DE1550612B1

DE1550612B1 - Selbsttaetiges Einweg-Klappenventil

Info

Publication number: DE1550612B1
Application number: DE19661550612
Authority: DE
Inventors: Juro Wada
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-12-08
Filing date: 1966-12-08
Publication date: 1969-09-18
Also published as: US3445863A; DK122499B; GB1167329A; CH457712A; SE354009B; BE690790A; NL6617152A; NL134103C; FR1503297A; DE1550612C2; CH511017A

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Einweg-Klappenventil, insbesondere zur Verwendung als künstliches Herzklappenventil, bei dem eine öffnung in Abhängigkeit der Strömungsrichtung eines durchströmenden Mediums intermittierend geöffnet und verschlossen wird.
Die bekannten Ventile, die als künstliche Herzklappenventile zur Anwendung kommen, besitzen entweder schwimmende Ventileinsätze, wie beispielsweise Kugeln oder Scheiben, in manchen Fällen sind sie mit zusätzlichen Gelenken versehen oder besitzen einen sonstigen relativ komplizierten Mechanismus, der die Schwenkbarkeit der Ventilklappe gewährleistet. Diesen bekannten Ventilen haftet durchweg der Nachteil an, daß sie entweder auf Grund der komplizierten Konstruktion relativ teuer in ihrer Herstellung sind oder nicht zufriedenstellend genug arbeiten. Darüber hinaus macht der Einsatz eines Kugelventils bei einem menschlichen Herz einen beträchtlichen Platzbedarf erforderlich, wodurch die Funktionsfähigkeit des Herzens merklich herabgesetzt wird. Das gleiche gilt für Scheibenventile, die - ähnlich wie die Kugelventile - in einem Gehäuse aufgenommen sind und dadurch die Herzkontraktion beeinträchtigen. Die Klappenventile, die zum Schwenken der Klappe mit einem zusätzlichen Scharnier versehen sind, neigen dazu, geronnenes Blut an den Scharnieren anzusetzen und dadurch die Herztätigkeit zu beeinträchtigen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein scharnierloses Klappenventil vorzuschlagen, mit dem sich die obenerwähnten Nachteile vermeiden lassen, welches einfach in der Konstruktion, geeignet zur Massenproduktion bei niedrigen Kosten und trotzdem zufriedenstellend in seiner Wirkungsweise während einer langen Zeitdauer ist. Außerdem soll das Klappenventil leicht an das menschliche Herz anpaßbar sein, einen minimalen Platzbedarf aufweisen und dem Durchfluß des Blutes einen minimalen Strömungswiderstand entgegensetzen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine oder eine Anzahl von Ventilklappen durch die in einer Grundplatte befindliche Öffnung durchgesteckt und in an den Rändern der Öffnung und/oder der Ventilklappen befindlichen Schlitzen um in der Ebene der Grundplatte oder der Ventilklappen liegende Schwenkachsen schwenkbar bis zur flüssigkeitsdichten Auflage auf dem Rand der öffnung gelagert sind.
In einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind zwei oder mehrere schwenkbare Ventilklappen vorgesehen, die imstande sind, die Öffnung in der Grundplatte ohne Verwendung zusätzlicher Gelenke zu öffnen und zu schließen. Dabei liegen die beiden oder mehrere Ventilklappen nebeneinander auf der Öffnung der Grundplatte und sind auf ähnliche Weise, wie oben bereits erwähnt, mit seitlich vorgesehenen Schlitzen oder Einkerbungen am Rande der Öffnung eingehängt. Ein Bereich der Ventilklappen, die durch ihre Schwenkachse in zwei Bereiche unterteilt sind, ist von größerer Fläche, so daß die Durchströmung des Klappenventils in einer Richtung das Öffnen des Ventils zufolge der Druckdifferenz zwischen der einen und anderen Seite der Ventilklappen bewirkt, während eine Strömung in entgegengesetzter Richtung das Schließen des Klappenventils bewirkt.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines künstlichen Herzklappenventils, F i g. 2 einen zentralen Längsschnitt durch die Ausführungsform in F i g. 1, F i g. 3 einen Längsschnitt ähnlich dem in F i g. 2, bei dem die Ventilklappe in geöffnetem Zustand gezeigt ist, F i g. 4 eine Draufsicht auf die Grundplatte, F i g. 5 eine Draufsicht auf die Ventilklappe, Fig. 6 einen Querschnitt ähnlich dem in Fig. 2, jedoch an einer modifizierten Ausführungsform, F i g. 7 einen Querschnitt ähnlich dem der F i g. 6, jedoch an einer weiteren modifizierten Ausführungsform, Fig. 8 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils mit zwei Ventilklappen, F i g. 9 und 10 Querschnitte der Ausführungsform nach Fig. 8, in denen das Ventil in geschlossenem und offenem Zustand gezeigt ist, Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform mit zwei Ventilklappen, bei denen die Schwenkachsen jedoch gegenüber dem Ventil gemäß F i g. 8 unterschiedlich angeordnet sind, Fig. 12 und 13 Querschnitte der Ausführungsform gemäß Fig. 11, in denen die Ventilklappen in geschlossenem und offenem Zustand gezeigt sind, Fig. 14 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform mit drei schwenkbaren Ventilklappen, F i g. 15 einen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäß F i g. 14 in geöffnetem Zustand, Fig. 16 eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilklappe, Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie x-x in Fig. 16, Fig. 18 eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Grundplatte, die mit der Ventilklappe gemäß F i g. 16 zusammenarbeitet, Fig. 19 einen Schnitt längs Linie y-y in Fig. 18.
Die Grundplatte 1 besteht aus Kunstharz oder einer ähnlichen synthetischen Masse und zeigt eine ringförmige Gestalt mit einer kreisrunden Öffnung 2, die konzentrisch angeordnet ist. Eine schwenkbare Ventilklappe 3 ist in ähnlicher Weise aus Kunstharz oder einem sonstigen Kunststoff hergestellt. Die schwenkbare Ventilklappe 3 ist geringfügig größer als die Öffnung 2 in der Grundplatte 1, so daß die Ventilklappe 3 mit ihrem Randbereich 3' die Öffnung 2 überlappt, sobald sie in geschlossenem Zustand auf der Grundplatte 1 aufliegt. Im Rahmen der Voraussetzung, daß der für die Grundplatte 1 und die Ventilklappe 3 verwendete Werkstoff Nachgiebigkeit und vorteilhafterweise auch Elastizität besitzt und außerdem imstande ist, für eine sehr lange Zeit den Einflüssen der Stoffe, denen Einzelteile während des Betriebes ausgesetzt sind, ohne Korrosion und ähnlichen Verfallserscheinungen zu widerstehen, ist die Werkstoffwahl frei. In der Grundplatte 1 und der Ventilklappe 3 sind an korrespondierenden Stellen symmetrisch zu einem gemeinsamen Durchmesser beider Teile Schlitze oder Einkerbungen 4, 5 vorgesehen. Die Ventilklappe 3 hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser des inneren Randes der Schlitze 4 der Grundplatte 1, so daß die Ventilklappe 3 nicht aus der Grundplatte 1 herausrutschen kann. Das Einsetzen der Ventilklappe 3 in die Grundplatte 1 und das Ineinandergreifen der entsprechenden Schlitze erfolgt unter Verformung eines oder beider Einzelteile, wobei sich auf Grund der dem Werkstoff innewohnenden Elastizität anschließend wieder der gestreckte Zustand herstellt. Die Grundplatte 1 ist mit einer Kröpfung 6 versehen, wodurch sie einen Z-Querschnitt erhält und wobei die Ventilklappe 3 um die durch die Schlitze 4, 5 festgelegte Schwenkachse schwenkbar ist. Die Höhe der Kröpfung muß der Dicke der Ventilklappe 3 entsprechen, um ein exaktes Schließen der Öffnung 2 in der Grundplatte 1 durch die Ventilklappe 3 zu gewährleisten. Ein Band 7 aus kräftigem, weichem Kunststoff ist am Rand der Grundplatte 1 befestigt und dient dazu, das Klappenventil an einem menschlichen Herz zu befestigen.
Voraussetzung ist, daß das Material des Bandes 7 für den menschlichen Körper verträglich ist, um den dauernden Gebrauch der Ventilanordnung innerhalb des menschlichen Körpers ohne Schädigung garantieren zu können.
In der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 und 2 ist die Kröpfung 6 in der Grundplatte 1 vorgesehen.
Es ist jedoch durchaus möglich, die Kröpfung, wie in F i g. 6 dargestellt ist, in die Ventilklappe 3 zu legen oder darüber hinaus entsprechend F i g. 7 Kröpfungen sowohl in der Grundplatte 1 als auch der Ventilklappe 3 vorzusehen. Die Kröpfung 6 muß sich in Höhe der Schlitze an der Grundplatte und der Ventilklappe befinden, während der übrige Bereich der Ventilklappe im Interesse einer möglichst geringen Beeinflussung der Durchströmung flach bleibt.
In den gezeigten Ausführungen sind sowohl der Rand der Ventilklappe als auch der Rand der Öffnung kreisförmig. Es ist jedoch durchaus denkbar, die Ventilanordnung beliebig auszubilden, beispielsweise in elliptischer, rechteckiger oder vieleckiger Form. Es ist lediglich nötig, daß die durch die Schwenkachse in zwei Bereiche aufgeteilte Ventilklappe eine unterschiedliche Größe dieser Bereiche aufweist.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Einweg-Klappenventils ist folgende: Fließt die Strömung in Richtung nach unten von der Oberseite des Ventils, dann wird - wie in Fig. 2 gezeigt ist - die Ventilklappe 3 in die geschlossene Lage gebracht, da die Gesamtdruckkraft, welche auf die rechte Seite der Ventilklappe 3 wirkt, wegen der größeren Fläche dieses Bereiches größer ist als die Gesamtdruckkraft auf die links von der Kröpfung 6 befindliche Fläche.
Geht die Strömung in umgekehrter Richtung vonstatten, nämlich von unten nach oben, so öffnet sich die Ventilklappe 3, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Die Einwegwirkungsweise des Ventils ist offensichtlich.
In Fig.8 ist eine modifizierte Ausführungsform dargestellt, bei der zwei halbkreisförmig ausgebildete Ventilklappen 13, 13' symmetrisch zu einer Grundplatte 11 angeordnet sind. Schlitze 14, 15, 14', 15' in der Grundplatte 11 legen die Schwenkachsen fest und gewährleisten die Schwenkbarkeit jeder der Ventilklappen 13, 13', sobald die entsprechenden Schlitze an den Ventilklappen in die Schlitze an der Grundplatte 11 eingreifen. Wiederum ist die Gesamtfläche jeder der beiden Ventilklappen durch die Schwenkachse in einen größeren und einen kleineren Bereich unterteilt, so daß - wie in Fig. 10 dargestellt ist -die Strömung selbst in der Lage ist, die Ventilklappen zu öffnen und, wie F i g. 9 zeigt, zu schließen. Selbstverständlich zeigen die Ventilklappen 13, 13' Kröpfungen 16, 16'.
Die Fig. 11 bis 13 zeigen eine weitere Modifikation der vorliegenden Erfindung. Grundsätzlich sind die darin gezeigten Ventilklappen23, in ihrer Form den in Fig. 8 gezeigten ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, daß Schlitze 24, 25, 24', 25' eine Grundplatte 21 mit den Ventilklappen 23, 23' in der Nähe eines gemeinsamen Durchmessers verbinden.
Auf diese Weise öffnen sich die Ventilklappen von außen an Stelle vom Zentrum her, wie das in F i g. 8 gezeigt ist.
Die Ausführungsform gemäß den Fig. 14 und 15 besitzt drei benachbart liegende Ventilklappen 33, 33', 33", die mit entsprechenden Schlitzen34, 35, 34', 35', 34", 35" in einer Grundplatte 31 eingehängt sind und auf eine bereits oben näher bezeichnete Art ineinandergreifen. Die Betätigung der Ausführungsformen gemäß den Fig. 8 bis 15 erfolgt auf ähnliche Weise wie bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1. Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Ventilklappen eingesetzt werden. Eine zu große Anzahl verbietet sich jedoch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit.
In den Fig. 16 bis 19 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klappenventils dargestellt, welches die Besonderheit aufweist, daß auf eine Kröpfung verzichtet ist, d. h. sowohl die Ventilklappe als auch die Grundplatte sind eben ausgebildet.
Die in den Fig. 16 und 17 dargestellte Ausführungsform einer Ventilklappe 41 hat einen in Abschnitte 42 und 43 unterteilten äußeren Rand. Die beiden Abschnitte 42 und 43 sind durch zwei Schlitze 44, 44 a getrennt, wodurch eine Schwenkachse 40 festgelegt wird. Die beiden Abschnitte 42 und 43 sind, wie durch Bezugszeichen 45 und 46 angedeutet, abgeschrägt ausgebildet. Diese Schrägflächen 45 und 46 können gegen entsprechende Schrägflächen 47 und 48 einer in F i g. 18 und 19 dargestellten Grundplatte 49 anliegen. Im geschlossenen Zustand liegt der Abschnitt 43 der Ventilklappe 41 unterhalb der Grundplatte 49, wobei die Schrägfläche 46 mit der Schräg-Fläche 48 in Berührung steht, während der Abschnitt 42 oberhalb der Grundplatte 49 liegt und die Schrägfläche 45 mit der Schrägfläche 47 in Berührung steht.
In der Grundplatte 49 sind zwei einander gegenüberliegende Schlitze 50 a und 50 angeordnet.
Die in den Fig. 16 bis 19 dargestellte bevorzugte Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß das Klappenventil, insbesondere die Ventilklappe, eben ausgebildet ist, so daß ein glatter Durchfluß durch das Ventil im geöffneten Zustand erzielt wird.
Auf Grund der Tatsache, daß das erfindungsgemäße Klappenventil lediglich aus einer Grundplatte und einer oder mehreren Ventilklappen besteht, kann man seine Konstruktion als extrem einfach, ja sogar primitiv bezeichnen. Diese einfache Konstruktion bewirkt jedoch die Zuverlässigkeit der Funktionsweise und die Billigkeit bei der Herstellung. Wird das erfindungsgemäße Ventil als Herzklappenventil verwendet, so werden die Klappen durch die Tätigkeit des Herzens selbst bewegt, wobei sie in geschlossenem Zustand jegliche Rückströmung von Blut unterbinden.

Claims

Patentansprüche: 1. Selbsttätiges Einweg-Klappenventil, insbesondere zur Verwendung als künstliches Herzklappenventil, bei dem eine Öffnung in Abhängigkeit der Strömungsrichtung eines durchströmenden Mediums intermittierend geöffnet und verschlossen wird, dadurch gekennzeichn e t, daß eine oder eine Anzahl von Ventilklappen (3, 13, 23, 33) durch die in einer Grundplatte (1) befindliche Öffnung (2) durchgesteckt und in an den Rändern der Öffnung und/oder der Ventilklappen befindlichen Schlitzen (4, 5) um in der Ebene der Grundplatte oder der Venklappen liegende Schwenkachsen schwenkbar bis zur flüssigkeitsdichten Auflage auf dem Rand der Öffnung (2) gelagert sind.
2. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) und/oder die Ventilklappen in ihrer Ebene an den Schlitzen (4, 5) gekröpft sind.
3. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Ventilklappen durch ihre Schwenkachsen in zwei Flächenbereiche ungleicher Größe unterteilt sind.
4. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2) in der Grundplatte (1) und die VentiLklappe oder die Ventilkiappen (3, 13, 23, 33) in ihrer gesamten Fläche vorzugsweise kreisförmig sind.
5. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei halbkreisförmige Ventilklappen vorgesehen sind, deren jeweilige Schwenkachse in Scheitelnähe des Halbkreises angeordnet ist.
6. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei halbkreisförmige Ventilklappen vorgesehen sind, deren jeweilige Schwenkachse in der Nähe des Durchmessers der Ventilklappen vorgesehen ist.
7. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Ventilklappen sowie die Gestalt der Öffnung eine beliebige, aber einander entsprechende Form besitzen.
8. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamttläche der Ventilklappen etwas größer als die der Öffnung ist.
-9. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) und/oder die Ventilklappe oder die Ventilklappen aus einem sehr nachgiebigen elastischen Material bestehen.
10. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) und/oder die Ventilklappen (3) aus nachgiebigem Kunststoff bestehen.
11. Einweg-Klappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsmittel für die Befestigung des Ventils an einem menschlichen Herzen vorgesehen sind.
12. Einweg-Illappenventil nach Anspruch 1 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Ventilklappe oder der Ventilklappen und der Öffnung in der Grundplatte komplementär zueinander angefast sind und sich aufeinanderliegend überdecken.
13. Einweg-Klappenventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe (41) am äußeren Umfang zwei Abschnitte (42, 43) mit entgegengesetzt geneigten Schrägflächen (45, 46) hat, die durch zwei gegenüberliegende Schlitze (44, 44a) getrennt sind, daß die Grundplatte (49) am inneren Rand zwei durch zwei einander gegenüberliegende Einschnitte (50a, 50) getrennte Abschnitte mit einander entgegengesetzten Schrägflächen (47, 48) hat und daß im geschlossenen Zustand die Schrägflächen (45, 46) gegen die Schrägflächen (47, 48) anliegen.
14. Einweg-Klappenventil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen von Ventilklappe(41) und Grundplatte (49), die miteinander in Berührung stehen, die gleiche Neigung haben.
15. Einweg-Klappenventil gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine innerhalb des Bereiches der Schlitze (44a, 44 bzw. 50a, 50) liegende Schwenkachse (44) nicht durch den Schwerpunkt der Ventilklappe (41) hindurchgeht.
16. Einweg-Klappenventil gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ventilklappe größer ist als der Innendurchmesser der Grundplatte im Bereich der Schlitze.