steuergasleitung (5), an dem Balgelement oder an der Ventilscheibe (3) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist.
  5. Ventilanordnung (11, 11') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens ein weiterer Drucksensor P1, P2 zu einer Erfassung des ersten und/ oder zweiten Druckniveaus (13, 15) in oder an dem ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Drucksensor P1, P2 zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Steuergaseingang (16) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist.
  6. Dosiervorrichtung (11,11'), ausgebildet und ausgestaltet mit einer Ventilanordnung (11') mit je zwei Stellventilen (21, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden Stellventile (21, 22) angeordnet sind und gasführend derart verbunden sind, dass damit ein Inspirationsventil (11') ausgebildet und bereitgestellt wird, wobei eine Atemgasleitung (37) vorgesehen ist, wobei das Inspirationsventil (11') mittels der Atemgasleitung (37) zu einer dosierten Zuführung von Durchflussmengen (31) an Atemgasen zu dem Patienten (30) hin ausgebildet ist.
  7. Dosiervorrichtung (11,11'), ausgestaltet mit einer Ventilanordnung (11) mit je zwei Stellventilen (21, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden Stellventile (21, 22) angeordnet sind und gasführend derart verbunden sind, dass damit ein Exspirationsventil (11) ausgebildet und bereitgestellt wird, wobei eine Atemgasleitung (37) vorgesehen ist, wobei das Exspirationsventil (11) mittels der Atemgasleitung (37) zu einer dosierten Fortführung von Durchflussmengen (33) an Atemgasen von einem Patienten (30) fort ausgebildet ist.
  8. Dosiervorrichtung (11,11') nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei mindestens eines der Stellventile (21, 22) ausgebildet ist, dass zumindest eines der zwei Stellventile (21, 22) sich ohne eine elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet.
  9. Dosiervorrichtung (11,11') nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei mindestens eines der Stellventile (21, 22) ausgebildet ist, dass zumindest eines der zwei Stellventile sich ohne eine elektrische Aktivierung (47) in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet.
  10. Dosiervorrichtung (11') nach Anspruch 6, Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die zwei Stellventile (21, 22) das Inspirationsventil (11') ausbilden, wobei sich das erste Stellventil (21) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet und wobei sich das zweite Stellventil (22) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet.
  11. Dosiervorrichtung (11) nach Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9,, wobei die zwei Stellventile (21, 22) das Exspirationsventil (11) ausbilden, wobei sich das erste Stellventil (21) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet und wobei sich das zweite Stellventil (22) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet.
  12. Dosiervorrichtung (11,11') nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei mindestens ein weiterer Drucksensor P1, P2 zu einer Erfassung mindestens eines Druckniveaus (13, 15) an dem ersten Steuergaseingang (14) und/ oder an dem zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Drucksensor P1, P2 zu einer Erfassung eines Druckmesswertes an der ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Steuergaseingang (16) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist.
  13. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27"), gebildet mit einem Inspirationsventil (11') der Dosiervorrichtung (11') nach Anspruch 10 und gebildet mit dem Exspirationsventil (11) der Dosiervorrichtung (11) nach Anspruch 11, oder Dosiervorrichtung (11, 11') nach Anspruch 12, wobei mindestens eine Atemgasleitung (37) zu einer Zu- und Fortführung von Atemgasen zu und von einem Patienten (30) vorgesehen ist, wobei eine Gasfördereinheit (23) zu einer Förderung von Durchflussmengen an Atemgasen mittels der Atemgasleitung (37) zu dem Patienten (30) in oder an der Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") vorgesehen ist, wobei die Atemgasleitung (37) ein geräteseitiges Ende mit einem geräteseitigen Anschlusselement (37') zu einer gasführenden Verbindung mit den Ventilanordnungen (11, 11') aufweist, wobei die Atemgasleitung (37) ein patientenseitiges Leitungsende mit einem patientenseitigen Anschlusselement (26) zur dosierten Zu- und Fortführung der Durchflussmengen an Atemgasen zu dem Patienten (30) aufweist.
  14. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach Anspruch 13, wobei die als Inspirationsventil (11') ausgebildete Dosiervorrichtung (11') derart ausgebildet ist, dass eine gasführende Verbindung (24) zwischen dem ersten Steuergaseingang (14) und der Gasfördereinheit (23) gegeben ist, so dass das erste Druckniveau (13) von der Gasfördereinheit (23) bereitgestellt wird, wobei das erste Druckniveau (15) als ein Druckniveau oberhalb des Umgebungsdruckniveaus (25) von der Gasfördereinheit (23) bereitgestellt wird.
  15. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei an das patientenseitige Anschlusselement (26) ein Endotrachealtubus, eine Trachealkanüle oder ein Tracheostoma (39) anschließbar ist.
  16. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei an das patientenseitige Anschlusselement (26) eine Atemmaske (39') anschließbar ist.
  17. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei mindestens ein erster Drucksensor PC (43) zu einer Erfassung eines Drucks (43) in oder an der Atemgasleitung (37) angeordnet ist, wobei der mindestens erste Drucksensor Pc (43) zu einer Erfassung eines Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung (37) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung (37) an die Kontrolleinheit ausgebildet ist.
  18. Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei an zumindest einer der zwei Dosiervorrichtungen (11, 11') mindestens ein weiterer Drucksensor PA, PB zu einer Erfassung mindestens eines Druckniveaus PA, PB (8, 41, 42) in oder an mindestens einer der Steuergasleitungen (5) angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Drucksensor PA, PB zu einer Erfassung mindestens eines Druckmesswertes an mindestens einer der Steuergasleitungen (5) und zu einer Bereitstellung des mindestens einen Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist.
  19. Dosiervorrichtung (11, 11') nach einem der Ansprüche 6 bis 12, sowie Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') bereitstellt, dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11') die erste Drucksituation gegeben ist und wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Exspirationsventils (11) bereitstellt, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die zweite Drucksituation gegeben ist.
  20. Dosiervorrichtung (11, 11') nach einem der Ansprüche 6 bis 12, sowie Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') bereitstellt, dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11') die zweite Drucksituation gegeben ist und wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Exspirationsventils (11) bereitstellt, so dass für einen Zustand der Exspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die erste Drucksituation gegeben ist.
  21. Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11') die erste Drucksituation gegeben ist und die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die zweite Drucksituation gegeben ist.
  22. Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe (3) die zweite Drucksituation gegeben ist und die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand der Exspiration an der Ventilscheibe (3) die erste Drucksituation gegeben ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei für einen Zustand einer Inspiration, mit einem am Patienten (39) in der Phase der Inspiration wirksamen Beatmungsdruck zwischen 5 und 100 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks, von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') und des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, dass ein Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von -5 hPa bis 5 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11') in Kombination mit einem Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) wirkt.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei für einen Zustand einer Exspiration, mit einem am Patienten in der Phase der Exspiration wirksamen Beatmungsdruck zwischen 0 und 40 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks, von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21, 22) des Inspirationsventils (11') und des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, dass ein Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11') in Kombination mit einem Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von -20 hPa bis +40 hPa, vorzugsweise -5 hPa bis +40 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) wirkt.
  25. Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung (11, 11', 11") oder einer Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei für einen Zustand einer Inspiration mit Hilfe der elektrischen Steuersignale (47) an den Stellventilen (21, 22) eine Kombination von Druckniveaus (13, 15) eingestellt wird, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11), welche ein Exspirationsventil bildet (11) ein erstes Druckniveau (13) einwirkt, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11'), welche ein Inspirationsventil bildet (11') ein zweites Druckniveau (15) einwirkt, wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) ausgebildet ist.
  26. Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung (11, 11', 11") oder einer Beatmungsvorrichtung (27, 27', 27") nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei für einen Zustand einer Exspiration mit Hilfe der elektrischen Steuersignale (47) an die Stellventile (21, 22) eine Kombination von Druckniveaus (13, 15) eingestellt wird, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11'), welche ein Inspirationsventil bildet (11') ein erstes Druckniveau (13) gegeben ist und, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11), welche ein Exspirationsventil bildet (11) ein zweites Druckniveau (15) einwirkt, wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) ausgebildet ist.
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