DE102019004451A1

DE102019004451A1 - Valve assembly and method of operating a valve assembly

Info

Publication number: DE102019004451A1
Application number: DE102019004451.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Hansmann
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (100) mit einer Hauptgasleitung (110), einer Pumpen-seitigen Bypassleitung (120), einer Ventil-seitigen Bypassleitung (130), einer Pumpenanordnung (140) und einem Gasventil (150). Die Pumpen-seitige Bypassleitung ist ausgebildet, Vordruck-gesteuertes Patientengas (102) über eine Bypassöffnung (122) in der Hauptgasleitung zu der Pumpenanordnung zu führen. Die Ventil-seitige Bypassleitung ist ausgebildet, ein durch die Pumpenanordnung bewegtes Gasvolumen (132) zwischen der Pumpenanordnung und dem Gasventil zu führen. Die Pumpenanordnung ist ausgebildet, ein Steuersignal (142) zu empfangen und abhängig von dem Steuersignal ein die Pumpenanordnung durchströmendes Gasvolumen abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, wobei das Gasvolumen aus der Ventil-seitigen Bypassleitung angesaugt und in die Pumpen-seitige Bypassleitung hineingepresst wird sowie daraufhin aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung angesaugt und in die Ventil-seitige Bypassleitung hineingepresst wird. Das Gasventil weißt eine pneumatisch steuerbare Ventilplatte (152) auf, wobei die Ventilplatte durch das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegt werden kann. Dabei ist die Pumpen-seitige Bypassleitung (120) weiterhin ausgebildet, ein Puffervolumen (124) zu umgeben, das mindestens doppelt so groß ist wie das durch die Pumpenanordnung (140) bewegte Gasvolumen (132).The invention relates to a valve arrangement (100) with a main gas line (110), a pump-side bypass line (120), a valve-side bypass line (130), a pump arrangement (140) and a gas valve (150). The pump-side bypass line is designed to lead patient gas (102) controlled by admission pressure via a bypass opening (122) in the main gas line to the pump arrangement. The valve-side bypass line is designed to guide a gas volume (132) moved by the pump arrangement between the pump arrangement and the gas valve. The pump arrangement is designed to receive a control signal (142) and, depending on the control signal, to move a gas volume flowing through the pump arrangement alternately in opposite directions, the gas volume being sucked out of the valve-side bypass line and pressed into the pump-side bypass line and then sucked out of the pump-side bypass line and pressed into the valve-side bypass line. The gas valve has a pneumatically controllable valve plate (152), wherein the valve plate can be moved between a closed position and an open position by the volume of gas moved by the pump arrangement. The pump-side bypass line (120) is also designed to surround a buffer volume (124) which is at least twice as large as the gas volume (132) moved by the pump arrangement (140).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Verwendung in einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases und ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilanordnung innerhalb einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases.The invention relates to a valve arrangement for use in a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas and a method for operating a valve arrangement within a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas.

Verschiedene Ventilanordnungen zur Steuerung von medizinischen Ventilationssystemen sind bekannt. Insbesondere ist bekannt, über ein Öffnen und Schließen eines Inspirationsventils Beatmungsintervalle für einen mit dem Patientengas zu versorgenden Patienten vorzugeben.Various valve arrangements for controlling medical ventilation systems are known. In particular, it is known to specify ventilation intervals for a patient to be supplied with the patient gas by opening and closing an inspiration valve.

Ein derartiges Inspirationsventil kann bekanntermaßen als ein pneumatisches Inspirationsventil, insbesondere als ein Vordruck-gesteuertes Inspirationsventil ausgebildet sein. In einem Vordruck-gesteuerten Inspirationsventil wird das Patientengas unter Beaufschlagung eines Vordrucks geführt, wobei dieses Patientengas in einer zur Hauptgasleitung des Ventilationssystems parallelen Leitung dem pneumatischen Inspirationsventil zugeführt wird. Hierdurch kann das Inspirationsventil direkt über den beaufschlagten Vordruck des Patientengases gesteuert werden.Such an inspiration valve can, as is known, be designed as a pneumatic inspiration valve, in particular as a pre-pressure-controlled inspiration valve. In a pre-pressure-controlled inspiration valve, the patient gas is fed under the application of a pre-pressure, this patient gas being fed to the pneumatic inspiration valve in a line parallel to the main gas line of the ventilation system. In this way, the inspiration valve can be controlled directly via the applied pre-pressure of the patient gas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ventilanordnung, insbesondere eine besonders sichere Ventilanordnung zur Verwendung in einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases, zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable an improved valve arrangement, in particular a particularly safe valve arrangement for use in a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Ventilanordnung zur Verwendung in einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases vorgeschlagen mit einer Hauptgasleitung, einer Pumpen-seitigen Bypassleitung, einer Ventil-seitigen Bypassleitung, einer Pumpenanordnung und einem Gasventil.According to the invention, a valve arrangement for use in a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas is proposed with a main gas line, a pump-side bypass line, a valve-side bypass line, a pump arrangement and a gas valve to solve this problem.

Die Hauptgasleitung ist über einen Vordruck-seitigen Anschluss und einen Patienten-seitigen Anschluss an einem System zur Führung eines Patientengases anordnenbar.The main gas line can be arranged on a system for guiding a patient gas via a connection on the inlet pressure side and a connection on the patient side.

Die Pumpen-seitige Bypassleitung ist angeordnet und ausgebildet, Vordruck-gesteuertes Patientengas über eine Bypassöffnung in der Hauptgasleitung zu der Pumpenanordnung zu führen.The pump-side bypass line is arranged and designed to lead patient gas controlled by admission pressure via a bypass opening in the main gas line to the pump arrangement.

Die Ventil-seitige Bypassleitung ist angeordnet und ausgebildet, ein durch die Pumpenanordnung bewegtes Gasvolumen zwischen der Pumpenanordnung und dem Gasventil zu führen.The valve-side bypass line is arranged and designed to guide a gas volume moved by the pump arrangement between the pump arrangement and the gas valve.

Die Pumpenanordnung ist ausgebildet, ein Steuersignal zu empfangen und abhängig von dem Steuersignal ein die Pumpenanordnung durchströmendes Gasvolumen abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, wobei das Gasvolumen aus der Ventil-seitigen Bypassleitung angesaugt und in die Pumpen-seitige Bypassleitung hineingepresst wird sowie daraufhin aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung angesaugt und in die Ventil-seitige Bypassleitung hineingepresst wird.The pump arrangement is designed to receive a control signal and, depending on the control signal, to move a gas volume flowing through the pump arrangement alternately in opposite directions, the gas volume being sucked in from the valve-side bypass line and pressed into the pump-side bypass line and then out of the pump -side bypass line is sucked in and pressed into the valve-side bypass line.

Das Gasventil weißt eine pneumatisch steuerbare Ventilplatte auf, die angeordnet und ausgebildet ist, in einer geschlossenen Position des Gasventils einen unidirektionalen Fluss des Vordruck-gesteuerten Patientengases durch die Hauptgasleitung zu unterbrechen und in einer offenen Position des Gasventils diesen Fluss durch die Hauptgasleitung zu erlauben, wobei die Ventilplatte durch das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position des Gasventils bewegt werden kann, und wobei die Ventilplatte relativ zu der Vordruck-gesteuerten Strömungsrichtung innerhalb der Hauptgasleitung nachgelagert zu der Bypassöffnung angeordnet ist. Dabei ist die Pumpen-seitige Bypassleitung weiterhin ausgebildet, zwischen der Bypassöffnung und der Pumpenanordnung ein Puffervolumen zu umgeben, das mindestens doppelt so groß ist wie das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen.The gas valve has a pneumatically controllable valve plate which is arranged and designed to interrupt a unidirectional flow of the pre-pressure-controlled patient gas through the main gas line in a closed position of the gas valve and to allow this flow through the main gas line in an open position of the gas valve, wherein the valve plate can be moved between the closed position and the open position of the gas valve by the gas volume moved by the pump arrangement, and wherein the valve plate is arranged downstream of the bypass opening relative to the pre-pressure-controlled flow direction within the main gas line. The pump-side bypass line is also designed to surround a buffer volume between the bypass opening and the pump arrangement which is at least twice as large as the gas volume moved through the pump arrangement.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine Steuerung der Ventilanordnung über eine Pumpenanordnung ein besonders hohes Maß an Verlässlichkeit ermöglicht. Weiterhin wurde erkannt, dass dasjenige Gas, das in Kontakt mit einer Pumpe der Pumpenanordnung gerät, aufgrund möglicher Verunreinigungen nicht mehr einem Patienten zugeführt werden sollte. Zur Lösung dieses Problems wird eine geeignete Gestaltung der Pumpen-seitigen Bypassleitung mit einem Puffervolumen vorgeschlagen.In the context of the invention, it was recognized that controlling the valve arrangement via a pump arrangement enables a particularly high degree of reliability. It was also recognized that the gas that comes into contact with a pump of the pump arrangement should no longer be supplied to a patient due to possible contamination. To solve this problem, a suitable design of the pump-side bypass line with a buffer volume is proposed.

Vorteilhaft wird durch das Puffervolumen eine Vermeidung eines Kontaktes des durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumens mit dem zu versorgenden Patienten ermöglicht. Da das Puffervolumen deutlich größer ist als das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen, wird weiterhin vermieden, dass dieses bewegte Gasvolumen beispielsweise durch Diffusion zurück in die Hauptgasleitung gerät.Advantageously, the buffer volume makes it possible to avoid contact of the gas volume moved by the pump arrangement with the patient to be supplied. Since the buffer volume is significantly larger than the gas volume moved by the pump arrangement, this moving gas volume is also prevented from getting back into the main gas line, for example by diffusion.

Da sehr unterschiedliche Vordrücke in medizinischen Anwendungen notwendig sein können, die typischerweise in einem Bereich zwischen 40 mbar und 500 mbar liegen, ermöglicht die vorgeschlagene Ventilanordnung durch die vorgesehene Pumpenanordnung eine besonders verlässliche Krafteinleitung in die pneumatisch steuerbare Ventilplatte des Gasventils. Dadurch kann die erfindungsgemäße Ventilanordnung bei einem variablen Arbeitspunkt verwendet werden.Since very different primary pressures may be necessary in medical applications, which are typically in a range between 40 mbar and 500 mbar, the proposed valve arrangement enables particularly reliable force introduction into the pneumatically controllable valve plate of the gas valve through the provided pump arrangement. This allows the inventive Valve arrangement can be used at a variable operating point.

Durch die Führung des mit Vordruck beaufschlagten Patientengases über die Bypassleitungen zu dem Gasventil, wird eine Ventilanordnung realisiert, die weitgehend unabhängig von dem Vordruck funktioniert, da der Vordruck auf beiden Seiten der Ventilplatte anliegt. Die Pumpenanordnung kann vor diesem Hintergrund einen dynamischen und zuverlässigen Schließ- und Öffnungsvorgang ermöglichen.By guiding the patient gas to which pre-pressure is applied via the bypass lines to the gas valve, a valve arrangement is implemented which works largely independently of the pre-pressure, since the pre-pressure is applied to both sides of the valve plate. Against this background, the pump arrangement can enable a dynamic and reliable closing and opening process.

Dass die Hauptgasleitung an dem System zur Führung des Patientengases anordnenbar ist, umfasst auch die Variante, dass die Hauptgasleitung einen Teil des Systems zur Führung des Patientengases bildet. Vorzugsweise kann die Hauptgasleitung mit einer bestehenden Leitungsanordnung des Systems zur Führung eines Patientengases beispielsweise über eine Steckverbindung verbunden werden.The fact that the main gas line can be arranged on the system for guiding the patient gas also includes the variant that the main gas line forms part of the system for guiding the patient gas. The main gas line can preferably be connected to an existing line arrangement of the system for guiding a patient gas, for example via a plug connection.

Verschiedene Ausgestaltungen von pneumatisch steuerbaren Ventilplatten innerhalb eines Gasventils sind denkbar und dem Fachmann bekannt. Im Folgenden beschriebene Ausgestaltungen stellen daher lediglich konkrete Beispiele dar, die den Gegenstand der Erfindung nicht einschränken.Various configurations of pneumatically controllable valve plates within a gas valve are conceivable and known to the person skilled in the art. The configurations described below therefore only represent specific examples that do not restrict the subject matter of the invention.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung beschrieben.Preferred embodiments of the valve arrangement according to the invention are described below.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umgibt die Pumpen-seitige Bypassleitung ein Puffervolumen, das mindestens dreimal so groß ist wie das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen. In dieser Ausführungsform kann besonders zuverlässig durch ein besonders großes Puffervolumen ein Kontakt des Patienten mit dem durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumen vermieden werden.In a particularly preferred embodiment, the pump-side bypass line surrounds a buffer volume which is at least three times as large as the gas volume moved through the pump arrangement. In this embodiment, contact of the patient with the gas volume moved by the pump arrangement can be avoided particularly reliably by a particularly large buffer volume.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Pumpen-seitige Bypassleitung weiterhin mindestens eine Sicherungsöffnung auf, durch die dauerhaft ein Leckagestrom aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung austreten kann. In dieser Ausführungsform wird neben dem Puffervolumen durch die zusätzliche Sicherungsöffnung besonders zuverlässig sichergestellt, dass kein Kontakt des Patienten mit dem durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumen möglich ist. Der Leckagestrom sorgt hierbei für einen konstanten Austausch des innerhalb der beiden Bypassleitungen befindlichen Gases mit dem durch die Bypassöffnung neu über den Vordruck zugeführten Patientengas. In einer vorteilhaften Variante diese Ausführungsform weist die Sicherungsöffnung einen Durchmesser von mindestens 0,04 mm auf. Ein Querschnitt der Sicherungsöffnung mit einem derartigen Durchmesser sorgt dafür, dass nicht unnötig viel Patientengas durch die Sicherungsöffnung entweicht, sondern lediglich ein Volumen, welches in etwa dem durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumen entspricht. In einer alternativen und/oder ergänzenden Variante weist die Pumpen-seitige Bypassleitung eine Mehrzahl an Sicherungsöffnungen, insbesondere mindestens zwei Sicherungsöffnungen, vorzugsweise mindestens drei Sicherungsöffnungen auf. Hierdurch kann neben dem Sicherstellen eines Entweichens des durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumens ein Verstopfen der Sicherungsöffnung vermieden werden.In a further particularly preferred embodiment, the pump-side bypass line furthermore has at least one safety opening through which a leakage flow can permanently exit from the pump-side bypass line. In this embodiment, in addition to the buffer volume, the additional safety opening ensures particularly reliably that no contact of the patient with the gas volume moved by the pump arrangement is possible. The leakage flow ensures a constant exchange of the gas located within the two bypass lines with the patient gas newly supplied through the bypass opening via the pre-pressure. In an advantageous variant of this embodiment, the securing opening has a diameter of at least 0.04 mm. A cross-section of the safety opening with such a diameter ensures that an unnecessarily large amount of patient gas does not escape through the safety opening, but only a volume which corresponds approximately to the volume of gas moved by the pump arrangement. In an alternative and / or supplementary variant, the pump-side bypass line has a plurality of safety openings, in particular at least two safety openings, preferably at least three safety openings. In this way, in addition to ensuring that the gas volume moved by the pump arrangement escapes, clogging of the safety opening can be avoided.

Die mindestens eine Sicherungsöffnung ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass der entsprechend austretende Leckagestrom mindestens 3 ml/min, insbesondere mindestens 6 ml/min, besonders bevorzugt mindestens 10 ml/min beträgt.The at least one safety opening is preferably dimensioned such that the corresponding leakage flow is at least 3 ml / min, in particular at least 6 ml / min, particularly preferably at least 10 ml / min.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen mindestens 0,3 ml, insbesondere mindestens 0,5 ml. Durch ein solches bewegtes Gasvolumen wird eine verlässliche Aktivierung des Gasventils durch ein zuverlässiges Bewegen der pneumatisch steuerbaren Ventilplatte ermöglicht.In a further advantageous embodiment, the gas volume moved by the pump arrangement is at least 0.3 ml, in particular at least 0.5 ml. Such a moving gas volume enables reliable activation of the gas valve by moving the pneumatically controllable valve plate reliably.

In einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich zu der Sicherungsöffnung im Bereich der Bypassöffnung ein Rückschlagventil angeordnet, dass ausgebildet ist, einen Fluss von Patientengas von der Hauptgasleitung in die Pumpen-seitige Bypassleitung zuzulassen, aber einen Rückfluss des durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumens, beispielsweise aufgrund einer starken Verringerung des Vordruckes, zu verhindern. Hierdurch wird besonders zuverlässig sichergestellt, dass kein durch die Pumpenanordnung bewegtes Gasvolumen in Kontakt mit dem Patienten gelangt.In a further embodiment, in addition to the safety opening in the area of the bypass opening, a check valve is arranged that is designed to allow a flow of patient gas from the main gas line into the pump-side bypass line, but a backflow of the gas volume moved through the pump arrangement, for example due to a strong Reduction of the form to prevent. This ensures particularly reliably that no volume of gas moved by the pump arrangement comes into contact with the patient.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung umfasst die Pumpenanordnung mindestens zwei Mikropumpen, die jeweils das sie durchströmende Gasvolumen durch eine elektrisch gesteuerte Schwungeinheit durch eine jeweilige Ansaugöffnung ansaugen und durch eine jeweilige Ausgangsöffnung ausgeben. Vorzugsweise pressen dabei die beiden Mikropumpen im Betrieb das sie durchströmende Gasvolumen abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen. Besonders bevorzugt weisen die beiden Mikropumpen jeweils eine derartige dynamische Geometrie auf, dass durch diese Geometrie eine Strömungsrichtung durch diese Mikropumpe bevorzugt wird. Wird der bereitgestellte Vordruck um einen maximalen Pumpendruck einer Mikropumpe erhöht, führt dies zu einem Schließen des Gasventils. Ein Reduzieren des Vordrucks um den maximalen Pumpendruck führt hingegen zu einem Öffnen des Gasventils. In einer Variante dieser Ausführungsform weist eine der mindestens zwei Mikropumpen eine Ausgangsöffnung auf, die zu der Pumpen-seitigen Bypassleitung weist, und eine weitere der mindestens zwei Mikropumpen eine Ausgangsöffnung auf, die zu der Ventil-seitigen Bypassleitung weist. Die Schwungeinheit wird vorzugsweise über ein Piezoelement elektrisch gesteuert. Hierdurch kann besonders präzise eine bestimmte Schwingungsfrequenz der Schwungeinheit elektrisch gesteuert werden. Vorzugsweise hat eine jeweilige Mikropumpe eine Länge und Breite von weniger als 5 cm, insbesondere weniger als 3 cm. Vorzugsweise hat eine jeweilige Mikropumpe eine Höhe von weniger als 1 cm, insbesondere weniger als 0,7 cm. Verschiedene Architekturen von derartigen Mikropumpen sind dem Fachmann bekannt und sollen daher im Folgenden nicht im Detail erläutert werden.In a preferred embodiment of the valve arrangement according to the invention, the pump arrangement comprises at least two micropumps, each of which draws in the gas volume flowing through it by an electrically controlled oscillating unit through a respective suction opening and dispenses it through a respective outlet opening. During operation, the two micropumps preferably press the gas volume flowing through them alternately in opposite directions. Particularly preferably, the two micropumps each have a dynamic geometry such that a flow direction through this micropump is preferred by this geometry. If the pre-pressure provided is increased by a maximum pump pressure of a micropump, this leads to the gas valve closing. By contrast, reducing the inlet pressure by the maximum pump pressure leads to the gas valve opening. In a In a variant of this embodiment, one of the at least two micropumps has an outlet opening which points to the pump-side bypass line, and another of the at least two micropumps has an outlet opening which points to the valve-side bypass line. The swing unit is preferably electrically controlled via a piezo element. In this way, a specific oscillation frequency of the oscillating unit can be electrically controlled particularly precisely. A respective micropump preferably has a length and width of less than 5 cm, in particular less than 3 cm. A respective micropump preferably has a height of less than 1 cm, in particular less than 0.7 cm. Various architectures of such micropumps are known to the person skilled in the art and are therefore not to be explained in detail below.

Vorzugsweise ist die Pumpenanordnung ausgebildet, einen Pumpendruck zwischen 20 mbar und 500 mbar, insbesondere zwischen 50 mbar und 300 mbar, besonders bevorzugt zwischen 80 mbar und 150 mbar bereitzustellen. Der Pumpendruck gemäß dieser Ausführungsform ist besonders geeignet für den in medizinischen Anwendungen typischerweise vorliegenden variablen Arbeitspunkt zwischen 40 mbar und 500 mbar, insbesondere zwischen 60 mbar und 200 mbar, insbesondere von etwa 100 mbar.The pump arrangement is preferably designed to provide a pump pressure between 20 mbar and 500 mbar, in particular between 50 mbar and 300 mbar, particularly preferably between 80 mbar and 150 mbar. The pump pressure according to this embodiment is particularly suitable for the variable operating point typically present in medical applications between 40 mbar and 500 mbar, in particular between 60 mbar and 200 mbar, in particular around 100 mbar.

In einer Variante der vorhergehenden Ausführungsform umfasst die Pumpenanordnung mindestens vier Mikropumpen, wobei jeweils zwei Mikropumpen das sie durchströmende Gasvolumen in unterschiedliche Richtungen pressen. In dieser Variante kann ein besonders großes Gasvolumen durch die Pumpenanordnung durchgeführt werden. Dies ist vorteilhaft bei dem Vorliegen eines sehr geringen Vordruckes des Patientengases, da hierbei erst durch einen großen Pumpendruck der Pumpenanordnung eine verlässliche Ventildynamik möglich ist. Diese Variante ist weiterhin vorteilhaft um ein besonders sicheres Öffnen und Schließen des Gasventils durch das besonders große bewegte Gasvolumen zu ermöglichen.In a variant of the preceding embodiment, the pump arrangement comprises at least four micropumps, two micropumps each pressing the gas volume flowing through them in different directions. In this variant, a particularly large gas volume can be passed through the pump arrangement. This is advantageous when there is a very low initial pressure of the patient gas, since in this case reliable valve dynamics are only possible through a high pump pressure of the pump arrangement. This variant is also advantageous in order to enable the gas valve to be opened and closed particularly reliably due to the particularly large volume of gas being moved.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Innenquerschnittsfläche einer sich innerhalb der Schwungeinheit bewegenden Membran kleiner als eine die Hauptgasleitung schließende Fläche der Ventilplatte. Hierdurch wird für das Öffnen des Gasventils sichergestellt, dass die an der schließenden Fläche der Ventilplatte durch das mit Vordruck beaufschlagte Patientengas anliegende Kraft pro Fläche größer ist als die über die bewegende Membran innerhalb der Schwungeinheit einer Mikropumpe und über den Vordruck bereitgestellte Kraft pro Fläche. Insbesondere ist für das Öffnen des Gasventils wichtig, dass der um einen effektiven Pumpendruck der Pumpenanordnung reduzierte Vordruck multipliziert mit der Innenquerschnittsfläche der sich bewegenden Membran kleiner ist als die schließende Fläche der Ventilplatte multipliziert mit dem Vordruck. Die über die Pumpenanordnung bereitgestellte Druckerhöhung wird hierbei überwiegend zur Dynamisierung des Schließvorganges verwendet, während bei der Drucksenkung das Vordruck-gesteuerte Patientengas die Ventilplatte gegen einen möglicherweise innerhalb der Ventilanordnung bereitgestellten Restdruck öffnet.In a further embodiment, an inner cross-sectional area of a membrane moving within the oscillating unit is smaller than an area of the valve plate which closes the main gas line. This ensures that the opening of the gas valve ensures that the force per surface applied to the closing surface of the valve plate by the patient gas charged with pre-pressure is greater than the force per surface provided by the moving membrane within the oscillating unit of a micropump and by the pre-pressure. In particular, it is important for opening the gas valve that the pre-pressure reduced by an effective pump pressure of the pump arrangement multiplied by the internal cross-sectional area of the moving membrane is smaller than the closing surface of the valve plate multiplied by the pre-pressure. The pressure increase provided by the pump arrangement is mainly used to dynamize the closing process, while when the pressure is reduced, the patient gas controlled by the admission pressure opens the valve plate against any residual pressure that may be provided within the valve arrangement.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Innenquerschnittsfläche der Pumpen-seitigen Bypassleitung kleiner als eine Innenquerschnittsfläche der Hauptgasleitung. Hierdurch kann das zu der Pumpenanordnung geführte Gasvolumen des Patientengases klein gehalten werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass nur ein sehr geringer Anteil des Patientengases innerhalb der Ventilanordnung zum Öffnen und Schließen des Gasventils verwendet wird.In a further preferred embodiment, an inner cross-sectional area of the pump-side bypass line is smaller than an inner cross-sectional area of the main gas line. As a result, the gas volume of the patient gas fed to the pump arrangement can be kept small. In particular, it can be ensured that only a very small proportion of the patient gas within the valve arrangement is used to open and close the gas valve.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Ventilplatte des Gasventils an einem Balg, insbesondere einem Faltenbalg, angeordnet, der abhängig von dem zu dem Gasventil geführten bewegten Gasvolumen eine entsprechende Ausdehnung aufweist. Eine derartige Architektur des Gasventils kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin kann durch den Balg, insbesondere durch den Faltenbalg, ein besonders geringer mechanischer Widerstand für das Bewegen der pneumatisch steuerbaren Ventilplatte realisiert werden. Beispielhafte Strukturen für einen Gasventil gemäß dieser Ausführungsform werden innerhalb der Figurenbeschreibung im Rahmen von 2 und 3 beschrieben.In a particularly preferred embodiment of the valve arrangement according to the invention, the valve plate of the gas valve is arranged on a bellows, in particular a bellows, which has a corresponding expansion depending on the volume of gas being moved to the gas valve. Such an architecture of the gas valve can be produced particularly simply and inexpensively. Furthermore, a particularly low mechanical resistance for moving the pneumatically controllable valve plate can be realized by the bellows, in particular by the bellows. Exemplary structures for a gas valve according to this embodiment are shown within the description of the figures in the context of FIG 2 and 3 described.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilanordnung innerhalb einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases vorgeschlagen.According to a further aspect of the invention, a method for operating a valve arrangement within a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas is proposed to solve the above-mentioned object.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer Pumpen-seitigen Bypassleitung zwischen einer Hauptgasleitung und einer Pumpenanordnung, die ein Puffervolumen umgibt, das mindestens doppelt so groß ist wie ein durch die Pumpenanordnung bewegtes Gasvolumen, um dadurch einen Rückfluss des bewegten Gasvolumens in die Hauptgasleitung zu verhindern
- Führen eines Patientengases von der Hauptgasleitung zu der Pumpenanordnung,
- regelmäßiges Empfangen eines aktuellen Steuersignals durch die Pumpenanordnung,
- Pressen eines zu bewegenden Gasvolumens des Patientengases abhängig von dem aktuellen Steuersignal von der Pumpenanordnung in ein pneumatisch steuerbares Gasventil, um dadurch einen unidirektionalen Fluss des Patientengases innerhalb der Hauptgasleitung zu unterbrechen,
- Ansaugen des zu bewegenden Gasvolumens entsprechend des aktuellen Steuersignals aus dem pneumatisch steuerbaren Gasventil heraus, um dadurch den unidirektionalen Fluss des Patientengases innerhalb der Hauptgasleitung wieder freizugeben.

The method according to the invention comprises the following steps:

- Provision of a pump-side bypass line between a main gas line and a pump arrangement, which surrounds a buffer volume which is at least twice as large as a gas volume moved by the pump arrangement, in order to prevent the moving gas volume from flowing back into the main gas line
- Feeding a patient gas from the main gas line to the pump arrangement,
- regular receipt of a current control signal by the pump arrangement,
- Pressing a gas volume of the patient gas to be moved depending on the current control signal from the pump arrangement into a pneumatically controllable gas valve, in order to thereby interrupt a unidirectional flow of the patient gas within the main gas line,
- Sucking in the gas volume to be moved in accordance with the current control signal from the pneumatically controllable gas valve, thereby releasing the unidirectional flow of the patient gas within the main gas line.

Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung eine Trennung zwischen dem dem Patienten zugeführten Patientengas und dem durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumen. Hierdurch kann vermieden werden, dass eventuell verunreinigtes Gas dem Patienten zugeführt wird. According to the further aspect of the invention, the method advantageously enables a separation between the patient gas supplied to the patient and the gas volume moved by the pump arrangement. This can prevent any contaminated gas from being supplied to the patient.

Weiterhin wird durch das Verfahren gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung über das aktive Ansaugen und Pressen des Gasvolumens eine besonders dynamische und zuverlässige pneumatische Steuerung der Ventilanordnung ermöglicht.Furthermore, the method according to the further aspect of the invention enables particularly dynamic and reliable pneumatic control of the valve arrangement via the active suction and compression of the gas volume.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die bereitgestellte Pumpen-seitige Bypassleitung weiterhin mit mindestens einer Sicherungsöffnung bereitgestellt, durch die dauerhaft ein Leckagestrom aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung austreten kann. Der zusätzlich zum Puffervolumen bereitgestellte Leckagestrom durch die Sicherungsöffnung führt zu einer besonders sicheren Trennung zwischen dem durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumen und dem dem Patienten zugeführten Patientengas.In a particularly preferred embodiment of the method, the provided pump-side bypass line is also provided with at least one safety opening through which a leakage flow can permanently exit the pump-side bypass line. The leakage flow provided in addition to the buffer volume through the safety opening leads to a particularly reliable separation between the gas volume moved by the pump arrangement and the patient gas supplied to the patient.

Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
4 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.

The invention will now be explained in more detail with reference to advantageous exemplary embodiments shown schematically in the figures. Of these show in detail:

1 a schematic representation of a first embodiment of a valve assembly according to the invention;
2 a schematic representation of a second embodiment of a valve assembly according to the invention;
3 a schematic representation of a third embodiment of a valve assembly according to the invention;
4th a flow chart of a first embodiment of a method according to a further aspect of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 100. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a valve arrangement according to the invention 100 .

Die Ventilanordnung 100 ist zur Verwendung in einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases 102 ausgebildet und weist eine Hauptgasleitung 110, eine Pumpen-seitige Bypassleitung 120, eine Ventil-seitige Bypassleitung 130, eine Pumpenanordnung 140 und ein Gasventil 150 auf.The valve arrangement 100 is for use in a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas 102 formed and has a main gas line 110 , a pump-side bypass line 120 , a valve-side bypass line 130 , a pump arrangement 140 and a gas valve 150 on.

Die Hauptgasleitung 110 ist über einen Vordruck-seitigen Anschluss 112 und einen Patienten-seitigen Anschluss 114 an einem System zur Führung eines Patientengases 102 anordnenbar. Bei den beiden Anschlüssen 112, 114 handelt es sich vorliegend um Anschlüsse, die über eine Steckverbindung mit einer entsprechenden externen Führung des Patientengases 102 verbindbar sind. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung des weiteren Systems zur Führung des Patientengases 102 mit den beiden Anschlüssen über einen anderen festen Verbindungsmechanismus. Der durch eine externe Gasversorgung bereitgestellte Vordruck des Patientengases 102 beträgt vorliegend zwischen 10 mbar und 500 mbar, insbesondere zwischen 50 mbar und 200 mbar, insbesondere etwa 100 mbar.The main gas line 110 is via a connection on the pre-pressure side 112 and a patient-side connection 114 on a system for conducting a patient gas 102 arrangeable. At the two connections 112 , 114 In the present case, it is a matter of connections that have a plug connection with a corresponding external guide for the patient gas 102 are connectable. In an exemplary embodiment not shown, the connection of the further system for guiding the patient gas takes place 102 with the two connections via another fixed connection mechanism. The patient gas pre-pressure provided by an external gas supply 102 in the present case is between 10 mbar and 500 mbar, in particular between 50 mbar and 200 mbar, in particular approximately 100 mbar.

Die Pumpen-seitigen Bypassleitung 120 ist angeordnet und ausgebildet, Vordruck-gesteuertes Patientengas 102 über eine Bypassöffnung 122 in der Hauptgasleitung 110 zu der Pumpenanordnung 140 zu führen. Die Pumpen-seitige Bypassleitung 120 ist vorliegend über eine Steckverbindung mit der Bypassöffnung 122 verbunden. Die Pumpenanordnung wird vorliegend von einem Gesamtgehäuse 144 der Pumpenanordnung 140 umgeben, welches eine Öffnung 146 für die Pumpen-seitige Bypassleitung 120 aufweist.The pump-side bypass line 120 is arranged and designed, pre-pressure controlled patient gas 102 via a bypass opening 122 in the main gas line 110 to the pump assembly 140 respectively. The bypass line on the pump side 120 is present via a plug connection with the bypass opening 122 connected. In the present case, the pump arrangement is comprised of an overall housing 144 the pump arrangement 140 surrounding an opening 146 for the bypass line on the pump side 120 having.

Die Ventil-seitigen Bypassleitung 130 ist angeordnet und ausgebildet, ein durch die Pumpenanordnung 140 bewegtes Gasvolumen 132 zwischen der Pumpenanordnung 140 und einem Gasventil 150 zu führen. Die beiden Bypassleitungen 120, 130 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff.The valve-side bypass line 130 is arranged and formed, one by the pump assembly 140 moving gas volume 132 between the pump assembly 140 and a gas valve 150 respectively. The two bypass lines 120 , 130 are preferably made of a plastic.

Die Pumpenanordnung 140 ist ausgebildet, ein Steuersignal 142 zu empfangen und abhängig von dem Steuersignal 142 ein die Pumpenanordnung 140 durchströmendes Gasvolumen 132 abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen. Dabei wird das Gasvolumen 132 aus der Ventil-seitigen Bypassleitung 130 angesaugt und in die Pumpen-seitige Bypassleitung 120 hineingepresst sowie daraufhin aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung 120 angesaugt und in die Ventil-seitige Bypassleitung 130 hineingepresst. Vorzugsweise ist die Pumpenanordnung 140 dabei so ausgebildet, dass kein gleichzeitiges Pumpen in beide Richtungen möglich ist. Vorliegend beträgt der durch die Pumpenanordnung 140 bereitgestellte Pumpendruck zwischen 10 mbar und 500 mbar, insbesondere zwischen 50 mbar und 200 mbar, vorzugsweise etwa 100 mbar. Vorliegend wird die Pumpenanordnung 140 durch ein piezoelektrisches Element (nicht dargestellt), das zu einer Bewegung einer Membran (nicht dargestellt) führt, elektrisch betrieben. Eine detaillierte Ausgestaltung einer möglichen Pumpenanordnung ist im Rahmen von 2 beschrieben. Das Steuersignal 140 wird vorzugsweise Kabel-basiert empfangen. In einem nicht dargestellten Beispiel erfolgt der Empfang des Steuersignals kabellos.The pump arrangement 140 is designed to be a control signal 142 to receive and depending on the control signal 142 on the pump assembly 140 gas volume flowing through 132 alternately move in opposite directions. Thereby the gas volume 132 from the valve-side bypass line 130 sucked in and into the pump-side bypass line 120 pressed in and then out of the pump-side bypass line 120 sucked in and into the valve-side bypass line 130 pressed in. Preferably the pump arrangement is 140 trained so that no simultaneous pumping in both directions is possible. In the present case, this is due to the pump arrangement 140 provided pump pressure between 10 mbar and 500 mbar, in particular between 50 mbar and 200 mbar, preferably about 100 mbar. The pump arrangement is shown here 140 electrically operated by a piezoelectric element (not shown) which leads to a movement of a diaphragm (not shown). A detailed embodiment of a possible pump arrangement is within the scope of 2 described. The control signal 140 is preferably received cable-based. In an example not shown, the control signal is received wirelessly.

Das Gasventil 150 weist eine pneumatisch steuerbare Ventilplatte 152 auf. Die Ventilplatte 152 ist an einem Balg 154, insbesondere an einem Faltenbalg, angeordnet. Dieser Balg 154 weist abhängig von dem zu dem Gasventil 150 geführten bewegten Gasvolumen 132 eine entsprechende Ausdehnung auf. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Balg aus einem elastischen Material hergestellt. Die Ventilplatte 152 ist über den Balg 154 angeordnet und ausgebildet, in einer geschlossenen Position des Gasventils 150 einen unidirektionalen Fluss 104 des Vordruck-gesteuerten Patientengases 102 durch die Hauptgasleitung 110 zu unterbrechen. In dieser geschlossenen Position liegt die Ventilplatte 152 auf einer entsprechenden Ventilauflage 156 auf. In einer offenen Position des Gasventils 150 liegt die Ventilplatte 152 nicht mehr auf der Ventilauflage 156 auf, sodass der unidirektionale Fluss 104 des Patientengases 102 durch die Hauptgasleitung 110 möglich ist. Die Ventilplatte 152 wird über den Balg 154 durch das durch die Pumpenanordnung 140 bewegte Gasvolumen 132 zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position des Gasventils 150 bewegt. Die Ventilplatte 152 und die Ventilauflage 156 sind innerhalb der Hauptgasleitung 112 zwischen der Bypassöffnung 122 und dem Patienten-seitigen Anschluss 114 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel passt in den Balg 154 ein Gasvolumen zwischen 0,2 ml und 1 ml, insbesondere zwischen 0,4 ml und 0,7 ml, insbesondere von etwa 0,5 ml.The gas valve 150 has a pneumatically controllable valve plate 152 on. The valve plate 152 is on a bellows 154 , in particular on a bellows arranged. That brat 154 points depending on which to the gas valve 150 guided moving gas volume 132 a corresponding expansion. In an exemplary embodiment not shown, the bellows is made from an elastic material. The valve plate 152 is about the bellows 154 arranged and formed in a closed position of the gas valve 150 a unidirectional flow 104 of the pre-pressure controlled patient gas 102 through the main gas line 110 to interrupt. The valve plate is in this closed position 152 on a corresponding valve support 156 on. In an open position of the gas valve 150 is the valve plate 152 no longer on the valve seat 156 so that the unidirectional flow 104 of the patient gas 102 through the main gas line 110 is possible. The valve plate 152 is about the bellows 154 by that by the pump arrangement 140 moved gas volume 132 between the closed position and the open position of the gas valve 150 emotional. The valve plate 152 and the valve seat 156 are inside the main gas line 112 between the bypass opening 122 and the connection on the patient side 114 arranged. In the illustrated embodiment fits into the bellows 154 a gas volume between 0.2 ml and 1 ml, in particular between 0.4 ml and 0.7 ml, in particular about 0.5 ml.

Erfindungsgemäß ist die Pumpen-seitige Bypassleitung 120 weiterhin ausgebildet, zwischen der Bypassöffnung 122 und der Pumpenanordnung 140 ein Puffervolumen 124 zu umgeben, das mindestens doppelt so groß ist wie das durch die Pumpenanordnung 140 bewegte Gasvolumen 132. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpen-seitige Bypassleitung derart ausgebildet, dass das Puffervolumen 124 dreimal so groß ist wie das bewegte Gasvolumen 132.The bypass line on the pump side is according to the invention 120 furthermore formed between the bypass opening 122 and the pump assembly 140 a buffer volume 124 to surround that is at least twice as large as that by the pump arrangement 140 moved gas volume 132 . In the exemplary embodiment shown, the pump-side bypass line is designed in such a way that the buffer volume 124 is three times as large as the volume of gas moved 132 .

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das durch die Pumpenanordnung bewegte Gasvolumen 132 mindestens 0,3 ml, insbesondere mindestens 0,5 ml. Das Puffervolumen 124 beträgt entsprechend dem bewegten Gasvolumen 132 mindestens 0,6 ml, insbesondere mindestens 1 ml. Vorliegend beträgt das Puffervolumen 124 etwa 2 ml.In the exemplary embodiment shown, the volume of gas moved by the pump arrangement is 132 at least 0.3 ml, in particular at least 0.5 ml. The buffer volume 124 corresponds to the volume of gas moved 132 at least 0.6 ml, in particular at least 1 ml. In the present case, the buffer volume is 124 about 2 ml.

Das Puffervolumen 124 ist innerhalb der Pumpen-seitigen Bypassleitung 120 vorzugsweise derart geformt, dass das Gas innerhalb des Puffervolumens 124 durch eine Verengung 126 gelangen müsste, um in die Hauptgasleitung 110 zurückzukehren. Diese Geometrie verringert zusätzlich zu der Größe des Puffervolumens die Wahrscheinlichkeit, dass das bewegte Gasvolumen 132 beispielsweise durch Diffusion zu dem Patienten gelangen kann.The buffer volume 124 is within the bypass line on the pump side 120 preferably shaped such that the gas is within the buffer volume 124 through a constriction 126 would have to get into the main gas line 110 to return. In addition to the size of the buffer volume, this geometry reduces the probability that the moving gas volume 132 can reach the patient for example by diffusion.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 200. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a valve arrangement according to the invention 200 .

Die Ventilanordnung 200 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ventilanordnung 100 dadurch, dass die Pumpen-seitige Bypassleitung 220 weiterhin eine Sicherungsöffnung 260 aufweist, durch die dauerhaft ein Leckagestrom 262 aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung 120 austreten kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sicherungsöffnung einen Durchmesser D von mindestens 0,04 mm auf. Ein Querschnitt mit einem derartigen Durchmesser stellt sicher, dass nicht unnötig viel Patientengas 102 innerhalb der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 200 über die Sicherungsöffnung 260 verloren geht. Der Querschnitt aus diesem Ausführungsbeispiel führt zu einem Leckagestrom 262 von etwa 11 ml/min.The valve arrangement 200 differs from the in 1 illustrated valve arrangement 100 in that the pump-side bypass line 220 furthermore a safety opening 260 has, through the permanent leakage flow 262 from the pump-side bypass line 120 can escape. In the illustrated embodiment, the securing opening has a diameter D. of at least 0.04 mm. A cross-section with such a diameter ensures that there is not an unnecessarily large amount of patient gas 102 within the valve assembly according to the invention 200 via the fuse opening 260 get lost. The cross section from this embodiment leads to a leakage flow 262 of about 11 ml / min.

Weiterhin zeigt das Ausführungsbeispiel aus 2 einen schematischen Aufbau der Pumpenanordnung 240. Diese Pumpenanordnung 240 verfügt über eine Steuereinheit 270, die ausgebildet ist, das Steuersignal 142 zu empfangen und entsprechend des Steuersignals 142 eine erste Mikropumpe 272 und eine zweite Mikropumpe 274 der Pumpenanordnung 240 anzusteuern. Die beiden Mikropumpen 272, 274 sind spiegelverkehrt zueinander über eine LötVerbindung in dem Gesamtgehäuse 144 der Pumpenanordnung 240 befestigt. Dabei weist jede der beiden Mikropumpen 272, 274, eine elektrisch gesteuerte Schwungeinheit 276, 276' auf, die durch eine jeweilige Ansaugöffnung 278, 278' das die Pumpenanordnung 240 durchströmte Gasvolumen 132 angesaugt und durch eine jeweilige Ausgangsöffnung 279, 279' wieder ausgibt. Die beiden Mikropumpen 272, 274 geben durch ihre jeweilige Architektur eine Pumprichtung vor. Im Betrieb der Pumpenanordnung 242 werden die beiden Mikropumpe 272, 274 abwechselnd genutzt, so dass das durchströmte Gasvolumen 132 abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen gepresst wird. Hierdurch wird der Balg 154 des Gasventils 150 entweder mit dem entsprechenden Gas gefüllt, oder dieses Gas wird aus dem Balg 154 herausgesaugt, wie in 2 im Unterschied zu 1 dargestellt. Die Lage der jeweiligen Ansaugöffnung 278, 278' und der jeweiligen Ausgangsöffnung 279, 279' in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich beispielhaft und nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung.The exemplary embodiment also shows 2 a schematic structure of the pump arrangement 240 . This pump arrangement 240 has a control unit 270 , which is formed, the control signal 142 to receive and according to the control signal 142 a first micropump 272 and a second micropump 274 the pump arrangement 240 head for. The two micropumps 272 , 274 are mirror-inverted to each other via a soldered connection in the overall housing 144 the pump arrangement 240 attached. Each of the two micropumps has 272 , 274 , an electrically controlled swing unit 276 , 276 ' on, through a respective suction opening 278 , 278 ' that the pump assembly 240 gas volume flowed through 132 sucked in and through a respective outlet opening 279 , 279 ' issues again. The two micropumps 272 , 274 specify a pumping direction through their respective architecture. When the pump arrangement 242 is in operation, the two micropumps 272 , 274 used alternately so that the gas volume flowing through 132 alternately pressed in opposite directions. This will make the bellows 154 of the gas valve 150 either with the corresponding gas is filled, or this gas is released from the bellows 154 sucked out, as in 2 in contrast to 1 shown. The position of the respective suction opening 278 , 278 ' and the respective exit opening 279 , 279 ' in the illustrated embodiment are merely exemplary and not restrictive for the present invention.

Die beiden Schwungeinheiten 276, 276' werden über ein piezoelektrisches Element (nicht dargestellt) zum Schwingen gebracht und umfassen eine jeweilige Membran 277, 277', die durch ihre Biegung in entgegengesetzte Richtungen zu einer Bewegung des Gasvolumens innerhalb einer jeweiligen Mikropumpe 272, 274 führt. Ein detaillierter Aufbau derartiger Mikropumpen ist dem Fachmann aus anderen technologischen Bereichen, wie etwa der Kühlungstechnik, bekannt, und soll daher im Folgenden nicht im Detail beschrieben werden.The two swing units 276 , 276 ' are made to vibrate via a piezoelectric element (not shown) and comprise a respective membrane 277 , 277 ' which, by their bending in opposite directions, cause a movement of the gas volume within a respective micropump 272 , 274 leads. A detailed structure of such micropumps is known to those skilled in the art from other technological areas, such as cooling technology, and will therefore not be described in detail below.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Pumpenanordnung mehr als zwei Mikropumpe, vorzugsweise mindestens vier Mikropumpe. Hierdurch kann ein größeres Gasvolumen als bei zwei Mikropumpe bewegt werden. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein anderer Pumpmechanismus aus der Gruppe der dem Fachmann allgemein bekannten Pumpmechanismen verwendet.In an exemplary embodiment not shown, the pump arrangement comprises more than two micropumps, preferably at least four micropumps. This allows a larger volume of gas to be moved than with two micropumps. In a further exemplary embodiment, not shown, another pump mechanism from the group of pump mechanisms generally known to those skilled in the art is used.

In der dargestellten Ventilanordnung 200 ist eine Innenquerschnittsfläche I einer sich innerhalb der jeweiligen Schwungeinheit 276, 276' bewegenden Membran 277, 277' kleiner als eine die Hauptgasleitung 110 abschließende Fläche A der Ventilplatte 152. Hierdurch wird sichergestellt, dass der um den Pumpendruck reduzierte Vordruck multipliziert mit der entsprechenden Membranfläche I kleiner ist als die mit dem Vordruck beaufschlagte abschließende Fläche A der Ventilplatte 152 multipliziert mit dem Vordruck. Entsprechend der dadurch auf die beiden Seiten der Ventilplatte 152 wirkenden Kräfte wird dadurch das Öffnen des Ventils im Betrieb sichergestellt.In the illustrated valve arrangement 200 is an internal cross-sectional area I. one within the respective swing unit 276 , 276 ' moving membrane 277 , 277 ' smaller than a main gas line 110 final surface A. the valve plate 152 . This ensures that the pre-pressure reduced by the pump pressure is multiplied by the corresponding membrane area I. is smaller than the final area to which the pre-pressure is applied A. the valve plate 152 multiplied by the form. According to the result on both sides of the valve plate 152 acting forces, this ensures that the valve opens during operation.

Weiterhin ist eine maximale Innenquerschnittsfläche B der Pumpen-seitigen Bypassleitung kleiner als eine Innenquerschnittsfläche H der Hauptgasleitung im Bereich der Bypassöffnung.Furthermore, there is a maximum internal cross-sectional area B. the pump-side bypass line is smaller than an internal cross-sectional area H the main gas line in the area of the bypass opening.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der Sicherungsöffnung im Bereich der Bypassöffnung ein Rückschlagventil angeordnet, das ausgebildet ist, einen Fluss von Patientengas von der Hauptgasleitung in die Pumpen-seitige Bypassleitung zuzulassen, aber einen Rückfluss des durch die Pumpenanordnung bewegten Gasvolumens, beispielsweise aufgrund einer starken Verringerung des Vordruckes, zu verhindern.In an exemplary embodiment not shown, a check valve is arranged in addition to the safety opening in the area of the bypass opening, which is designed to allow a flow of patient gas from the main gas line into the pump-side bypass line, but a backflow of the gas volume moved through the pump arrangement, for example due to a strong reduction of the form, to prevent.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 300. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a valve arrangement according to the invention 300 .

Die Ventilanordnung 300 unterscheidet sich von den Ventilanordnungen 100 und 200 aus den 1 und 2 dadurch, dass die Pumpen-seitige Bypassleitung 320 eine Mehrzahl an Sicherungsöffnungen 360 aufweist. Hierdurch wird ebenfalls sichergestellt, dass das durch die Pumpenanordnung 340 bewegte Gasvolumen 132 nicht mit dem Patienten in Kontakt kommt. Vorliegend umfasst die Mehrzahl an Sicherungsöffnungen 360 mindestens drei Sicherungsöffnungen.The valve arrangement 300 differs from the valve arrangements 100 and 200 from the 1 and 2 in that the pump-side bypass line 320 a plurality of fuse openings 360 having. This also ensures that the pump arrangement 340 moved gas volume 132 does not come into contact with the patient. In the present case, the plurality of securing openings comprises 360 at least three safety openings.

Weiterhin weist das Gasventil 350 eine andere Architektur als die bereits beschriebenen Gasventile 150 auf. So ist die Ventilplatte 352 über ein Scharnier 358 an der Hauptgasleitung 110 befestigt, und der Balg 354 ist als halbseitiger Balg, insbesondere als ein halbseitiger Faltenbalg ausgebildet.Furthermore, the gas valve 350 a different architecture than the gas valves already described 150 on. So is the valve plate 352 via a hinge 358 on the main gas line 110 attached, and the bellows 354 is designed as a half-sided bellows, in particular as a half-sided bellows.

Die Pumpenanordnung 340 ist lediglich schematisch dargestellt.The pump arrangement 340 is only shown schematically.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. 4th shows a flow diagram of a first exemplary embodiment of a method 400 according to another aspect of the invention.

Das Verfahren 400 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilanordnung innerhalb einer Vordruck-gesteuerten unidirektionalen Führung eines Patientengases und umfasst eine Abfolge der im Folgenden beschriebenen Schritte.The procedure 400 is a method for operating a valve arrangement within a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas and comprises a sequence of the steps described below.

Ein erster Schritt 410 umfasst ein Bereitstellen einer Pumpen-seitigen Bypassleitung zwischen einer Hauptgasleitung und einer Pumpenanordnung, die ein Puffervolumen umgibt, das mindestens doppelt so groß ist wie ein durch die Pumpenanordnung bewegtes Gasvolumen, um dadurch einen Rückfluss des bewegten Gasvolumens in die Hauptgasleitung zu verhindern.A first step 410 comprises providing a pump-side bypass line between a main gas line and a pump arrangement, which surrounds a buffer volume which is at least twice as large as a gas volume moved by the pump arrangement, in order to thereby prevent a backflow of the moved gas volume into the main gas line.

Ein darauffolgender Schritt 420 umfasst ein Führen eines Patientengases von der Hauptgasleitung zu der Pumpenanordnung.A next step 420 comprises routing a patient gas from the main gas line to the pump assembly.

Ein nächster Schritt 430 umfasst ein regelmäßiges Empfangen eines aktuellen Steuersignals durch die Pumpenanordnung.One next step 430 comprises regularly receiving a current control signal by the pump arrangement.

Ein weiterer Schritt 440 umfasst ein Pressen eines zu bewegenden Gasvolumens des Patientengases abhängig von dem aktuellen Steuersignal von der Pumpenanordnung in ein pneumatisch steuerbares Gasventil, um dadurch einen unidirektionalen Fluss des Patientengases innerhalb der Hauptgasleitung zu unterbrechen.Another Step 440 comprises pressing a gas volume of the patient gas to be moved into a pneumatically controllable gas valve as a function of the current control signal from the pump arrangement in order to thereby interrupt a unidirectional flow of the patient gas within the main gas line.

Ein darauffolgender Schritt 450 umfasst ein Ansaugen des zu bewegenden Gasvolumens entsprechend des aktuellen Steuersignals aus dem pneumatisch steuerbaren Gasventil heraus, um dadurch den unidirektionalen Fluss des Patientengases innerhalb der Hauptgasleitung wieder freizugeben.A next step 450 comprises sucking in the gas volume to be moved in accordance with the current control signal from the pneumatically controllable gas valve, in order to enable the unidirectional flow of the patient gas within the main gas line again.

Der erste Schritt 410 wird typischerweise lediglich bei der Herstellung der entsprechenden Ventilanordnung einmalig ausgeführt. Die beiden Schritte 420 und 430 erfolgen unabhängig voneinander, wobei der Schritt 420 während einer Verwendung eines Systems zur Führung eines Patientengases dauerhaft ausgeführt wird, während der Schritt 430 vorzugsweise in regelmäßigen Abständen ausgeführt wird.The first step 410 is typically only performed once during the manufacture of the corresponding valve arrangement. The two steps 420 and 430 take place independently, with the step 420 is carried out continuously while using a system for conducting a patient gas, during the step 430 preferably carried out at regular intervals.

Die Schritte 440 und 450 werden wiederholt aufeinanderfolgend ausgeführt, um dadurch ein wiederholtes Öffnen und Schließen des pneumatisch steuerbaren Gasventils auszuführen.The steps 440 and 450 are carried out repeatedly in succession to thereby repeatedly open and close the pneumatically controllable gas valve.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst Schritt 410 zusätzlich das Merkmal, dass durch das Bereitstellen der Pumpen-seitigen Bypassleitung weiterhin mindestens eine Sicherungsöffnung bereitgestellt wird, durch die dauerhaft ein Leckagestrom aus der Pumpen-seitigen Bypassleitung austreten kann.In a particularly preferred embodiment, comprises step 410 In addition, the feature that by providing the pump-side bypass line, at least one safety opening is also provided, through which a leakage flow can permanently exit the pump-side bypass line.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100, 200, 300100, 200, 300: VentilanordungValve arrangement
102102: PatientengasPatient gas
104104: unidirektionaler Flussunidirectional flow
110110: HauptgasleitungMain gas line
112112: Vordruck-seitiger AnschlussConnection on the admission side
114114: Patienten-seitiger AnschlussConnection on the patient side
120, 220, 320120, 220, 320: Pumpen-seitige BypassleitungPump-side bypass line
122122: BypassöffnungBypass opening
124124: PuffervolumenBuffer volume
126126: VerengungNarrowing
130130: Ventil-seitige BypassleitungValve-side bypass line
132132: bewegtes Gasvolumenmoving gas volume
140, 240, 340140, 240, 340: PumpenanordnungPump arrangement
142142: SteuersignalControl signal
144144: GesamtgehäuseTotal housing
146146: Öffnung des GesamtgehäusesOpening of the entire housing
150, 350150, 350: GasventilGas valve
152, 352152, 352: VentilplatteValve plate
154, 354154, 354: Balgbellows
156156: VentilauflageValve seat
260, 360260, 360: SicherungsöffnungSafety opening
262262: LeckagestromLeakage flow
270270: SteuereinheitControl unit
272272: erste Mikropumpefirst micropump
274274: zweite Mikropumpesecond micropump
276, 276'276, 276 ': SchwungeinheitSwing unit
277,277'277.277 ': Membranmembrane
278,278'278.278 ': AnsaugöffnungSuction opening
279,279'279.279 ': AusgangsöffnungExit opening
400400: VerfahrenProcedure
410, 420, 430, 440, 450410, 420, 430, 440, 450: VerfahrensschritteProcedural steps
AA.: Hauptgasleitung schließende Innenquerschnittsfläche der VentilplatteInner cross-sectional area of the valve plate closing the main gas line
BB.: Innenquerschnittsfläche der Pumpen-seitigen BypassleitungInternal cross-sectional area of the pump-side bypass line
DD.: Innendurchmesser der SicherungsöffnungInner diameter of the fuse opening
HH: Innenquerschnittsfläche der HauptgasleitungInternal cross-sectional area of the main gas line
II.: Innenquerschnittsfläche der MembranInternal cross-sectional area of the membrane

Claims

Valve arrangement (100) for use in a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas (102), with - a main gas line (110) which is connected to a system via a pre-pressure-side connection (112) and a patient-side connection (114) - a pump-side bypass line (120), which is arranged and designed to guide pre-pressure-controlled patient gas (102) via a bypass opening (122) in the main gas line (110) to a pump arrangement (140), - A valve-side bypass line (130) which is arranged and designed, a gas volume (132) moved by the pump arrangement (140) between the pump arrangement (140) and a gas valve (150), - the pump arrangement (140), which is designed to receive a control signal (142) and, depending on the control signal (142), a gas volume flowing through the pump arrangement (140) ( 132) to move alternately in opposite directions, the gas volume (132) being sucked in from the valve-side bypass line (130) and pressed into the pump-side bypass line (120) and then sucked in and out of the pump-side bypass line (120) is pressed into the valve-side bypass line (130), - the gas valve (150), which has a pneumatically controllable valve plate (152) which is arranged and designed, a unidirectional flow of the admission pressure in a closed position of the gas valve (150) to interrupt controlled patient gas through the main gas line and to allow this flow (104) through the main gas line (110) in an open position of the gas valve, wherein d The valve plate (152) can be moved by the gas volume (132) moved by the pump arrangement (140) between the closed position and the open position of the gas valve (150), and the valve plate (152) relative to the pre-pressure-controlled flow direction within the main gas line (110) is arranged downstream of the bypass opening (122), wherein the pump-side bypass line (120) is further designed to surround a buffer volume (124) between the bypass opening (122) and the pump arrangement (140), which at least is twice as large as the gas volume (132) moved by the pump arrangement (140).

Valve arrangement (200) according to Claim 1 wherein the pump-side bypass line (220) furthermore has a safety opening (260) through which a leakage flow (262) can permanently exit from the pump-side bypass line (220).

Valve arrangement (200) according to Claim 2 wherein the fuse opening (260) has a diameter of at least 0.04 mm.

Valve arrangement (100, 200) according to at least one of the preceding claims, wherein the gas volume (132) moved by the pump arrangement (140) is at least 0.3 ml.

Valve arrangement (100, 200) according to at least one of the preceding claims, wherein the pump arrangement (240) comprises two micropumps (272, 274), each of which controls the gas volume (132) flowing through it through an electrically controlled oscillating unit (276, 276 ') through a suck in the respective suction opening (278, 278 ') and dispense through a respective outlet opening (279, 279'), the two micropumps (272, 274) alternately pressing the gas volume (132) flowing through them in opposite directions during operation.

Valve arrangement (100, 200) according to Claim 5 , wherein an inner cross-sectional area (I) of a membrane (277, 277 ') moving within the oscillating unit (276, 276') is smaller than an area (A) of the valve plate (152) closing the main gas line (110).

Valve arrangement (100, 200) according to at least one of the preceding claims, wherein an inner cross-sectional area (B) of the pump-side bypass line (120) is smaller than an inner cross-sectional area (H) of the main gas line (110).

Valve arrangement (100, 200) according to at least one of the preceding claims, wherein the valve plate (152) of the gas valve (150) is arranged on a bellows (154) which, depending on the moved gas volume (132) guided to the gas valve (150), has a has corresponding expansion.

Method (400) for operating a valve arrangement (100) within a pre-pressure-controlled unidirectional guidance of a patient gas (102), comprising the steps: - Provision of a pump-side bypass line (120) between a main gas line (110) and a pump arrangement (140) which surrounds a buffer volume (124) which is at least twice as large as a gas volume (132) moved by the pump arrangement (140) in order to prevent the moving gas volume (132) from flowing back into the main gas line (110), - Feeding a patient gas (102) from the main gas line (110) to the pump arrangement (140), - regular receipt of a current control signal (142) by the pump arrangement (140), - Pressing a gas volume (132) to be moved of the patient gas (102) as a function of the current control signal (142) from the pump arrangement (140) into a pneumatically controllable gas valve (150), thereby creating a unidirectional flow (104) of the patient gas (102) to interrupt within the main gas line (110), - Sucking in the gas volume (132) to be moved in accordance with the current control signal (142) from the pneumatically controllable gas valve (150), thereby releasing the unidirectional flow (104) of the patient gas (102) within the main gas line (110).

Procedure according to Claim 9 , wherein the provided pump-side bypass line (220) is also provided with a securing opening (260) through which a leakage flow (262) is permanently emitted the pump-side bypass line (220) can escape.