DE3135455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung mit einstellbaren Gemischanteilen der über Komponentenzu­ leitungen zugeführten Gase, bei der der Anteil einer Gaskomponente durch eine Drosselstelle mit konstantem Vor- und Hinterdruck nach der Zeitdauer der Gasströmung bestimmt ist und bei der das Mischgas in einem Puffer­ behälter gespeichert wird.

Eine Gasmischvorrichtung der eingangs benannten Art ist in der DE-PS 25 53 165 beschrieben. Dabei werden die beiden Gaskomponenten über einen Hinterdruckreg­ ler und eine zugeordnete verstellbare Drossel einem gemeinsamen Vordruckregler zugeführt, welcher in der Mischgasleitung einen konstanten Druck aufrechter­ hält. Die Hinterdruckregler sind als steuerbare Auf- Zu-Ventile ausgebildet, die gemeinsam durch eine Steu­ erleitung in Abhängigkeit vom Druck in der Mischgas­ leitung angesteuert werden. Durch Verstellung der Drosseln in den Komponentenleitungen ist das Mischungs­ verhältnis zwar stufenlos einstellbar, jedoch wird im allgemeinen nicht die für spezielle Meßzwecke der Lungenfunktionsdiagnostik erforderliche Genauigkeit erreicht.

Aus der DE-OS 28 31 856 ist die Herstellung einer einstellbaren Mischung durch impulsweise Zufuhr von Gasen über von einem Steuergerät nach einem einge­ stellten Zeitraster elektrisch gesteuerte Schaltven­ tile bekannt. Die Dosierung erfolgt durch die Ven­ tile, wobei die Druckverhältnisse vor und hinter den Ventilen durch Druckwandler gemessen und als elek­ trische Signale in einen Rechenteil der Steuervor­ richtung eingegeben werden. Dies bedingt einen er­ heblichen elektronischen Aufwand.

Zum Stande der Technik gehört ferner eine Gasmisch­ vorrichtung aus der DE-OS 29 26 766 mit umschalt­ barer vorgewählter 1. und 2. Gasmischung, welche so aufgebaut ist, daß einem bekannten Gasmischer eine Zeitschaltung vorgeschaltet wird, die, ohne in die Zuführung des 1. Mischgases einzugreifen, mittels eines von einem Zeitschalter gesteuerten 3/2-Wege- Magnetventils die Zuführung des 2. Mischgases ändert. Dadurch lassen sich zwei verschiedene Gasmischungen mit gleicher Mischgenauigkeit herstellen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Gasmischvorrichtung der eingangs genannten Art so aus­ zubilden, daß die Mischgenauigkeit für die exakte Bestimmung von Lungenfunktionswerten hinreicht. Dies trifft insbesondere die inspiratorische O₂-Konzentra­ tion, die beispielsweise für die Bestimmung des Sauer­ stoff-Diffusionsgradienten mit einem Anteilfehler von weniger als 0,5% bekannt sein muß.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt bei einer Gasmischvorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß in der Zuleitung zum Pufferbehälter eine für die Komponenten gemeinsame Drosselstelle angeord­ net ist, daß die Drosselstelle über ein steuerbares Mehrweg-Ventil abwechselnd mit den einzelnen Kompo­ nentenzuleitungen verbindbar ist, welches durch eine Steuervorrichtung in festen Taktzeiten steuerbar ist, wobei der Mischungsgrad durch das Verhältnis der Takt­ zeiten bestimmt ist und daß die Umschaltzeit zwischen den Komponentenzuleitungen klein ist gegenüber den Taktzeiten.

Da die Dosierung der Gaskomponenten über die gleiche Drosselstelle mit gleicher Druckdifferenz erfolgt, wird eine extrem hohe Genauigkeit und Stabi­ lität der Mischung erreicht.

Die Steuervorrichtung ist vorteilhaft als pneumatisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer pneumatischen Impulssteuer-Vorrichtung ausgebildet. Eine andere zweckmäßige Ausbildung der Steuervorrichtung kann ein magnetisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer elektrischen Impulssteueranordnung aufweisen.

Im praktischen Aufbau kann zweckmäßig ein Hinterdruck­ regler vor der gemeinsamen Drosselstelle und ein Vor­ druckregler an dem der Drosselstelle nachgeschalteten Pufferbehälter angeordnet sein. Dies gewährleistet die erforderliche Genauigkeit der Druckdifferenz an der Drosselstelle.

Die Gasmischvorrichtung, welche einen erhöhten Ge­ nauigkeitsgrad der Mischung aufweist, kann zweck­ mäßig mit einem kontinuierlich einstellbaren Mischer bekannter Bauart kombiniert und zur Kalibrierung dieses kontinuierlich einstellbaren Mischers ein­ schaltbar sein. Dadurch läßt sich die Genauigkeit des Mischungsverhältnisses der fortgesetzt zuge­ führten Gasmischung erhöhen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform mit pneumatischer Steuerung des Mehrweg-Ventils kann so ausgebildet sein, daß eine Komponentengaszuleitung über einen Druckminderer bzw. eine Mischgaszuleitung aus dem Pufferbehälter mit einer Steuerkammer über eine weitere Drosselstelle in Verbindung steht, daß ein Vergleichselement an dieser Steuerkammer vorgesehen ist, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Druckwertes ein in der Zuführungsleitung zur Steuerkammer liegendes Steuerventil in die Atmosphä­ re öffnet und beim Unterschreiten eines unteren vor­ gegebenen Druckwertes dieses Steuerventil schließt, und bei der das Steuerventil derart mit dem Mehrweg- Ventil verbunden ist, daß die Taktgabe für die Gas­ komponenten synchron mit dem Öffnen und Schließen des Steuerventils erfolgt.

Durch die Merkmale der Erfindung wird eine Gasmisch­ vorrichtung geschaffen, welche eine extrem hohe Ge­ nauigkeit und Stabilität der Mischung ermöglicht und die in Kombination mit kontinuierlich einstellbaren Mischern von bekannter Bauart eine fortgesetzte Über­ wachung der Einstellung ermöglicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasmischvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema der Gasmischvorrichtung mit einem Impulsgenerator zur Steuerung eines Zweiwege-Ventils,

Fig. 2 eine pneumatische Flip-Flop-Schaltung als Ausführungsform des Impulsgenerators nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind zwei Komponentenzuleitungen 1, 2 vorge­ sehen, über die zwei Gaskomponenten, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, zur Erzielung eines vor­ gegebenen Mischungsverhältnisses zugeführt werden. Die beiden Komponentenzuleitungen 1, 2 sind mit einem pneumatisch steuerbaren Zweiwege-Ventil 3 verbunden, welches durch einen Impulsgenerator I taktweise und in der das Mischungsverhältnis bestimmenden vorgege­ benen Impulsdauer jeweils eine der beiden Komponenten­ zuleitungen 1, 2 mit einer gemeinsamen Zuleitung 4 ver­ bindet.

Die gemeinsame Zuleitung 4 ist über einen den Vordruck P ₁ bestimmenden Druckminderer 5 mit einer Drosselstel­ le 6 verbunden, deren Auslaß in einen Pufferbehälter 7 mündet. Am Pufferbehälter 7 befindet sich ein den Druck P ₂ im Pufferbehälter 7 bestimmendes Druckregulierven­ til 8. Zur Entnahme des Gasgemisches aus dem Pufferbe­ hälter 7 ist eine Entnahmeleitung 9 vorgesehen.

Im Betrieb pendelt das Zweiwege-Ventil 3 durch die pneumatische Impulsgabe des Impulsgenerators I mit den das Mischungsverhältnis bestimmenden einstell­ baren Taktzeiten. Die als Hinterdruckregler bzw. als Vordruckregler der Drosselstelle 6 wirksamen Regler 8, 5 halten eine konstante Druckdifferenz P ₁-P ₂ an der Drosselstelle 6 aufrecht, so daß sich eine streng zeitproportionale Durchflußmenge ergibt.

Zur Erzeugung des pneumatischen Steuersignals für das Zweiwege-Ventil 3 kann anstelle des Impulsgene­ rators I in Fig. 1 die in Fig. 2 angegebene pneuma­ tische Flip-Flop-Schaltung verwendet werden.

Dabei wird das eine der zu mischenden Gase oder das fertige Gasgemisch einer Eingangsleitung 10 zuge­ führt, die über einen Druckminderer 11 mit einem Zwei­ wege-Steuerventil 12 verbunden ist, welches die Gas­ strömung einerseits in eine Anschlußleitung 13 zu einer Drossel 14 leitet und andererseits die An­ schlußleitung 13 mit einer Entlastungsleitung 19 in die freie Umgebungsatmosphäre verbindet. Hinter der Drossel 14 liegt als Steuerkammer ein Kessel 15, dessen Innenraum mit einem Druckvergleichselement 16 verbunden ist.

Ist der Druck im Kessel 15 größer oder gleich einem vorgewählten Druck P ₃, so öffnet das Zweiwege-Steuer­ ventil 12 den Weg über die Entlastungsleitung 19 in die freie Atmosphäre. Sinkt der Druck im Kessel 15 von P ₃ bis auf einen gleichfalls vorgewählten Wert P ₄, so schließt das Zweiwege-Steuerventil 12 die Ent­ lastungsleitung 19, und das Gas strömt aus dem Druck­ minderer 11 über die Drossel 14 in den Kessel 15 ein.

Das Öffnen und Schließen des Zweiwege-Steuerventils 12 wird über eine Steuerleitung 17 pneumatisch auf das Zweiwege-Ventil 3 in Fig. 1 übertragen und bewirkt die gewünschte Taktsteuerung der Mischungskomponenten.

Die Einstellung der Taktzeiten für die beiden Gaskom­ ponenten ist durch die Wahl der Drücke P ₃ und P ₄ bestimmt.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zur Erzielung einer zur Eichung eines zusätzlich vorhandenen kontinuierlichen Mischers benutzten Eichgasmischung oder zur Durchführung von Lungenfunktionsprüfungen.

Wenn die Flip-Flop-Schaltung nach Fig. 2 nicht mit einer Gaskomponenten, sondern mit dem fertig gemisch­ ten Gas aus dem Pufferbehälter 7 gespeist wird, so kann der Druckminderer 11 entfallen und der Puffer­ behälter 7 unmittelbar über eine Verbindungleitung 18 mit dem Eingang des Zweiwege-Steuerventils 12 verbunden werden.

Claims (6)

1. Gasmischvorrichtung mit einstellbaren Gemischan­ teilen der über Komponentenzuleitungen zugeführten Gase, bei der der Anteil einer Gaskomponente durch eine Drosselstelle mit konstantem Vor- und Hinter­ druck nach der Zeitdauer der Gasströmung bestimmt ist und bei der das Mischgas in einem Pufferbehäl­ ter gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (4) zum Pufferbehälter (7) eine für die Komponenten gemeinsame Drosselstelle (6) angeordnet ist, daß die Drosselstelle (6) über ein steuerbares Mehrweg-Ventil (3) abwechselnd mit den einzelnen Komponentenzuleitungen (1, 2) verbindbar ist, welches durch eine Steuervorrichtung (I) in festen Taktzeiten steuerbar ist, wobei der Mischungsgrad durch das Verhältnis der Taktzeiten bestimmt ist, und daß die Umschaltzeit zwischen den Komponenten­ zuleitungen klein ist gegenüber den Takt­ zeiten.

2. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein pneumatisches Mehrweg-Ventil (3) in Verbindung mit einer pneumatischen Impulssteuervorrichtung (I) aufweist.

3. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein magne­ tisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer elektrischen Impulssteueranordnung aufweist.

4. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Hinterdruckregler (5) vor der gemeinsamen Drosselstelle (6) und ein Vor­ druckregler (8) an dem der Drosselstelle (6) nach­ geschalteten Pufferbehälter (7) angeordnet ist.

5. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gasmischvorrichtung mit einem kontinuierlich einstellbaren Mischer bekann­ ter Bauart kombiniert und zur Kalibrierung dieses Mischers einschaltbar ist.

6. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponentengaszuleitung über einen Druckminderer (11) bzw. eine Mischgas­ zuleitung aus dem Pufferbehälter (7) mit einer Steuerkammer (15) über eine weitere Drosselstel­ le (14) in Verbindung steht, daß ein Vergleichsele­ ment (16) an dieser Steuerkammer (15) vorgesehen ist, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Druckwertes ein in der Zuführungsleitung (13) zur Steuerkammer (15) liegendes Steuerventil (12) in die Atmosphäre öffnet und beim Unterschreiten eines unteren vorgegebenen Druckwertes dieses Steuerventil (12) schließt, und daß das Steuerventil (12) derart mit dem Mehrweg- Ventil (3) verbunden ist, daß die Taktgabe für die Gaskomponenten synchron mit dem Öffnen und Schließen des Steuerventils (12) erfolgt.