DE2550734A1

DE2550734A1 - Druckmittelbetaetigter schwingungserzeuger

Info

Publication number: DE2550734A1
Application number: DE19752550734
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Richard Bennett; Norman Stewart Jones
Original assignee: Pneupac Ltd
Current assignee: Pneupac Ltd
Priority date: 1974-11-26
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1976-06-10
Also published as: GB1533548A; JPS5188896A

Description

PNEUPAC LIMITED, 18 St. George Street, London, W1 ORL, Großbritannien

Druckmittelbetätigter Schwingungserzeuger

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Schwingungserzeuger. Genauer gesagt, handelt es sich um einen mit unter Druck stehendem Fließmittel betätigten Schwingungserzeuger insbesondere solcher Art, daß er mit unter Druck stehendem Atemgas, also beispielsxveise mit Luft oder Sauerstoff (oder einer anästhetischen Gasmischung) in einer Lungenbeatmungsvorrichtung betrieben werden kann.

Ein typischer pneumatischer Schwingungserzeuger für eine

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-ι.

Lungenbeatmungsvorrichtung weist ein Relaisventil auf, welches zwei Steuereinlässe hat und ein Fünfwegventil ist. Die Steuereinlässe oder, genauer gesagt, die Ventilzapfen des Ventiles werden durch 'Taktgeberventile gespeist, die gegen den Steuerdruck federbelastet sind, der von den entsprechenden Auslassen des ]?ünf weg ventiles abgeleitet wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn das Fünfwegventil sich in einer Hub-Endposition bsfindet, eine Druckquelle mit einem der beiden Auslässe verbunden wird. Dieser Auslaß gibt Steuerdruck auf ein Taktgeberventil, das, wenn es seine Stellung gewechselt hat und durchlässig geworden ist, und zwar infolge des Steuerdruckes, seinerseits Steuerdruck abgibt, wodurch der Ventilkörper des Fünfwegventiles in die andere Hubendposition gebracht wird. Bei einem Schwingungserzeuger dieser Art geht das Fünfwegventil von einer Stellung in die andere in aufeinanderfolgenden Intervallen hin und her, wobei die Intervalldauer durch die Einstellung der beiden Taktgeberventile bestimmt ist.

Derartige Oszillatoren bekannter Art, wie sie in Lungenbeatmungsmaschinen zur Erzeugung von Impulsen eines atembaren Gases verwendet werden, haben im Betrieb bestimmte Nachteile. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß bisher Fünfwegventile mit symmetrischer Anordnung verwendet worden sind, bei denen die Möglichkeit besteht, das das Ventil unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise als Resultat eines Versagens der Druckquelle, in einer Mittelhubstellung zur Ruhe kommt: Im Falle eines symmetrischen Ventiles, welches die übliche Konfiguration mit zentralgeschlossener Zuführung und

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zentralgeschlossenem Ablaß aufweist - wobei also die Auslässe sowohl von dem zentralen Druckmittelzuführdurchlaß als auch von den Abblas-Durchlässen abgesperrt sind, wenn der Ventilkörper sich in der Mittelstellung befindet — kann der Schwingungserzeuger anschließend nicht automatisch starten, weil, als Resultat der zentralgeschlossenen Zuführkonfiguration, an keinem Auslaß ein Druck verfügbar ist, der ein Taktgeberventil betätigen und damit einen Steuerimpuls erzeugen könnte, durch den der Ventilkörper des Fünfwegventiles aus seiner Mittelstellung gebracht würde.

Man könnte nun denken, dieses Problem ließe sich dadurch vermeiden, daß ein Fünfwegventil verwendet würde, welches eine zentraloffene Zuführkonfiguration (zentralgeschlossene Abblaskonfiguration) aufweist - wobei also beide Auslässe mit dem zentralen Druckmittel-Zuführdurchlaß (aber nicht mit den Ablassen) in der Hubmittelstellung verbunden sind, da hierdurch dann jedem der Taktgeber bei einer Wiederherstellung der Druckmittelversorgung im Anschluß an ein Stehenbleiben in Hubmittelstellung ein Steuerimpuls zugeführt würde. Bei exakter Hubmittelstellung würde jedoch ein Ventil dieser Konfiguration gleiche Steuerdrücke auf die beiden Taktgeberventile aufgeben. Wenn diese sich dann also in einer nicht-durchlässigen Stellung befinden und identische Ansprache aufweisen, so lassen beide gleichzeitig Versorgungsdruck auf die jeweiligen Steueranschlüsse des Fünfwegventiles durch. Insgesamt würde sich also kein Hettodruck auf den Ventilkörper des Fünfwegventiles ergeben, durch den dieser aus der Hubmittelstellung bewegt werden könnte, woraufhin

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dann die Schwingungserzeugung weitergehen könnte. Andererseits könnte auch das Fünfwegventil in Hubmittelstellung stehenbleiben zu einem Zeitpunkt, zu dem beide Taktgeberventile in der durchlässigen Stellung festgehalten wurden. Dieses Festhalten während des Ausfalls der Druckmittelversorgung würde erfolgen, da das Fünfwegventil bei dem betrachteten Fall ja einen zentralgeschlossenen Ablaß hat. Auch in diesem Fall würde bei einer Wiederherstellung der Druckmittelversorgung die Schwingungserzeugung nicht von selbst beginnen, weil nämlich der "Versorgungsdruck gleichzeitig auf die Steuerleitungen des Fünfwegventiles aufgegeben würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserzeuger der genannten Art zu schaffen, der auch bei einem Ausfall der Druckmittelversorgung unter allen Umständen automatisch wieder anspringt, wenn die Druckmxttelversorgung wiederhergestellt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein unsymmetrisch gesteuertes Fünfwegventil mit zentraloffener Zuführung; und an die Auslässe des Fünfwegventiles angeschlossene federbelastete Taktgeberventile zum Steuern der Beaufschlagung der Steuereinlässe des Fünfwegventiles mit Steuerdruck derart, daß das Fünfwegventil in durch die Taktgeberventile bestimmten Intervallen aufeinanderfolgend seine Stellungen wechselt.

Ein assymmetrisch gesteuertes Ventil ist ein solches, bei dem gleiche, auf die Steuerleitungen (also Steu-

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ereinlässe oder Ventilzapfen) aufgegebene Drücke in einem IJettodruck auf den Ventilkörper resultieren, durch den dieser in eine Hub-Endposition getrieben wird. Eine asymmetrische Steuerung kann durch Unterschiede in den Abmessungen der Ventilkörperflächen, die den jeweiligen Steuererlassen zugeordnet sind, oder durch Federunterstützung eines Steuereinlasses bewirkt werden, wobei die erstgenannte Anordnung die vorteilhafteste ist.

Indem eine Konfiguration mit zentraloffener Zuführung für das Fünfwegventil im erfindungsgemäßen Schwingungserzeuger verwendet wird, liegt dann, wenn bei einem Zusammenbrechen der Druckmittelversorgung der Ventilkörper des Ventiles in der Hubmittelposition stehenbleibt, an beiden Taktgeberventilen Druck zur Verfügung ist, wenn ein erneutes Starten versucht wird. Sollten aber die 'Taktgeberventile gleichzeitig durchlässig werden, so liegt trotzdem eine Nettokraft auf den Ventilkörper vor, durch welchen dieser in eine Hubendposition gebracht wird, woraufhin dann die normale Schwingungserzeugung wieder beginnen kann.

Ein v/eiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers liegt darin, daß, wenn.der Schwingungserzeuger wegen eines Ausfalls der Druckmittelversorgung anhält, wie es beispielsweise in Lungenbeatmungsvorrichtungen vorkommen kann, bei denen der Schwingungserzeuger mit unter Druck stehendem Atemgas aus einer Flasche oder dergleichen versorgt wird, die asymmetrische Steuerung des Fünfwegventiles sicherstellt, daß letzteres in einer Hubendstellung anhält. Je nach

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den "betrieblichen Erfordernissen kann dies entweder die "An"- oder die "Aus"-Stellung der Maschine sein.

Insgesamt handelt es sich bei der Erfindung um einen druckmittelbetätigten Oszillator zum Erzeugen aufeinanderfolgender Fließmittelimpulse, insbesondere von Impulsen eines atembaren Gases. Der Oszillator ist insbesondere zur Lungenbeatmung verwendbar und v/eist ein unsymmetrisch gesteuertes Fünfwegventil auf, welches eine zentraloffene Zufülirkonfiguration hat. Federbelastete Taktgeberventile sind so angeschlossen, daß sie das Fünfwegventil steuern und dessen Schwingungserzeugung bewirken. Durch die erfindungsgemäße unsymmetrische Steuerung des Fünfwegventiles wird vermieden, daß ein Zur-Ruhe-Kommen des Fünfwegventiles in einer Hubmittelstellung ein nachfolgendes Wiederanspringen unmöglich macht, wie dies bei bekannten Schwingungserzeugern vorkommen kann, bei denen herkömmliche, symmetrisch gesteuerte Fünfwegventile Verwendung finden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein verläßliches Wiederanspringen gewährleistet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist.

Die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung zeigt ein charakteristisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, weist der Schwingungs-

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erzeuger, mit den üblichen Symbolen bezeichnet, ein Fünfwegventil A sowie Taktgeberventile B und C auf.

Das Minfwegventil A ist, wie symbolisch dargestellt, unsymmetrisch gesteuert, \iobei ein Steuereinlaß, P^,, einen größeren Wirkungsquerschnitt hat als der andere Steuereinlaß p₂· Die Konstruktion könnte aber auch so sein, daß die Steuereinlässe ρ,,, Ρ2 gleiche Wirkungsquerschnitte haben, wobei eine Feder oder eine andere vorspannende Einrichtung den Steuereinlaß p„ unterstützt.

Das Fünfwegventil A hat eine zentralgeschlossene Zuführkonfiguration, wobei also ein zentraler Zuführeinlaß 1 mit beiden Durchlässen 2, 3 verbunden ist, wenn der Ventilkörper des Ventiles sich in seiner Hubmittelposition befindet: D_as Ventil weist jedoch eine zentralgeschlossene Abblaskonfiguration auf, wobei also keiner der Ablässe 4, 5 mit irgendeinem anderen Durchlaß des Ventiles verbunden ist, wenn der Ventilkörper sich in der Hubmittelstellung befindet. Wie symbolisch angedeutet, verschiebt das Aufgeben eines Steuerdruckes auf den Steuereinlaß P^, den Ventilkörper des Ventiles in die Hubendstellung, wobei die gestrichelt gezeigten Verbindungen zwischen den Durchlässen hergestellt v/erden. Dabei wird also der Zuführeinlaß 1 mit dem Auslaß 2 und der Auslaß mit dem Ablaß 4- verbunden. Demgegenüber werden beim Aufgeben eines Steuerdruckes auf den Steuereinlaß p₂ die in ausgezogenen Linien gezeichneten Verbindungen zwischen den Durchlässen hergestellt, wobei also der Zuführeinlaß 1 mit dem Auslaß 3 und der Auslaß

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mit dem Ablaß 5 verbunden ist. Da die Steuereinlässe p. , Pp in der oben "beschriebenen Weise unsymmetrisch, sind, bewirkt das Aufgeben eines Steuerdruckes auf beide Steuereinlässe, daß in dem Ventil die (gestrichelt gezeichneten) Verbindungen entstehen, die normalerweise durch das Aufgeben des Steuerdruckes auf den SteueieLnlaß p^ hervorgerufen werden.

Die Taktgeberventile B, C sind von herkömmlicher Bauart. Es handelt sich dabei um Dreiwegventile mit federbelasteten Ventilkörpern, in deren Buheposition die in ausgezeichneten Linien gezeigten Verbindungen hergestellt sind, wobei also der Durchlaß 1 mit dem Durchlaß 2 verbunden ist. Die Ventile B und G weisen Steuereinlässe auf, die über einstellbare Drosseln beaufschlagbar sind, so daß nach einem Intervall im Anschluß an das Aufgeben von Druck auf die zugehörige Drossel ein hinreichender Druck aufgebaut wird, um die Federbelastung des Ventilkörpers zu überwinden, wodurch dann die gestrichelt gezeigte Verbindung, also Durchlaß 1 mit Durchlaß 3 verbunden, hergestellt wird.

Bei der gezeigten Schwingungserzeugerschaltung ist der Durchlaß 2 jedes Taktgeberventiles mit einer Druckquelle verbunden, welche in vorteilhafter Weise die Druckquelle Sfür den Einlaß 1 des Ventiles A ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Quelle für ein unter Druck stehendes atembares Gas handeln, wie beispielsweise Luft oder Sauerstoff oder ein anästhetisches Gasgemisch, in dem Fall nämlich, daß der Schwingungserzeuger bei einer Lungenbeatmungsvor-

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richtung verwendet wird. Der Durchlaß 3 jedes Taktventiles ist mit einem Ablaß verbunden, während die Durchlässe 1 der Ventile B und G mit den Steuereinlässen Pp bzw. p^, des Ventiles A verbunden sind.

Der Auslaß 2 des Ventiles A ist mit der Steuerleitung des Taktgeberventiles G verbunden, während der Auslaß des Ventiles A sowohl mit der Steuerleitung des Taktgeberventiles B als auch mit einer Impulsausgangsleitung O verbunden ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß dann, wenn bei S kein Versorgungsdruck anliegt, die Taktgeberventile B und G normalerweise ihre Ruheposition einnehmen. Dabei werden beide Steuereinlässe p^, P₂ des Ventiles A mit dem Ablaß verbunden. Nimmt man aber an, daß das Ventil A in einer Stellung angehalten hat, in der der Ventilkörper sich in irgendeiner anderen Position befindet als der Hubmittelstellung, so resultiert das Aufgeben eines Druckes bei S darin, daß unter Druck stehendes Fließmittel über den einen oder den anderen der Auslässe 2, 3 des Ventiles A (je nach der Ventilkörperstellung) zur Steuerleitung des zugeordneten Taktgeberventils G oder B fließt: Nach einem Intervall, welches durch die Einstellung der Drossel des Taktgeberventiles bestimmt ist, wird das betreffende Taktgeberventil durchlässig und gibt Versorgungsdruck über seinen Durchlaß 1 auf den Steureinlaß p> oder P₂, de nach dem, des Ventiles A auf. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß hieraus eine Bewegung des Ventilkörpers des Ventiles A in die entgegenge-

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setzte Hubendposition resultiert, wodurch die Verbindung der Versorgungsquelle mit demjenigen Auslaß 3 oder 2 hergestellt wird, der vorher in Ablaßstellung (über den Ablaß 4 oder 5) geschaltet war, und umgekehrt. Das durchlässig gewordene Taktgeberventil kehrt dann in seine Ruhestellung zurück, während das vorher in Ruhestellung befindliche Taktgeberventil nach einem Intervall, welches durch die Einstellung seiner Drossel bestimmt ist, durchlässig wird. Hierdurch wird Druck auf den anderen Steuereinlaß, Pp oder p^. / des Ventiles A gegeben, wodurch das Ventil A wieder umspringt.

Hieraus folgt, daß, solange Versorgungsdruck bei S aufgegeben wird, das Ventil A in Intervallen, die durch die Einstellung der Drosseln der Taktgeberventile B und C bestimmt sind, hin-und hergeht oder umspringt.

Wenn das Ventil A sich bei der gezeigten Anordnung in einem Zustand befindet, der auf das Durchlässigwerden des Taktgeberventiles B und das Aufgeben von Druck auf die Steuerleitung Pp des Ventiles A zurückgeht, so wird die Druckmittelquelle S mit der Impulsausgangsleitung O verbunden. Diese verläuft bei einer Lungenbeatmungsmaschine üblicherweise zu einem Patientenventil (nicht gezeigt) der Bauart, wie sie in der Patentanmeldung P 25 22 578.9 beschrieben ist, und zwar vorzugsweise durch eine Drossel D.

Wie bereits ausgeführt, hat die Asymmetrie der Steuerung des Ventiles A die Tendenz, zu verhindern, daß das Ventil in einer Stellung zur Ruhe kommt, in

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der sein Ventilkörper sich in einer Mittelstellung befindet. Normalerweise kommt das Ventil also in einer Stellung zur Ruhe, in der der Durchlaß 3 (und damit die Impulsausgangsleitung O) mit dem Ablaß 4- verbunden ist, wodurch eine unerwünschte Strömung in der Leitung O verhindert wird, wenn der Schwingungserzeuger nicht normal arbeitet. Sollte das Ventil A jedoch in einer Position zur Ruhe kommen, in welcher sich der Ventilkörper in der Mittelstellung befindet - und sollten beide Taktgeberventile B und C in ihrer durchlässigen Stellung blockiert werden, infolge der zentralgeschlossenen Abblaskonfiguration des Ventiles A-, so kann die Wiederherstellung des noramlen Versorgungsdruckes bei S sofort oder nach einer Verzögerung bewirken, daß auf beide Steuereinlässe p^ und P2 Druck aufgegeben wird: In diesem Fall stellt die Asymmetrie der Anordnung sicher, daß der Ventilkörper des Ventiles A in die Hubendposition verschoben wird, die den gestrichelt gezeichneten Verbindungen zwischen den Durchlässen entspricht, wodurch es ermöglicht wird, daß eine normale Schwingungserzeugung erneut beginnt.

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Claims

BOEI IiMERl1 & SOLHMERT P 373 ANSPRÜCHE

1. Druckmittelbetätigter Schwingungserzeuger, gekennzeichnet durch ein unsymmetrisch gesteuertes Minfwegventil (A) mit zentraloffener Zuführung; und an die Auslässe (2, 3) des Fünfwegventiles (A) angeschlossene federbelastete Taktgeberventile (C, B) zum Steuern der Beaufschlagung der Steuereinlässe (p^,, p~) des Fünfwegventiles mit Steuerdruck derart, daß das Minfwegventil in durch die Taktgeberventile bestimmten Intervallen aufeinanderfolgend seine Stellungen wechselt.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuereinlaß (p^.) des Fünfwegventiles (A) einen größeren wirksamen Querschnitt hat als der andere.