DE202020102459U1 - Ventilator - Google Patents
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Abstract
Beatmungsgerät (1) zur Beatmung eines Patienten mit einem Atemgas, aufweisend
- einen Hubkolbenverdichter (4) mit einem in einem Behälter (41) verfahrbaren Kolben (42) und einer durch ein Rückschlagventil (43) verschließbaren Zuführöffnung für das einzuatmende Atemgas,
- ein Inspirationsventil (9),
- ein Exspirationsventil (10),
- wobei der Behälter (41) fluidisch mit dem Inspirationsventil (9) verbunden ist,
- wobei das Inspirationsventil (9) einen Auslass (93) zum Anschluss einer Inspirationsleitung (6) aufweist,
- wobei das Exspirationsventil (10) einen Einlass (101) zum Anschluss einer Exspirationsleitung (7) aufweist,
- wobei der Kolben (42) direkt oder indirekt mit einer Antriebswelle (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- auf der Antriebswelle (3) wenigstens eine Steuerscheibe (11, 12) zu Steuerung des Inspirationsventils (9) und des Exspirationsventils (10) angeordnet ist.
A ventilator (1) for ventilating a patient with a breathing gas, having
- A reciprocating piston compressor (4) with a piston (42) that can be moved in a container (41) and a supply opening for the breathing gas to be inhaled that can be closed by a check valve (43),
- an inspiration valve (9),
- an expiration valve (10),
- wherein the container (41) is fluidically connected to the inspiration valve (9),
- wherein the inspiration valve (9) has an outlet (93) for connecting an inspiration line (6),
- wherein the expiration valve (10) has an inlet (101) for connecting an expiration line (7),
- wherein the piston (42) is coupled directly or indirectly to a drive shaft (3), characterized in that
- At least one control disk (11, 12) for controlling the inspiration valve (9) and the expiration valve (10) is arranged on the drive shaft (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a ventilator according to the preamble of
Gattungsgemäße Beatmungsgeräte werden insbesondere zur künstlichen Beatmung von narkotisierten Patienten eingesetzt.Generic ventilators are used in particular for artificial ventilation of anesthetized patients.
Wichtig bei solchen Beatmungsgeräten ist insbesondere eine exakte Steuerung eines Inspirationsvorgangs und eines Exspirationsvorgangs, um den Patienten zum einen mit der notwendigen Sauerstoffmenge zu versorgen, ohne dabei die Atemwege und insbesondere die Lunge des Patienten zu stark zu belasten.Precise control of an inspiratory process and an expiratory process is particularly important in such ventilators in order to supply the patient with the necessary amount of oxygen on the one hand without placing too much stress on the patient's airways and, in particular, on the patient's lungs.
Nachteilig an diesen Beatmungsgeräten ist die relativ aufwändige Steuerung des Inspirationsvorgangs und des Exspirationsvorgangs sowie die Wartung und ggf. Instandsetzung bei Ausfall eines der Bauteile eines solchen Beatmungsgerätes.Disadvantages of these ventilators are the relatively complex control of the inspiratory process and the expiratory process as well as the maintenance and, if necessary, repairs in the event of failure of one of the components of such a ventilator.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät bereitzustellen, das einerseits eine zuverlässige Steuerung des Inspirations- und Exspirationsvorgangs ermöglicht und gleichzeitig in einfacher Weise zu warten ist.The object of the present invention is to provide a ventilator which, on the one hand, enables reliable control of the inspiratory and expiratory processes and, at the same time, is easy to maintain.
Diese Aufgabe wird durch ein Beatmungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a ventilator with the features of
Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät zur Beatmung eines Patienten mit einem Atemgas weist einen Hubkolbenverdichter mit einem in einem Behälter verfahrbaren Kolben und einer durch ein Rückschlagventil verschließbaren Zuführöffnung für das einzuatmende Atemgas auf.The ventilator according to the invention for ventilating a patient with a breathing gas has a reciprocating piston compressor with a piston that can be moved in a container and a supply opening for the breathing gas to be inhaled that can be closed by a check valve.
Das Beatmungsgerät weist des Weiteren ein Inspirationsventil und ein Exspirationsventil auf.The ventilator also has an inspiration valve and an expiration valve.
Der Behälter ist fluidisch mit dem Inspirationsventil verbunden.The container is fluidically connected to the inspiration valve.
Das Inspirationsventil weist einen Auslass zum Anschluss einer Inspirationsleitung auf. Des Weiteren weist das Exspirationsventil einen Einlass zum Anschluss einer Exspirationsleitung auf.The inspiration valve has an outlet for connecting an inspiration line. Furthermore, the expiration valve has an inlet for connecting an expiration line.
Der Kolben ist dabei direkt oder indirekt mit einer Antriebswelle gekoppelt.The piston is directly or indirectly coupled to a drive shaft.
Auf der Antriebswelle ist wenigstens eine Steuerscheibe zur Steuerung des Inspirationsventils und des Exspirationsventils angeordnet.At least one control disk for controlling the inspiration valve and the expiration valve is arranged on the drive shaft.
Mit einem solchermaßen ausgebildeten Beatmungsgerät ist eine zuverlässige Beatmung des Patienten gesichert.Reliable ventilation of the patient is ensured with a ventilator designed in this way.
Durch die wenigstens eine Steuerscheibe auf der gleichzeitig den Kolben des Hubkolbenverdichters ansteuernden Antriebswelle ist zugleich eine einfache und kompakte Bauweise eines solchen Beatmungsgeräts mit wenigen Bauteilen ermöglicht.The at least one control disk on the drive shaft that simultaneously controls the piston of the reciprocating compressor enables a simple and compact design of such a ventilator with few components.
Die Steuerscheiben dienen dabei in erster Linie der Steuerung des Verhältnisses der Inspirationsdauer zur Exspirationsdauer.The control disks are primarily used to control the ratio of the inspiration time to the expiration time.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous variant embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Beatmungsgerät ein Zu- und Abführungsstück zur Zuführung und Abführung des Atemgases in/aus einem Atemweg des Patienten, wobei das Zu- und Abführungsstück über die Inspirationsleitung an das Inspirationsventil und über die Exspirationsleitung an das Exspirationsventil anschliessbar ist.According to an advantageous embodiment variant, the ventilator has an inlet and outlet piece for feeding and discharging the breathing gas into / from a patient's airway, the inlet and outlet piece being connectable to the inspiration valve via the inspiration line and to the expiration valve via the expiration line.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind jeweils mindestens eine der Steuerscheiben zur Steuerung des Inspirationsventils und mindestens eine der Steuerscheiben zur Steuerung des Exspirationsventils vorgesehen.According to an advantageous embodiment, at least one of the control disks for controlling the inspiration valve and at least one of the control disks for controlling the expiration valve are provided in each case.
Denkbar ist auch eine Ausbildung einer Steuerscheibe mit mehreren Steuerkurven, die der Steuerung des Inspirationsventils und des Exspirationsventils dient.It is also conceivable to design a control disk with several control cams, which is used to control the inspiration valve and the expiration valve.
Bevorzugt ist ein Außenrand der wenigstens einen Steuerscheibe zur Ansteuerung des Inspirationsventils und des Exspirationsventils ausgebildet.An outer edge of the at least one control disk is preferably designed to control the inspiration valve and the expiration valve.
Dadurch ist eine einfache mechanische Ankopplung an die Ventile ermöglicht.This enables simple mechanical coupling to the valves.
Der Außenrand der Steuerscheiben ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mit Erhöhungen oder Vertiefungen versehen, die zum Öffnen bzw. Verschließen des Inspirationsventils und des Exspirationsventils durch Rotation der Steuerscheiben dienen.According to an advantageous development, the outer edge of the control disks is provided with elevations or depressions which serve to open and close the inspiration valve and the expiration valve by rotating the control disks.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist die das Inspirationsventil steuernde Steuerscheibe derart ausgeführt, dass eine Öffnung des Inspirationsventils ausschließlich erfolgt, wenn der Kolben sich in Kompressionsrichtung bewegt, bei der das Atemgas in die Druckleitung gedrückt wird, wobei die das Exspirationsventil steuernde Steuerscheibe derart geformt und an der Antriebswelle angeordnet ist, dass das Exspirationsventil bei geöffnetem Inspirationsventil geschlossen ist.According to a further advantageous embodiment variant, the control disk controlling the inspiration valve is designed in such a way that the inspiration valve is only opened when the piston moves in the compression direction in which the breathing gas is pressed into the pressure line, the control disk controlling the expiration valve being shaped and connected in this way the drive shaft is arranged that the expiration valve is closed when the inspiration valve is open.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Inspirationsventil mit einem Überdruckventil versehen.According to a further preferred embodiment variant, the inspiration valve is provided with a pressure relief valve.
Durch das Überdruckventil kann die Lunge des Patienten in einfacher Weise vor einem zu hohen Druck geschützt werden.The patient's lungs can be protected from excessive pressure in a simple manner by means of the pressure relief valve.
Das Exspirationsventil ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mit einem Mindestdruckventil versehen, zur Abgabe von exhaliertem Gas bis zu einem voreingestellten Mindestdruck.According to an advantageous further development, the expiration valve is provided with a minimum pressure valve for releasing exhaled gas up to a preset minimum pressure.
Durch das Mindestdruckventil wird ermöglicht, einen Mindestdruck in der Lunge aufrechtzuerhalten, um ein Zusammenfallen der Alveolen der Lunge zu verhindern.The minimum pressure valve makes it possible to maintain a minimum pressure in the lungs in order to prevent the alveoli of the lungs from collapsing.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung sind auf der Antriebswelle mehrere Steuerscheiben zu Steuerung des Inspirationsventils und mehrere Steuerscheiben zu Steuerung des Exspirationsventils angeordnet.According to a further preferred embodiment variant of the invention, several control disks for controlling the inspiration valve and several control disks for controlling the expiration valve are arranged on the drive shaft.
Dies ermöglicht eine Variation von Betätigungszeitpunkt und Betätigungsdauer der Ventile durch einfaches Positionsverschieben der Steuerscheiben relativ zu den Schaltelementen der Ventile.This enables the actuation time and actuation duration of the valves to be varied by simply shifting the position of the control disks relative to the switching elements of the valves.
Beispielsweise kann so eine vorbestimmte Vorkompression oder die Druckhaltedauer in der Inspirationsphase in einfacher Weise verändert werden.For example, a predetermined pre-compression or the pressure holding time in the inspiration phase can be changed in a simple manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist an der Inspirationsleitung ein Manometer angeschlossen, um den zulässigen Höchstdruck und Mindestdruck im System Inspirationsleitung - Zu- und Abführungsstück - Exspirationsleitung überprüfen zu können.According to a further advantageous embodiment variant, a manometer is connected to the inspiration line in order to be able to check the maximum permissible pressure and minimum pressure in the inspiration line - supply and discharge piece - expiration line system.
Sofern die Inspirationsleitung selbst kein Rückschlagventil aufweist, das ein Ansaugen von Atemgas aus der Lunge in Richtung des Hubkolbenverdichters verhindert, kann mit dem Manometer in der Inspirationsleitung sowohl der Druck in der Inspirationsphase als auch in der Exspirationsphase auf der Seite der Exspirationsleitung gemessen werden.If the inspiration line itself does not have a check valve that prevents breathing gas from being sucked in from the lungs in the direction of the reciprocating compressor, the pressure in the inspiration line can be used to measure both the pressure in the inspiration phase and in the expiration phase on the side of the expiration line.
Verfügt die Inspirationsleitung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante über ein solches Rückschlagventil, ist vorteilhaft sowohl in der Inspirationsleitung als auch in der Exspirationsleitung ein solches Manometer angeordnet.If, according to a further advantageous embodiment variant, the inspiration line has such a check valve, such a manometer is advantageously arranged both in the inspiration line and in the expiration line.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Kolben über einen Exzenter mit der Antriebswelle gekoppelt.According to a further advantageous embodiment variant, the piston is coupled to the drive shaft via an eccentric.
Der Exzenter ist dabei bevorzugt als Exzenterscheibe ausgebildet, an der ein Kolbenanschlussstück des Kolbens zur Einstellung eines Hubs des Kolbens radial verstellbar festlegbar ist.The eccentric is preferably designed as an eccentric disk on which a piston connection piece of the piston can be fixed in a radially adjustable manner for setting a stroke of the piston.
Dadurch ist in einfacher Weise eine Einstellung des Kolbenhubs und damit des Volumens an Atemgas in einem Inspirationszyklus ermöglicht.This enables the piston stroke and thus the volume of breathing gas to be set in an inspiration cycle in a simple manner.
Die Antriebswelle selbst ist bevorzugt motorisch antreibbar, insbesondere mithilfe eines Elektromotors.The drive shaft itself can preferably be driven by a motor, in particular with the aid of an electric motor.
Denkbar ist aber auch ein handbetätigter Antrieb der Antriebswelle, beispielsweise über eine Handkurbel, was insbesondere auch einen stromlosen Betrieb des Beatmungsgerätes ermöglicht.However, a manually operated drive of the drive shaft is also conceivable, for example via a hand crank, which in particular also enables the ventilator to be operated without current.
Auch durch Variieren der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle ist eine Variation der Betätigungsdauer der Ventile und damit der Atemfrequenz in einfacher Weise ermöglicht.By varying the speed of rotation of the drive shaft, it is also possible to vary the duration of the actuation of the valves and thus the respiratory rate in a simple manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist an der Zuführöffnung für das einzuatmende Atemgas ein Anschluss zur Zuführung von Sauerstoff vorgesehen. Dadurch ist ermöglicht, dass als Atemgas sowohl Umgebungsluft als auch ein Luft-Sauerstoff-Gemisch oder gegebenenfalls auch reiner Sauerstoff einsetzbar ist.According to a further advantageous embodiment variant of the invention, a connection for the supply of oxygen is provided on the supply opening for the breathing gas to be inhaled. This enables both ambient air and an air-oxygen mixture or possibly also pure oxygen to be used as breathing gas.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes, -
2 eine Seitenansicht des Beatmungsgerätes gemäß1 , -
3 eine schematische Darstellung eines Beatmungsgerätes während eines Inspirationsvorgangs, -
4 die schematische Darstellung des Beatmungsgerätes aus1 in einer Exspirationsphase, -
5 eine Einzeldarstellung einer ersten Steuerscheibe, -
6 eine Einzeldarstellung einer zweiten Steuerscheibe.
-
1 a schematic top view of an embodiment variant of a ventilator according to the invention, -
2 a side view of the ventilator according to FIG1 , -
3 a schematic representation of a ventilator during an inspiration process, -
4th the schematic representation of theventilator 1 in an expiratory phase, -
5 an individual representation of a first control disk, -
6th an individual representation of a second control disk.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Beatmungsgerätes, Hubkolbenverdichters, Kolbens, der Inspirationsleitung, Exspirationsleitung, des Inspirationsventils, Exspirationsventils, der Antriebswelle, Steuerscheibe und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as above, below, left, right, front, rear, etc. relate exclusively to those in the Exemplary representation and position of the ventilator, reciprocating compressor, piston, inspiration line, expiration line, inspiration valve, expiration valve, drive shaft, control disk and the like selected in the respective figures. These terms are not to be understood as restrictive, ie these references may change as a result of different working positions or the mirror-symmetrical design or the like.
In den
Ein solcher Hubkolbenverdichter
Als Atemgas kann dabei Außenluft eingesetzt werden. Denkbar ist aber auch, an dem mit Rückschlagventil versehenen Einlass einen Anschluss zur Zuführung wenigstens eines Gases oder Gasgemisches, insbesondere vom Sauerstoff vorzusehen, um dem Patienten beispielsweise zusätzlich oder ausschließlich Sauerstoff zuzuführen.Outside air can be used as breathing gas. However, it is also conceivable to provide a connection at the inlet provided with a check valve for supplying at least one gas or gas mixture, in particular oxygen, in order, for example, to supply the patient additionally or exclusively with oxygen.
Der Behälter
Dabei ist das andere Ende der Druckleitung
Denkbar ist auch, das Inspirationsventil
Das Zu- und Abführungsstück
Zwischen einem Auslass
Die Inspirationsleitung
Das Zu- und Abführungsstück
Sowohl das Zu- und Abführungsstück
Denkbar ist aber auch eine Variante des Beatmungsgerätes
An dieses Zu- und Abführungsstück
Das Exspirationsventil
Der Kolben
Die Kupplung ist dabei derart gestaltet, dass die Rotationsbewegung der Antriebswelle
Die Menge des in die Druckleitung
Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante ist, wie in
Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante ist die Kolbenstange
Das bevorzugte Atemgas-Fördervolumen beträgt zwischen 350ml und 800ml.The preferred breathing gas delivery volume is between 350ml and 800ml.
Die oben genannten Leitungsverbindungen der genannten Bauteile durch die Druckleitung
Ist das Inspirationsventil
Ist das Exspirationsventil
Dementsprechend ist bei einem Inspirationsvorgang das Inspirationsventil
Zur exakten Steuerung des Inspirationsventils
Die Antriebswelle
Beispielhafte Ausführungsvarianten solcher Steuerscheiben
Beide Steuerscheiben
Denkbar ist auch, die Steuerscheiben
Beispielsweise führt ein später eingeleitetes Öffnen des Inspirationsventils
Des Weiteren weisen die Steuerscheiben
Anstelle solcher Erhöhungen
Nach einer weiteren (hier nicht dargestellten) Ausführungsvariante sind an wenigstens eine der Steuerscheiben
Denkbar ist dabei, ein vorgefertigtes Set von Steuerelementen als Teil des Beatmungsgerätes vorzuhalten.It is conceivable to keep a prefabricated set of control elements as part of the ventilator.
Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante weist das Inspirationsventil
Die Erhöhung
Bei diesem Drehwinkel erfolgt gleichzeitig eine Bewegung des Kolbens
Die Erhöhung
Während des Inspirationsvorgangs ist, wie in
Ist der Inspirationsvorgang abgeschlossen, ist das Inspirationsventil
Beim anschließenden Exspirationsvorgang wird das Exspirationsventil
Denkbar ist auch, das Inspirationsventil
Das Inspirationsventil
Wie in
Die jeweiligen Steuerscheiben
Die Ankopplung der jeweiligen Steuerscheiben
Denkbar sind dabei die Ausformung der Steuerscheiben
Eine bevorzugt eingestellte Atemfrequenz beträgt zwischen 10 und 30 Inspirations- und Exspirationsvorgänge pro Minute.A preferably set breathing rate is between 10 and 30 inspiration and expiration processes per minute.
Wie in den
Damit wird verhindert, dass das Atemgas mit zu großem Druck in die Atemwege des Patienten eingedrückt wird. Das Überdruckventil
Um zu verhindern, dass beim Exhalieren ein vorbestimmter Mindestdruck nicht unterschritten wird, ist das Exspirationsventil
Das Mindestdruckventil
Zur einfachen Überprüfung des anliegenden Druckes des Atemgases ist an der Inspirationsleitung
Bei einer Ausführungsvariante, bei der die Inspirationsleitung
Bei einer alternativen Ausführungsvariante, bei der die Inspirationsleitung
Die Antriebswelle
Denkbar ist auch, die Antriebswelle
Auch durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle
Das Inspirationsventil
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- BeatmungsgerätVentilator
- 22
- Motorengine
- 33
- Antriebswelle drive shaft
- 44th
- HubkolbenverdichterReciprocating compressors
- 4141
- Behältercontainer
- 4242
- KolbenPistons
- 4343
- Rückschlagventilcheck valve
- 4444
- AuslassOutlet
- 4545
- Kolbenstange Piston rod
- 55
- Zu- und AbführungsstückInlet and outlet piece
- 66th
- InspirationsleitungInspirational line
- 77th
- Exspirationsleitung Expiratory line
- 88th
- ExzenterscheibeEccentric disc
- 8181
- Scheibedisc
- 8282
- VerstellnutAdjustment groove
- 8383
- Kolbenanbindung Piston connection
- 99
- InspirationsventilInspiratory valve
- 9191
- Einlassinlet
- 9292
- StößelPlunger
- 9393
- Auslass Outlet
- 1010
- ExspirationsventilExpiratory valve
- 101101
- Einlassinlet
- 102102
- Stößel Plunger
- 1111
- SteuerscheibeControl disk
- 111111
- Erhöhungincrease
- 112112
- Wellenaufnahme Wave recording
- 1212th
- SteuerscheibeControl disk
- 121121
- Erhöhungincrease
- 122122
- WellenaufnahmeWave recording
- 1313th
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 1414th
- MindestdruckventilMinimum pressure valve
- 1515th
- MontagebodenAssembly floor
- 1616
- Manometermanometer
- 1717th
- RangiergehäuseJumper housing
- 1818th
- Druckleitung Pressure line
- KK
- KompressionsrichtungDirection of compression
- DD.
- DekompressionsrichtungDecompression direction
Claims (21)
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---|---|---|---|
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
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EP3246062B1 (en) | 2016-05-20 | 2020-11-25 | Chang Gung Memorial Hospital, Linkou | Ventilation apparatus |
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2020
- 2020-04-30 DE DE202020102459.0U patent/DE202020102459U1/en not_active Expired - Lifetime
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