DE3229328C2

DE3229328C2 - Gasdosiervorrichtung für medizinische Apparate

Info

Publication number: DE3229328C2
Application number: DE3229328A
Authority: DE
Inventors: Heye 2400 Lübeck Harms; Lothar Dipl.-Ing. 2401 Krummesse Kleinschmidt; Carl Friedrich Dr. Wallroth
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1982-08-06
Publication date: 1984-08-02
Also published as: GB2124780A; GB2124780B; JPS6348550B2; DE3229328A1; FR2531340B1; GB8317106D0; US4542740A; JPS5944271A; FR2531340A1

Abstract

Die Gasdosiervorrichtung soll für medizinische Apparate eingesetzt werden. Hier wird jeweils zur z.B. Zumischung von Narkosemitteln in Gasform eine genaue und schnell reagierende Dosierung im Bereich von 0,01 bis 20 l/min benötigt. Für die Lösung derartiger Aufgaben darf der Gasdruck keine fehlerhafte Störung sein. Die Gasdosiervorrichtung enthält als wesentliches Bauteil eine Dosiereinheit (3), mit der sie über einen Druckminderer (2) an die Gasquelle (1) angeschlossen wird und das dosierte Gas aus einem Ausgang (4) wieder abgibt. Die Steuerung erfolgt über eine elektrisch betriebene Steuereinheit (5), die eine Sollwerteingabe (6) sowie eine Anzeige (7) enthält. Das zu dosierende Gas tritt in einen Puffer (8) der Dosiereinheit (3) und von dort in den über eine Drossel (9) angeschlossenen Druckraum (10) sowie gleichzeitig über ein Umschaltventil (12) in einen Meßraum (11) ein. Der Druck- und Meßraum sind durch einen Differenzdruckaufnehmer (14) verbunden. Bei Druckgleichheit in beiden Räumen schaltet das Umschaltventil (12) in die Abströmstellung aus dem Meßraum (11) über eine Drossel (13) zum Ausgang (4). Nach dem Druckabfall in dem Meßraum (11) unter einen Abströmwert erfolgt die Rückschaltung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdosiervorrichtung für medizinische Apparate nadi dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Gasdosiervorrichtung kann überall dort für medizinische Apparate eingesetzt werden, wo elektrische Steuersignale vorhanden sind. Es soll der dort benötigte Gasflow von 0.01 bis 20 I/min einstellbar sein.

Eine bekannte Anordnung zum elektrisch gesteuerten Dosieren und Mischen von Gasen enthält in jeder Zuleitung der Gase stromaufwärts der Mischstelle ein schnelles Schaltventil. Die Schaltventile sind Auf-ZuVentile, deren Gasdurchgang in geöffnetem Zustand in Abhängigkeit von der anstehenden Druckdifferenz bekannt ist. Sie werden von einem Regler, der ein Rechenteil enthält, elektrisch gesteuert In jeder Zuleitung vor dem Schaltventil sowie in der gemeinsamen Mischgasleitung ist je ein Druckwandler angeordnet und mit dem Regler verbunden. Aufgrund der bekannten Kennwerte, der gemessenen Drücke sowie vorgegebener Werte für Strömung und Mischungsverhältnis steuert der Regler den Durchgang der Schaltventile in einem Zeitraster, aus dem sich die gewünschte Dosierung und Mischung ergibt. (DE-AS 28 31 856)

Bei Benutzung mit nur einem Gas wäre die Anordnung zwar als reine Dosiereinrichtung verwendbar. Zur Ermittlung der Dosierung wäre ein aufwendiger schneller Rechner nötig, der den wechselnden Gasdurchgang innerhalb des einzelnen Pulses integriert; die Gaspulse innerhalb dieses dynamischen Verfahrens sind mit Einschwingvorgängen behaftet, die die Genauigkeit der Volumendosierung begrenzen.

Eine weitere bekannte Anordnung zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase enthält ein Volumen, welches durch einen beweglichen Schieber in zwei auf das gewünschte Mischungsverhältnis einstellbare Speicherkammern aufgeteilt wird. Diese Speicherkammern werden zunächst mit den zu mischenden Druckgasen über getrennte Leitungen zeitgleich gefüllt, wobei ein Membrangleichdruckregler für den gleichen Fülldruck beider Speicherkammern sorgt. Durch ein Zeitglied oder ein Druckglied wird nun ein Umschaltmechanismus betätigt, so daß die Inhalte der beiden Speicherkammern in eine Mischkammer abfließen können. Ein zweiter Membrangleichdruckregler sorgt dafür, daß auch bei der Entleerung die Drucks in beiden

ίο Speicherkammern immer gleich sind bis der ^.,schaltmechanismus zur erneuten Füllung der Speicherkammern zurückgeschaltet wird. (DE-PS 17 57 801)

Durch Verbindung der beiden Gaseinlaßleitungen ist es möglich, mit dieser Konstruktion auch eine einzelne

is Gasart nach ihrer Menge zu dosieren. Von den drei die dosierte Gasmenge bestimmenden Parametern, nämlich Druck, Speichervolumen und Zykluszeit, läßt sich nur einer, nämüch je nach Art des Steuergliedes Druck oder Zeit unabhängig variieren. Damit ist der Variaiionsbereich für die dosierte Gasmenge stark begrenzt, im Falle einer Zeitsteuerung des Umschaltmechanismus ist die dosierte Gasmenge vom Druck in der Gasmischkammer abhängig. Nachteilig ist vor allem die Abhängigkeit der dosierten Gasmenge von Druckschwankungen am Gaseinlaß, die schon bei der üblichen Verwendung eines Druckminderers bei pulsierendem Gasfluß auftreten.

Eine weitere bekannte Anordnung zum Mischen von zwei Gasen in einem ►-orbestimmten Verhältnis verwendet einen Druckbehälter mit angeschlossenem pneumatisch-elektrischen Wandler, welcher über Elektromagnetventile den Mischungs- und Dosiervorgang steuert. Dabei wird ein Gas A, gesteuert durch ein sich beim bestimmten Ausgangsdruck P\ öffnendes und beim Stelldruck Pi schließendes Schaltventil, und anschließend das Gas B, gesteuert durch ein sich beim Stelldruck Pi öffnendes und beim bestimmten Enddruck Pi schließendes zweites Schaltventil, dem Druckbehälter zugeführt werden und das Gasgemisch aus diesem nach Erreichen des Enddruckes Pj über ein sich beim Enddruck Pj öffnendes und nach Einstellen des Ausgangsdruckes Pi schließendes drittes Schaltventil abfließen. (DE-AS24 55 751)

Durch Verbindung der beiden Gaseinlaßleitungen ist es hier möglich, eine einzelne Gasart nach ihrer Menge zu dosieren. Nachteilig ist jedoch, daß eine Variation der dosierten Gasmenge nur möglich ist durch Veränderung des Ausgangsdruckes P\ und/oder des Enddruckes Pj, so daß der Variationsbereich für die dosierte Gasmenge stark begrenzt ist. Insbesondere ist die dosierte Gasmenge von Druckschwankungen am Gaseinlaß abhängig, wie sie schon bei der üblichen Verwendung eines Druckminderers bei pulsierendem Gasfluß auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist eine Gasdosiervorrichtung für medizinische Apparate, deren Gasflow vom Vordruck unabhängig und in den obigen Grenzen einregulierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Dosiereinheit über entsprechende Rohrleitungen ein Puffer über einen Druckminderer mit einer Gasquelle verbunden ist, wobei an dem Puffer über eine Drossel und einen Druckraum und parallel dazu über ein Umschaltventil, dessen anderer Anschluß der Ausgang ist, und einen Meßraum ein Differenzdruckaufnehmer angeschlossen ist, und die Werte aus dem Differenzdruckaufnehmer über eine Steuereinheit das Umschaltventil steuern, so daß abwechselnd der Puffer und der Ausgang mit dem Meßraum verbunden ist

Die Gasdosiervorrichtung nach der Erfindung steuert

die Umschaltung über den Druck nach dem Auffüllen des Meßraumvolumens und stellt durch den Vergleich mit dem Druck im Druckraum sicher, daß der möglicherweise im System etwas schwankende Druck das Gasvolumen und damit die Dosierung nicht beeinflußt Der mechanische Aufbau ist einfach und mit bekannten Elementen zu beherrschen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erlaubt die Lösung durch das Nebene'nanderanordnen der sich durch die Räume unterscheidenden, sonst jedoch gleichen Dosiereinheiten die Erfassung des weiteren Dosierbereiches von 0,01 bis 20 l/min.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Prinzipdarstellung der Gasdosiervorrichtung,

Fig.2 eine erweiterte Anordnung mit Bereichsumschaltung und Notversorgung.

Aus einer Gasquelle 1 wird über einen Druckminderer 2 eine Dosiereinheit 3 mit Gas versorgt und gibt dieses über einen Ausgang 4 dosiert an einen Verbraucher ab. Eine Steuereinheit 5 steuert die Dosie-einheit 3 aufgrund von Signalen, die sie aus der Dosiereinheit 3 und aus ihrer Sollwerteingabe 6 erhält. An einer Anzeige 7 werden die eingestellten Werte und evtl. Störungen angezeigt.

Über entsprechende Rohrleitungen sind in der Dosiereinheit 3 ein Puffer 8 mit dem Druckminderer 2 verbunden und an den Puffer 8 über eine Drossel 9 ein Druckraum 10 angeschlossen; außerdem ist ein Meßraum 11 über ein Umschaltventil 12 in dessen dargestellter Grundstellung mit dem Puffer 8 und in dessen Schaltstellung über eine Drossel 13 mit dem Ausgang 4 verbunden. Ein Differenzdruckaufnehmer i4 ist über Gasleitungen mit dem Druckraum 10 sowie mit dem Meßraum 11 und über eine elektrische Signalleitung mit der Steuereinheit 5 verbunden. Das Umschaltventil 12 wird elektrisch von der Steuereinheit 5 angesteuert.

Im Betrieb fließt das zu dosierende Gas von der Gasquelle 1 über den Druckminderer 2. den Puffer 8 und das Umschaltventil 12 in den Meßraum 11 und füllt diesen auf den Betriebsdruck. Im Druckraum 10 herrscht während des Betriebes über die Drossel 9 ebenfalls der Betriebsdruck. Nach der vom Differenzdruckaufnehmer 14 festgestellten Druckgleichheit im Druckraum und Meßraum schaltet die Steuereinheit 5 das Umschaltventil 12 in seine Schaltstellung. Das Gas aus dem Meßraum 11 fließt dann über die Drossel 13 zum Verbraucher, der Druck im Meßraum 11 sinkt. Erreicht die dadurch eintretende, vom Differenzdruckaufnehmer 14 festgestellte Druckdifferenz zum Betriebsdruck einen vorgegebenen Grenzwert dann schaltet die Steuereinheit 5 das Umschaltventil 12 wieder in die Grundstellung, der beschriebene Zyklus beginnt erneut.

Die Drossel 9 verhindert, daß mit dem Füllstoß des Meßraums 11 der Druck im Druckraum 10 vorübergehend unter den Betriebsdruck abfällt und dann durch den Differenzdruckaufnehmer 14 schon bei einem zu geringen Druck die Druckgleichheit festgestellt und eine Umschaltung ausgelöst wird.

Aus dem bekannten Volumen des Meßraums 11 und der bekannten Druckdifferenz ergibt sich die mit jedem Zyklus dosierte Gasmenge. Mit den über die Sollwerteingabe 6 vorgegebenen Werten bestimmt die Steuer- h5 einheit 5 die Folge der Schaltzyklen. Der Gasflow ergibt sich insgesamt aus dein Meßraumvolumen A"der Druckdifferenz und χ der Schaltfrequenz. Die Drossel 13 staut die aus dem Meßraum 11 bei jedem Zyklus abgegebene Gasmenge und sichert für den Verbraucher eine quasikontinuierliche Strömung.

In der Anordnung nach F i g. 2 ist hinter der Gasque,-Ie 1 und dem Druckminderer 2 ein Wegeventil 15 angeordnet In seiner dargestellten Grundstellung gelangt das Gas über ein handbetätigtes Einstellventil 16 und zwei in Serie geschaltete Durchflußmesser 17, 18 verschiedenen Anzeigebereichs zum Ausgang 4. Das Wegeventil 15 wird in Serienschaltung über einen Handschalter 19 sowie eine Steuereinheit 20 angesteuert. Bei Ausfall der Steuereinheit 20 nimmt das Wegevenü! 15 die gezeigte Grundstellung ein, so daß stets eine Dosierung im Handbetrieb möglich ist. Durch Öffnen des Handschalters 19 kann der Handbetrieb auch jederzeit gewollt herbeigeführt werden. Bei geschlossenem Handschalter 19 verbindet das Wegeventil 15 in seiner Schaltstellung den Druckminderer 2 mit den Eingängen einer Dosiereinheit für geringe Strömung 21 und einer Dosiereinheit für hohe Strömung 22.

Die Dosiereinheiten 21, 22 entsprechen in Aufbau und Funktion der Dosiereinheit 3, unterscheiden sich aber in der Dimensionierung der Einzelteile, insbesondere des Meßraums 11 und der Drossel 13. Der gesamte Arbeitsbereich überschreitet dadurch die einer einzelnen Dosiereinheit gesetzten Grenzen der Verstellung. Beispielweise hat jede Dosiereinheit eine Verstellmöglichkeit 1 :100. Die Dosiereinheit für geringe Strömung 21 arbeitet dann im Bereich 0,01 bis 1 l/min, die Dosiereinheit für hohe Strömung 22 im Bereich 0,2 bis 20 l/min. Die Steuereinheit 20 umfaßt zusätzlich die Sollwerteingabe und die Anzeige für den Betriebszustand, die auch an ein übergeordnetes Fernsteuersystem anschließbar sind, ist mit beiden Dosiereinheiten 21, 22 verbunden und nimmt jeweils eine davon in Betrieb. Je nach Programmierung wird die Ausv/ahl der in Betrieb genommenen Dosiereinheit 21 oder 22 anhand der eingegebenen Sollwerte durch die Steuereinheit 20 vorgenommen oder kann durch äußere Eingabe vorgeben werden.

Die Abgänge der Dosiereinheiten 21, 22 sind mn dem Eingang des Durchflußmessers 17 verbunden. Von dort gelangt das dosierte Gas über die Durchflußmesser 17 und 18 zum Ausgang 4. Durchflußmesser 17 hat einen niedrigen Anzeigebereich passend zu der Dosiereinheit für geringe Strömung 21, Durchflußmesser 1-8 paßt zu der Dosiereinheit für hohe Strömung 2~\ Dabei ist jeweils einer der Durchflußmesser 17 oder 18, der zu der gerade tätigen Dosiereinheit paßt, in seinem Anzeigebereich ablesbar. Die Durchflußmesser 17, 18 bilden für den Handbetrieb das Meßgerät zur Einstellung und im automatischen Betrieb eine Kontrolle zusätzlich zur Anzeige der Steuereinheit 20.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasdosiervorrichtung für medizinische Apparate unter Verwendung von elektrischen Steuersignalen, gekennzeichnet dadurch, daß in einer Dosiereinheit (3) über entsprechende Rohrleitungen ein Puffer (8) über einen Druckminderer (2) mit einer Gasquelle (1) verbunden ist, wobei an dem Puffer (8) über eine Drossel (9) und einen Druckraum (10) und parallel dazu über ein Umschaltventil (12), dessen anderer Anschluß der Ausgang (4) ist, und einen Meßraum (11) ein Differenzdruckaufnehmer (14) angeschlossen ist, und die Werte aus dem Differenzdruckaufnehmer (14) über eine Steuereinheit (5) das Umschaltventil (12) steuern, so daß abwechselnd der Puffer (8) und der Ausgang (4) mit dem Meßraum verbunden ist

2. Gasdosiervorrichtung nach Anspruch U dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung 3um Ausgang (4; ;ine Drossel (13) angeordnet ist

3. Gasdosi'ervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosiereinheit für geringe Strömung (21) sowie eine Dosiereinheit für hohe Strömung (22), umschaltbar auf ein handbetätigtes Einstellventil (16), hinter einem Wegeventil (15) nebeneinander über den Druckminderer (2) mit der Gasquelle (1) verbunden sind.