DE1099697B

DE1099697B - Piston pump for a device for artificial ventilation

Info

Publication number: DE1099697B
Application number: DEC15167A
Authority: DE
Inventors: Thomas Charles; Nelson George Kling
Original assignee: CONITECH Ltd
Current assignee: CONITECH Ltd
Priority date: 1956-07-17
Filing date: 1957-07-16
Publication date: 1961-02-16
Also published as: GB806907A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für ein Gerät zur künstlichen Beatmung, bei der der Pumpenzylinder feststeht und der Kolben und die Kolbenstange von einem Motor über eine Antriebsvorrichtung in der Weise angetrieben werden, daß sich der Druck im Beatmungsgerät zyklisch während des Einatmens schneller als während des Ausatmens ändert.The invention relates to a piston pump for a device for artificial ventilation, in which the pump cylinder is fixed and the piston and the piston rod from a motor via a drive device in the Be driven in such a way that the pressure in the ventilator cyclically increases faster as you inhale than changes during exhalation.

Die Hauptschwierigkeit bei der Konstruktion derartiger Antriebsmechanismen besteht darin, die Drehbewegung eines mit konstanter, aber einstellbarer Geschwindigkeit umlaufenden Elektromotors in eine Translationsbewegung der Kolbenstange umzuformen, deren Hingang schneller als deren Rückgang erfolgen soll. Der Atmungszyklus eines Menschen hat nämlich die Besonderheit, daß sich die Einatmung im Vergleich zur Ausatmung über eine weit kürzere Zeitspanne, möglicherweise nur über die halbe Ausatemzeit, erstreckt. Dementsprechend muß sich die Kolbenstange der Pumpe in der einen Richtung mit der doppelten Geschwindigkeit im Vergleich zur entgegengesetzten Richtung bewegen.The main difficulty in designing such drive mechanisms is the rotational movement an electric motor rotating at a constant but adjustable speed into a To transform translational movement of the piston rod, the downward movement of which occurs faster than its retreat target. The specialty of a person's respiratory cycle is that inhalation is compared for exhalation over a much shorter period of time, possibly only over half the exhalation time. Accordingly, the piston rod of the pump must double in one direction Move speed compared to the opposite direction.

Es ist bereits ein Antriebsmechanismus bekannt, der diesen Erfordernissen Rechnung trägt. Er besitzt jedoch den Nachteil, daß der Pumpenzylinder während des Betriebes um eine feststehende Achse schwenken muß, so daß ein relativ großer freier Raum für die Bewegung des Pumpenzylinders zur Verfügung stehen muß. Außerdem sind recht komplizierte Führungsflächen in den Antriebsmechanismus eingebaut, deren Arbeitsweise selbst für einen Fachmann nur schwierig zu übersehen ist.A drive mechanism is already known which takes these requirements into account. However, he owns the disadvantage that the pump cylinder pivot about a fixed axis during operation must, so that a relatively large free space are available for the movement of the pump cylinder got to. In addition, quite complicated guide surfaces are built into the drive mechanism, their Working method is difficult to overlook even for a specialist.

Ein Ziel der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung einer Kolbenpumpe für ein Gerät zur künstlichen Beatmung, die besonders billig, einfach und übersichtlich gestaltet ist. Außerdem soll sie derart arbeiten, daß der Pumpenzylinder ortsfest eingebaut sein kann.One object of the invention is a drive device of a piston pump for a device for artificial respiration, which is particularly cheap, simple and clearly designed. In addition, it should work in such a way that the pump cylinder can be installed in a stationary manner.

Zu diesem Zweck wird eine Kolbenpumpe mit feststehendem Zylinder für ein Gerät zur künstlichen Beatmung, deren Kolben und Kolbenstange von einem Motor über einen Mechanismus derart angetrieben werden, daß sich der Druck im Beatmungsgerät zyklisch während des Einatmens schneller als während des Ausatmens ändert, gemäß der Erfindung so gestaltet, daß der Antriebsmechanismus eine Antriebswelle und eine zu dieser parallele und exzentrisch gelagerte, getriebene Welle enthält und eine Antriebskurbel an der Antriebswelle in einem radial verlaufenden Schlitz eines Antriebshebels an der getriebenen Welle eingreift.For this purpose, a piston pump with a fixed cylinder is used for a device for artificial ventilation, whose piston and piston rod are driven in this way by a motor via a mechanism that the pressure in the ventilator cyclically increases faster during inhalation than during exhalation changes, designed according to the invention so that the drive mechanism has a drive shaft and a to this parallel and eccentrically mounted, driven shaft contains and a drive crank on the drive shaft engages in a radially extending slot of a drive lever on the driven shaft.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der folgenden Beschreibung an Hand der beigefügten Figuren erläutert.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is given in the following description with reference to the attached Figures explained.

Fig. 1 ist eine Ansicht der Kolbenpumpe mit einigen im Schnitt gezeigten Teilen;Fig. 1 is a view of the piston pump with some parts shown in section;

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1; Kolbenpumpe für ein Gerät
zur künstlichen BeatmungFig. 2 is a section taken on line 2-2 of Fig. 1; Piston pump for one device
for artificial ventilation

Anmelder:
Conitecti, Ltd., Chauncey, N. Y. (V. St. A.)Applicant:
Conitecti, Ltd., Chauncey, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M. 1, Parkstrasse 13th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Juli 1956Claimed priority:
V. St. v. America 17 July 1956

Thomas Charles, Manhasset, N. Y.,Thomas Charles, Manhasset, N.Y.,

und Nelson George Kling, Roslyn, N. Y. (V. St. A.),and Nelson George Kling, Roslyn, N.Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1. Die Pumpe enthält einen Zylinder 10, der in geeigneter Weise von einem Rahmen 11 gehalten wird, der an einer Grundplatte 12 befestigt ist. Ein Kolben 14 der Pumpe kann von einer Kolbenstange 16 hin- und herbewegt werden, die die Form einer Röhre besitzt, die auf einer festen, senkrechten Führungsstange 17 gleitet. Das obere Ende der Stange 17 ist mit einem für Flüssigkeiten und Gase dichten Verschluß in einer Fassung 18 gelagert und das untere Ende 20 an der Grund- und Halteplatte 12 des Rahmens festgemacht. Die kleine, für Flüssigkeiten und Gase dichte Fassung 18 ist auf einem Deckel 22 des Zylinders angebracht und steht mit dem Inneren des Zylinders oberhalb des Kolbens 14 in Verbindung, so daß der mittlere Teil des Kolbens, an dem die Kolbenstange 16 befestigt ist, sich in die Fassung 18 hineinschieben kann. Auf diese Weise kann sich der Kolben bis dicht an die Innenfläche des Zylinderdeckels heranschieben, wodurch ein toter Luftraum zwischen dem Zylinderdeckel und dem Kolben ausgeschaltet wird, wenn der Kolben sich am Ende seines Arbeitshubes befindet. Die Kolbenstange kann sich durch ein flüssigkeits- und gasdichtes Lager 19 an der Grundplatte 21 des Zylinders hindurchschieben.Fig. 3 is a section along the line 3-3 of Fig. 1. The pump includes a cylinder 10, which in suitable Way is held by a frame 11 which is attached to a base plate 12. A piston 14 the pump can be moved back and forth by a piston rod 16 which has the shape of a tube, which slides on a fixed, vertical guide rod 17. The upper end of the rod 17 is with a for Liquids and gases tight closure stored in a socket 18 and the lower end 20 on the Fixed base and retaining plate 12 of the frame. The small, tight fitting for liquids and gases 18 is mounted on a cover 22 of the cylinder and stands with the interior of the cylinder above the Piston 14 in connection, so that the middle part of the piston to which the piston rod 16 is attached, is can slide into the socket 18. In this way, the piston can move up close to the inner surface of the Slide the cylinder cover closer, creating a dead air space between the cylinder cover and the piston is switched off when the piston is at the end of its working stroke. The piston rod can Push through a liquid- and gas-tight bearing 19 on the base plate 21 of the cylinder.

Eine waagerecht liegende Querschiene 23 sitzt am unteren Ende der Kolbenstange 16 fest und weist einen geraden Schlitz oder eine Führung auf, in die eine Rolle 24ο am Ende eines Kurbelarms 24 eingreift. DerA horizontally lying cross rail 23 is firmly seated at the lower end of the piston rod 16 and has a straight slot or a guide into which a roller 24 o at the end of a crank arm 24 engages. Of the

109 510/18109 510/18

1 Q99 6971 Q99 697

Kurbelarm 24 ist auf einer Welle 25 gelagert, die in geeigneten Lagern in Haltearmen 26 liegt. Die Drehung des Kurbelarms 24 bringt eine Hin- und Herbewegung der Querschiene 23 in senkrechter Richtung und eine ähnliche Hin- und Herverschiebung des Kolbens 14 mit sich. Die Welle 25 ist auch mit einem Antriebshebel 27 versehen, der einen radial verlaufenden Schlitz 28 aufweist, in den eine Rolle 30 α einer Antriebskurbel 30 eingreift. Die Antriebskurbel 30 wird von einer Welle 32 mit geringer Geschwindigkeit in Drehung versetzt, die durch ein Zahnradgetriebe in einem Getriebekasten 33 bewirkt wird. Das Zahnradgetriebe wird von einem Elektromotor 34 in Gang gesetzt, der auch im Rahmen 11 untergebracht ist. Die Antriebswelle 32 und die getriebene Welle 25 liegen parallel und exzentrisch zueinander, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kolben 14 schneller von oben nach unten als von unten nach oben hin in dem Zylinder 10 verschoben wird.The crank arm 24 is mounted on a shaft 25 which is located in holding arms 26 in suitable bearings. The rotation of the crank arm 24 brings about a reciprocating movement of the cross bar 23 in the vertical direction and a similar reciprocating movement of the piston 14 with it. The shaft 25 is also provided with a drive lever 27 which has a radially extending slot 28 in which a roller 30 α of a drive crank 30 engages. The drive crank 30 is set in rotation by a shaft 32 at low speed which is caused by a gear train in a gear box 33. The gear transmission is set in motion by an electric motor 34, which is also housed in the frame 11. The drive shaft 32 and the driven shaft 25 are parallel and eccentric to one another, as can be seen in FIG. The arrangement is such that the piston 14 is displaced more rapidly from top to bottom than from bottom to top in cylinder 10.

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Druck im Beatmungsgerät vermindert, das zu einer beliebigen Art gehören und z.B. ein Brustbeatmungsgerät oder ein Gürtelbeatmungsgerät sein kann. Zu diesem Zweck ist im Zylinderdeckel 22 ein Röhrenanschluß vorgesehen, der mit dem Zylinder in Verbindung steht und das Ende einer Röhre 36 aufnehmen kann. Diese kann zu irgendeinem Beatmungsgerät gehören. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, wird in jedem Fall der Luftdruck im Beatmungsgerät gesenkt, womit die Einatmung verbunden ist. Bei Rückkehr oder Hochziehen des Kolbens steigt der Druck über den äußeren Luftdruck an, wenn die Pumpe mit einem Gürtelbeatmungsgerät verbunden ist; der Druck nimmt nur bis etwa zum äußeren Luftdruck zu, wenn die Pumpe an ein Brustbeatmungsgerät oder an andere Arten von Beatmungsgeräten angeschlossen ist, bei denen sich der Druck zyklisch zwischen dem Atmosphärendruck und einem Druck unter dem normalen Luftdruck ändert. Um diese Größen des Luftdrucks einzuregulieren, weist ■die Pumpe zwei Ventile 37 und 39 auf, die sich an Knöpfen 38 und 40 verstellen lassen. Diese Ventile können beliebig gebaut sein. Das Ventil 37 wird durch Federdruck geschlossen, der am Knopf 38 so eingestellt werden kann, daß sich das Ventil öffnet, wenn der Kolben 14 die Luft im Pumpzylinder auf ein wenig mehr als Atmosphärendruck zusammendrückt; infolgedessen wird dem Brustbeatmungsgerät kein Überdruck zugeführt. Dieses Ventil bleibt geschlossen, wenn sich der Kolben 14 nach unten verschiebt und den Luftdruck unter den Atmosphärendruck im Brustbeatmungsgerät während des Einatmens senkt.As the piston moves downward, the pressure in the ventilator is reduced to any point Type and can be, for example, a chest ventilator or a belt ventilator. To this Purpose, a tube connection is provided in the cylinder cover 22, which is in communication with the cylinder and the end of a tube 36 can receive. This can belong to any ventilator. if when the piston moves downwards, the air pressure in the ventilator is reduced, which in turn reduces the Inhalation is associated. When the piston returns or is pulled up, the pressure rises above the outer one Air pressure on when the pump is connected to a belt ventilator; the pressure just takes up to about the external air pressure when the pump is connected to a chest ventilator or other types of Ventilation equipment is connected, in which the pressure is cyclically between atmospheric pressure and a pressure below normal air pressure changes. To regulate these parameters of the air pressure, has ■ the pump has two valves 37 and 39, which can be adjusted using buttons 38 and 40. These valves can be built in any way. The valve 37 is closed by spring pressure, which is set on the button 38 can be that the valve opens when the piston 14 increases the air in the pump cylinder to a little more compresses than atmospheric pressure; as a result, no positive pressure is applied to the chest ventilator. This valve remains closed when the piston 14 moves down and the air pressure decreases below atmospheric pressure in the chest ventilator during inhalation.

Es ist auch ein Druckbegrenzungsventil 41 vorgesehen, das sich nach innen öffnet, wenn der Unterdruck im Pumpzylinder und ebenfalls im Brustbeatmungsgerät unter einen bestimmten Wert absinkt. Wenn die Pumpe für ein Gürtelbeafcmungsgerät verwendet wird, mit dem zyklisch ein Überdruck während der Ausatmung hergestellt wird, wird der Knopf 38 so eingestellt, daß sich das Ventil 37 erst öffnet, wenn der Druck im Zylinder 10 den für das Gürtelbeatmungsgerät erwünschten Überdruck übersteigt. Das Ventil 39, das ebenfalls ein von einer Feder geregeltes Ventil ist, wird normalerweise von seiner Feder in die Schließstellung gebracht, deren Stärke am Knopf 40 so eingestellt werden kann, daß es sich nur dann öffnet, wenn der Druck im Zylinder 10 unter den Atmosphärendruck absinkt, falls die Pumpe über die Röhre36 an das Gürtelbeatmungsgerät angeschlossen ist. Ein Ventil 42 wird geöffnet, wenn der Überdruck im Zylinder 10 einen vorbestimmten .Sicherheitswert überschreitet, damit dieserThere is also a pressure relief valve 41 is provided which opens inward when the negative pressure drops below a certain value in the pump cylinder and also in the breast ventilator. If the The pump is used for a belt lifter with which an overpressure is created cyclically during exhalation, the button 38 is set so that that the valve 37 opens only when the pressure in the cylinder 10 is the desired for the belt ventilator Exceeds overpressure. The valve 39, which is also a spring regulated valve, is normally brought into the closed position by its spring, the strength of which can be adjusted on the button 40 can that it only opens when the pressure in cylinder 10 drops below atmospheric pressure, if the pump is connected to the belt ventilator via the tube 36. A valve 42 is opened when the overpressure in the cylinder 10 exceeds a predetermined .Sicherheitswert so that this

Druck bei Einstellung des Knopfes 38 des Ventils 37 nicht überschritten werden kann.Pressure when setting the button 38 of the valve 37 cannot be exceeded.

Wie man den Figuren entnehmen kann, ist die Pumpe eine doppelt wirkende Pumpe und daher mit einer geeigneten Ventilsteuerung 44 ausgestattet, die mit dem "" Zylinder 10 unter dem Kolben 14 über eine Öffnung 45 in Verbindung steht. Diese Steuerung kann eine Verbindung des Zylinderraums unter dem Kolben 14 mit der Außenluft und mit einem Gerät herstellen, dem derAs can be seen from the figures, the pump is a double-acting pump and therefore with a suitable one Valve control 44 connected to the "" cylinder 10 under the piston 14 via an opening 45 communicates. This control can connect the cylinder space below the piston 14 with the outside air and with a device that the

ίο im Zylinder erzeugte Druck zugeführt wird, wenn sich der Kolben nach unten verschiebt. Falls man es wünscht, kann die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens erzeugte Druckluft einer Gesichtsmaske zugeführt werden, damit der Patient direkt mit Druckluft über die Nase und den Mund versorgt werden kann. Dieses läßt sich durchführen, wenn die Röhre 36 mit dem Beatmungsgerät verbunden wird.ίο pressure generated in the cylinder is supplied when the piston moves down. If so desired, the one generated by the downward movement of the piston can be used Compressed air can be supplied to a face mask so that the patient can use compressed air directly via the Nose and mouth can be supplied. This can be done when the tube 36 is connected to the ventilator is connected.

Die Arbeitsweise des die Pumpe betätigenden Mechanismus, der eine schnellere Bewegung nach unten als nach oben ausführt, entspricht den Zeitspannen der Ein- und Ausatmung im Atmungszyklus und geht klar aus Fig. 2 hervor. Angenommen, die Antriebskurbel 30 und der Antriebshebel 27 drehen in Pfeilrichtung ^4, dann hat die Antriebskurbel 30 in der dargestellten Lage einen Winkel von etwa 45° gegenüber dem senkrecht stehenden Antriebshebel 27, In der strichpunktiert gezeigten Lage 27' sowie in der um 180° gedrehten Lage 27" liegen Antriebskurbel 30 und Antriebshebel 27 waagerecht. Es sei hervorgehoben, daß sich infolge der Exzenterstellung zwischen den Wellen 25 und 32 der Abstand zwischen der Antriebsrolle 30 α und der Mitte der Antriebswelle25 während jeder vollständigen Drehung des Antriebshebels 27 von einer mittleren Entfernung aus, wenn sich nämlich die Rolle an dem Punkt 30 a' befindet, auf ein Maximum beim Punkt 30 α" hin und schließlich auf ein Minimum zu verändert, wenn die Rolle den Punkt 30 a'" erreicht Dementsprechend dreht sich während des einen halben Umlaufs der Hebelarm 27 mit einer größeren Geschwindigkeit als während des anderen halben Umlaufs. Diese sich ändernde Drehgeschwindigkeit des Hebelarms 27 wird in eine entsprechend sich ändernde, geradlinige Bewegung des Kolbens 14 mit Hilfe der Rolle 24 α des Kurbelarms 24 in der Rinne der Querschiene umgewandelt.The operation of the pump-actuating mechanism, which moves more rapidly downwards than upwards, corresponds to the periods of inhalation and exhalation in the breathing cycle and is clearly shown in FIG. Assuming the drive crank 30 and the drive lever 27 rotate in the direction of the arrow ^ 4, the drive crank 30 in the position shown is at an angle of approximately 45 ° with respect to the vertical drive lever 27, in the position 27 'shown in dash-dotted lines and in the 180 ° position In the rotated position 27 ″, the drive crank 30 and drive lever 27 are horizontal. It should be emphasized that as a result of the eccentric position between the shafts 25 and 32, the distance between the drive roller 30 α and the center of the drive shaft 25 changes from an average distance during each complete rotation of the drive lever 27 from, namely when the roller is at point 30 a ', to a maximum at point 30 α "and finally changed to a minimum when the roller reaches point 30 a'" . Accordingly, it rotates during half a revolution the lever arm 27 at a greater speed than during the other half revolution. This changing rotational speed of the Lever arm 27 is converted into a correspondingly changing, rectilinear movement of the piston 14 with the aid of the roller 24 α of the crank arm 24 in the groove of the cross rail.

Claims

Patent claims:

1. Piston pump with fixed cylinder for a device for artificial respiration, its piston and piston rod are driven by a motor via a mechanism so that the pressure in the ventilator cyclically during inhalation faster than during exhalation changes, characterized in that the drive mechanism a drive shaft (32) and a parallel and eccentrically mounted driven shaft (2S) and a drive crank (30) on the drive shaft (32) in one engages radially extending slot (28) of a drive lever (27) on the driven shaft (25).

2. Pump according to claim 1, characterized in that a further crank arm (24) on the driven shaft (25) and sliding in a cross rail provided with a guide (23) engages, which is fastened to the piston rod (16) of the pump, and that the piston (14) and the piston rod (16) together as a unit

.70 are movable along a straight line.

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3. Pump according to claim 2, characterized in that the piston rod (16) is hollow The tube is connected to a fixed guide rod (17) in sliding engagement.

Considered publications:

German Patent No. 867 596; British Patent No. 534,478; U.S. Patent No. 2,490,395.

1 sheet of drawings