DE2750912A1 - Ventil zum durchlassen von stroemenden gasen nur in einer stroemungsrichtung - Google Patents

Description

11. November 1977 H 504 S/m

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Birrst.idter Hohe 15 ■ Postfach 12068 · Telefon (0 61 21) 56 53 82 Postscheck Frankfurt Main 1810 OP - M)2 · Bank Deutsche Bank 395 63 72 ■ Nass. Sparkasse 108 00 30 65

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Dr. med. Karl Bisa Am Wilzenberg 32 59^9 Grafschaft

Ventil zum Durchlassen von strömenden Gasen nur in einer Strömungsrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum Durchlassen von strömenden Gasen nur in einer Strömungsrichtung mit einea Einsatz und sich stirnseitig an diesen anlegender Ventilklappe.

In der medizinischen Technik, z.B. zur Untersuchung der Atemraechanik oder Atemschutzgeräten, werden Ventile eingesetzt, die eine Unterteilung der Atemphase oder Richtung von Atemstrecken durch Verschluß entweder mechanisch oder auch elektromagnetisch bewerkstelligen.

Diese im Atemstrom gelegenen Ventile müssen aus hygienischen Gründen sterilisiert werden. Die bisher bekannten, zu diesem Zweck eingesetzten Ventile sind besonders störanfällig, nicht zuletzt wegen ihres mechanisch komplizierten Aufbaues und der oftmaligen Sterilisationsvorgänge, denen sie unterworfen werden müssen. Deshalb sind diese bekannten Ventile

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nur zeitlich bedingt verwendbar, d.h. oft auszuwechseln, wodurch bei hochwertigen Geräten wesentliche Unterhaltungskosten entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil mit möglichst unkompliziertem Aufbau zu schaffen, das als Einwegbauteil leicht austauschbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Einsatz mit einer Mehrzahl von parallelen axialen Durchlässen ausgebildet ist und aus Material mit elektrosta-J1O tischen Eigenschaften, vorzugsweise Kunststoff, besteht, j während die Ventilklappe eine an der einen Stirnseite des

: Ventileinsatzes im wesentlichen zentrisch angebrachte, dün-

! ne Membran ebenfalls aus Material mit elektrostatischen

j Eigenschaften ist. Ein solches Ventil läßt sich billig und

j 15 leicht austauschbar herstellen, so daß es praktisch für

Einmalgebrauch anwendbar ist und noch immer weniger Kosten entstehen läßt, als ein bisheriges, den Sterilisationsvorgängen zu unterwerfendes Ventil.

In besonders vorteilhafter Ausführung der Erfindung besteht die Membran aus Material mit elektrostatischen Eigenschaften entgegengesetzter Polarität wie das Material des Ventileinsatzes. Dadurch ziehen sich der Ventileinsatz und die Membran gegenseitig durch elektrostatische Kräfte an um

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das Ventil zu schlii-5en. wenn kein Atemgasstrom in der j

einen vorgesenenen Richtung fließt. Durch die Dicke der Mem-j bran und die elektrostatischen Eigenschaften, d.h. die i

Stärke der Anziehungskräfte, läßt sich das Ventil typen- > mäßig modifizieren hinsichtlich seines Verschlußdruckes bzw.j

des zum Öffnen des Ventil es erforderlichen Atemgasdruckes, j

ι Der Ventileinsatz kann elf siebartige Platte mit einer ! Vielzahl von axial an Durerlässen ausgebildet sein, in deren ι

j mittleren Bereich einer Stirnseite die sämtliche Durchlässe j

1C abdeckende Membran angebrannt ist. \

In einer bevorzugten Aus^earaitung der Erfindung ist je- j

doch die axiale Läni;e dss Ventileinsatzes und damit die ;

Länge seiner Y,:rcn2 ^!j:<kanal-: größe- als die Querdimension i

i oeispielsweise der :^%\irc^^r"ezs^r der Durchlaßkanäle und hat j

¹^ oeispielsweise den IY.a:■•''ic ^n Wert dieser Querdimension. j Durch diese /*u;-bi Y, ;.na; von : urchlaßkanälen größerer Länge | ■ils Quardimersj ^n ν:··ί .·?'η· -'iichtwirkung in dem Gasstrom er--

• νΐ,Ύ, so daP; ::.icr. . :u:v:::t>%:'■■■ dieser Kanäle eine laminare

Ttrading ein^t-:··.;! ■ ■.:<:::■,■■ -F.'vontwirkung und laminare Stro- ; 2G Ί,ια,~ fr.Letet not. Vr^. ^. YY ch.~- der Strömungswiderstand des
Ventileinsatzes so klein wie möglich gehalten wird und
außerdem auch die durch den Ventileinsatz strömende Gasströmung keine nachteilige Wirkung auf das Schließverhalten der Membran ausübt.

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Der Ventileinsatz kann unter Ausbildung seiner Durchlaßkanäle stranggespritzt und in der jeweils gewünschten axialen Länge zugeschnitten sein.

Es ist auch möglich, den Ventilkörper aus zwei oder mehr mit gleicher Querschnittsform stranggespritzten Teilen aus Materialien verschiedener elektrostatischer Eigenschaften zusammenzusetzen. Dadurch wird erreicht, daß der Ventilkörper an seiner einen Stirnseite stets eine elektrostatische Ladung aufweisen wird. Eine andere Möglichkeit zur j 10 Erzeugung eines Ventilkörpers mit permanenter elektrischer Ladung an den Stirnseiten besteht darin, den Ventilkörper oder die den Ventilkörper bildenden Teile als Elektret im Einfluß eines elektrischen Hochspannungsfeldes strangzuspritzen.

Die Querschnittsform der Durchlässe im Ventilkörper kann verschieden sein, beispielsweise kreisförmig, rechteckig, quadratisch, sechseckig u. dgl.. Besonders vorteilhaft ist es, die Durchlässe des Ventilkörpers mit sechseckigem Querschnitt auszubilden und waibenartig anzuordnen. Die Membran kann durch Anschweißen,d.h. Punktschweißen, durch Niet oder Schraube im Mittelbereich der einen Stirnseite des Ventileinsatzes angebracht sein.

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Zur Entwicklung günstiger elektrostatischer Verhältnisse

: kommen die verschiedensten Materlaikombinationen in Be-

I tracht, beispielsweise kann der Ventileinsatz aus Polystyrol

j oder Polyvinylchlorid und die Membran aus Polyolefin, ins-

j 5 besondere Polyäthylen bestehen. Es kommen jedoch auch an-

I dere Möglichkeiten in Betracht, beispielsweise Membranen

j aus Kautschuk.

j Einige Ausführungsführungsbe!spiele der Erfindung werden j im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es ! 10 zej gen:

j Fig. 1 einen Leitungsabschnitt, beispielsweise an einem

! Beatmungsgerät mit eingesetztem Rückschlagventil

I im Schnitt;

j Fig, 2 eine Ausführungsforra des Rückschlagventils, teil-

I15 weise in Seitenansicht, teilweise axial ge-

j schnitten;

I Fig. 3 eine abgewandelte Ausfuhrungsform des Rückschlagventils in entsprechender Darstellung wie Fig. 2; Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Rückschlag-20 ventils in entsprechender Darstellung wie Fig. 2;

Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des

Rückschlagventils in entsprechender Darstellung wie Fig. 2;

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Fig. 6 eines der Rückschlagventile nach Fig. 2 bis 5, in Draufsicht auf seine mit Folie besetzte Stirnfläche;

Fig. 7 eine Abwandlung in entsprechender Draufsicht wie Fig. 6 und

Fig. 8 eine weitere Abwandlung entsprechend der Draufsicht nach Fig. 6.

Wie Fig. 1 zeigt, handelt es sich bei dem elektrostatisch wirkenden Rückschlagventil 11 um ein in eine Rohrleitung oder Schlauchleitung, beispielsweise eines Beatmungsgerätes, leicht einsetzbares und austauschbares Element, bevorzugt für Einmalgebrauch. Im Beispiel der Fig. 1 hat die Rohrleitung oder Schlauchleitung einen geräteseitigen Abschnitt 12, über den ein patientenseitiger Abschnitt 13 mit einer Uberschraubmuffe 14 greift. In den geräteseitigen Leitungsabschnitt 12 ist das Rückschlagventil 11 stirnseitig eingesetzt derart, daß es sich mit einem Umfangsflansch 15 gegen die stirnseitige Kante des geräteseitigen Leitungsabschnittee 12 abstutzt und seine als Verschlußelement dienende Membran 16 auf der dem patientenseitigen Leitungsabschnitt 13 zugewandten Seite angeordnet ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 hat das Rückschlagventil 11 einen Einsatzkörper 21 in Form einer relativ dicken Scheibe mit dem Querschnittsprofil des geräteseitigen

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Leitungsäxchnittes 12 angepaßtem Außenquerschnitt und ■ einer Vielzahl axialer Durchlässe 22. Die axialen Durch-

lasse 22 können - wie die Figuren 6 bis 8 zeigen quadratischen, sechseckigen, runden oder auch sonstigen ;- geeigneten Querschnitt haben. Die Querdimension 23 der Durchlässe 22 beträgt in diesem Beispiel etwa ein Fünftel der Dicke 24 des Einsatzes 21 und damit der axialen Länge der Durchlasse 22. Diese Querdimension 23 kann bei der in Fig. 6 gezeigten quadratischen Quer- '. ^Λι schnittsform der Durchlässe 22 durch die Diagonale des ! Querschnittquadrates sein. Im Beispiel der Fig. 7 kann j die größte Querabmessung des Sechsecksquerschnitte als ι Querdimension 22 angenommen werden, während im Beispiel

der Fig. 8 der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts ¹ die Querdimension 2} bilde·,. Durch die Ausbildung der

Durchlässe 22 mix, fünfi'acner Länge ?U zur Querdimension ; 2 3 wird die Ausbildung iasinarer Strömung durch di· Durch- ! lasse 22 gewähr!easzcz a&er andererseits die Länge der I Durchlässe 22 bzw, die Dicxe des Einsatzes 21 so kurz wi« \2< möglich gehalten, Bp.1 in der Praxis einzusetzenden Ventilt ^? lisrj-; die Querdj.rr.en5.2n £;'■ ;:.wischer; "> mm und 10 mm liegen, entsprechend ist die Dicke c* des Einsatzes 21 zwischen 5 mm und 50 mm zu bemessen. Naturgemäß können auch andere Abmessungen für einen oder anderen Anwendungsfall in 25 Betracht kommen.

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■ Der Flansch 15 ist im Beispiel der Fig. 2 ein Kunststoff-

j ring, der an der die Membran 16 tragenden Stirnseite auf

den Umfang des Einsatzes 21 geklebt ist. Dadurch kann der

j eigentliche Einsatzkörper 21 durch Strangpressen und ent-

! 5 sprechendes Unterteilen des gepreßten Stranges billig

hergestellt werden. Bevorzugt besteht der Einsatzkörper 21 aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise Polystyrol. An der einen Stirnseite, im dargestellten Bei-

spiel der mit Flansch 15 versehenen Stirnseite des Ein-J10 satzes 21 ist eine,die Stirnfläche überdeckende Membran i

angebracht. Diese Membran 16 ist gut flexibel und kann beispielsweise aus weich eingestelltem Polyäthylen bestehen. In ihrem mittleren Bereich ist sie bei 25 an die Stirnfläche des Einsatzes 21 angeklebt und mit einem mit Kopf ausgebildeten Kunststoffstift 26 gesichert. Zum Anbringen des Kunststoffstiftes ist in dem Einsatz 21 ein mittiger Durchlaß 27 eingeformt, in den der Stift 26 eingeklebt ist.

Durch den Materialunterschied (Polystyrol - Polyäthylen) wird von dem Einsatz 21 eine elektrostatische Aufladung an der Membran 16 induziert, so daß die Membran 16 von der Stirnfläche des Einsatzes 21 angezogen und normalerweise ihre im rechten Teil der Fig. 2 gezeigte Schließstellung einnimmt. Nur unter der Wirkung eines geringfügigen Uberdruckes in dem £erätegeiti^en_Lfii.tungsabschnl±t J2_wird

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eine Gasströmung hervorgerufen, wie sie durch den Pfeil bzw. 28 angedeutet ist.

Die elektrostatische Wirkung des Ventils wird noch dadurch verstärkt, daß durch die laminare Gasströmung und deren Reibung an den Umfangsflächen der Durchlässe 22 eine elektrostatische Aufladung an dem Einsatz 21 hervorgerufen wird, die eine entgegengesetzte elektrostatische Aufladung an der Membran 16 induziert. Eine weitere Verstärkungsmöglichkeit der elektrostatischen Wirkung kann erreicht werden, wenn der Einsatz 21 als Elektret ausgebildet wird. Dies läßt sich beim Extrudieren eines Stranges mit entsprechendem Querschnitt in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man den Einsatz 21 aus solchem Kunststoff herstellt, dessen Moleküle Dipoleigenschaften aufweisen und daß man den Strang (beispielsweise vertikal von oben nach unten) in ein elektrisches Hochspannungsfeld hineinextrudiert und innerhalb dieses Hochspannungsfeldee sich weitgehend verfestigen läßt. In dem heißen Extrudat werden die Dipolmoleküle entsprechend dem herrschenden elektrisehen Hochspannungsfeld ausgerichtet. Dadurch erhält der Strang bleibende elektrostatische Eigenschaften. Naturgemäß kann man bei einem solchen extrudierten und unterteilten Strang die Orientierung der elektrischen Polarität so wählen, daß sie durch eventuelle Reibungselektrizität

des durch die Durchlässe 22 strömenden Gases noch vr-

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stärkt wird. In jedem Fall wird durch die Polarität des so gebildeten Elektret-Einsatzes 21 eine entsprechende elektrostatische Aufladung entgegensetzter Polarität auf die Membran 16 induziert und dadurch die Membran 16 jederzeit in Schließstellung gezogen. Die Membran 16 bleibt damit nur solange in Öffnungszustand, wie eine Gasströmung durch die Durchlässe 22 des Einsatzes 21 herrscht bzw. im geräteseitigen Leitungsabschnitt 12 ein ausreichend hoher (geringer) Überdruck herrscht.

Im Beispiel der Fig. 3 ist der Einsatz 31 durch eine sehr flache Scheibe aus thermoplastischem Kunststoff gebildet, an deren Außenumfang der Flansch 15 direkt angeformt ist. Die Durchlässe 22 haben dadurch nur geringe axiale Länge, beispielsweise eine axiale Länge, die gleich groß wie die Querdimension ist. Hierdurch wird zwar eine gewisse Turbulenz in der die Durchlässe 22 durchsetzenden Gasströmung in Kauf genommen, jedoch läßt sich der Einsatz besonders billig herstellen, beispielsweise durch Extrudieren und Zerschneiden in flache Scheiben. Die oben erörterte Ausbildung als Elektret kann auch in diesem Beispiel vorgesehen werden.

Im Beispiel der Fig. 4 ist der Einsatz 41 aus zwei Ab schnitten gebildet, die aus verschiedenen Kunststoffen be-

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stehen und im dargestellten Beispiel etwa gleiche axiale Länge aufweisen. Der Abschnitt 42 kann beispielsweise aus Polystyrol bestehen, während der Abschnitt 43 beispielsweise aus Polyvinylchlorid gebildet sein kann. Beide Abschnitte 42 und 43 haben gleiche Querschnittsform und sind so stirnseitig zusammengeklebt, daß die Durchlässe 22 unbehindert frei sind. Durch die Verschiedenartigkeit der für die Abschnitte 42 und 43 benutzten Kunststoffe ergibt sich eine elektrostatische Aufladung, die von der Stirnfläche des Abschnittes 42 auf der Membran 16, beispielsweise aus weich eingestelltem Polyäthylen,eine entsprechende elektrostatische Aufladung entgegengesetzter Polarität hervorruft. Da wahlweise der eine oder der andere Abschnitt 42 bzw. 43 an der Stirnseite die Membran 16 tragen kann ist es möglich, die durch die Verschiedenheit des Materials der Abschnitte 42 und 43 geschaffenen, permanenten elektrostatischen Verhältnisse so einzurichten, daß sie durch die vom Durchströmen der Durchlässe 22 mit Gas hervorgerufene elektrostatische Aufladung noch verstärkt wird.

Es ist auch möglich, denjenigen Abschnitt 42 des Einsatzes 41, der an der freien Stirnseite die Membran 16 trägt, als Elektret auszubilden. Dies hat den Vorteil, daß nur der unmittelbar mit der Membran 16 zusammenwirkende Teil des

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Einsatzes 41 Elektret ist, während der übrige, für die gewünschte axiale Länge der Durchlässe 22 vorgesehene Teil 43 neutral und daher wesentlich billiger hergestellt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit den Einsatz 51 aus einer relativ dünnen stirnseitigen Platte 52 auszubilden, die an der freien Stirnseite die Membran 16 trägt und gleichzeitig auch als Halteflansch 15 ausgebildet ist. Diese dünne Platte 52 kann beispielsweise als Elektret ausge bildet sein. An die der Membran 16 gegenüberliegende Stirnseite der Platte 52 ist ein Abschnitt 53 angeklebt um den in der Platte 52 und dem Abschnitt 53 ausgebildeten : axialen Durchlässen 22 die gewünschte Mindestlänge zu geben, beispielsweise einer gegenüber der Querdimension 23 fünf-

fache Länge 24. \

In allen Ausführungsbeispielen ist das Rückschlagventil billig und einfach als Massenartikel herzustellen. Dadurch kann es für Einmalgebrauch vorgesehen werden.

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Claims (11)

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   )j Ventil zum Durchlassen von strömenden Gasen nur in einer Strömungsrichtung mit einem Einsatz und sich stirnseitig an diesen anlegender Ventilklappe, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (21, 31, 41, 51) mit einer Mehrzahl von parallelen axialen Durchlässen (22) ausgebildet ist und Material mit elektrostatischen Eigenschaften, vorzugsweise Kunststoff, besteht, während die Ventilklappe eine an der einen Stirnseite des Ventileinsatzes ( 21, 31, 41, 51) im wesentlichen zentrisch angebrachte dünne Membran (16) ebenfalls aus Material mit elektrostatischen Eigenschaften ist.
2. 2) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) aus Material mit elektrostatischen Eigenschaften entgegengesetzter Polarität wie das Material des Ventileinsatzes (21, 31, 41, 51) besteht.
3. 3) Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, J daß der Ventileinsatz (31) als siebartige Platte mit ! einer Vielzahl von axialen Durchlässen ausgebildet ist, in deren mittleren Bereich einer Stirnseite die sämtliehe Durchlässe abdeckende Membran angebracht ist.

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   ί
4. 4) Ventil n'ich Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Ventileinsatzes (21, 41, 51)

   und damit die Länge seiner Durchlaßkanäle wesentlich größer als die Querdimension, beispielsweise der Durchmesser, der Durchlaßkanäle ist und beispielsweise den fünffachen Wert dieser Querdimension hat.
5. 5) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventileinsatz (21, 31, 41, 51) unter Ausbildung seiner Durchlaßkanäle (22) stranggespritzt und in gewünschter axialer Länge zugeschnitten ist.
6. 6) Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper aus zwei oder mehr mit gleicher Querschnittsform stranggespritzten Teilen (41, 51) aus Materialien verschiedener elektrostatischer Eigenschaften zusammengesetzt ist.
7. 7) Ventil nach Ansprucn 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (21, 31) bzw. mindestens einer der zum Ventilkörper zusammengesetzten Teile (42, 43; 52,

   53) als Elektret im Einfluß eines elektrischen Hochspannungsfeldes stranggespritzt ist.

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8. 8) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (22) des Ventileinsatzes (21, 31» 41, 51) mit sechseckigem Querschnitt ausgebildet und wabenartig angeordnet sind.
9. 9) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran durch Aufschweißen, Aufkleben, oder mittels Niet (26)oder Schraube zentrisch an der einen Stirnseite des Ventileinsatzes befestigt ist.
10. 10) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventileinsatz (21, 31, 41, 51) aus Polystyrol und die Membran (16) aus Polyäthylen bestehen.
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