DE3822949A1 - Pneumatisches steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur Erzeugung eines Steuerdruckes für den Betrieb eines Beatmungsventils, mit einem von einer Steuergasquelle über eine Steuergasleitung gespeisten Anschluß, der über ein einen veränderbaren Steuergasströmungsdruck erzeugendes Verschlußelement in einen Abströmraum mündet, welcher einen Auslaß aufweist.

Ein Beatmungsgerät mit einem Steuerventil zur Ansteuerung eines Beatmungsventils ist in der DE-OS 25 25 359 beschrieben worden.

Bei dem bekannten Beatmungsgerät strömt das für die Beatmung notwendige Gas von der Frischgas-Dosiereinrichtung des Beatmungsgerätes in ein Atemgasschlauchsystem, das über ein Y-Stück mit dem Patienten verbunden ist. Der Exspirationszweig des Schlauchsystems ist an ein ansteuerbares Beatmungsventil angeschlossen.

Das Beatmungsventil ist während der Inspirationsphase geschlossen, so daß sich der Beatmungsdruck im Schlauchsystem aufbauen kann; in der Exspirationsphase jedoch ist das Ventil geöffnet, und das vom Patienten exspirierte Gas kann zur Umgebung abströmen. Die Steuerung des Beatmungsventils erfolgt mit einem bistabilen Logikelement als Verschlußelement, das in rhythmischen Abständen die Steuerkammer des Beatmungsventils während der Inspirationsphase mit einem Steuerdruck beaufschlagt, der das Ventil schließt. Für die Exspirationsphase wird auf ein zweites, kleineres Druckniveau umgeschaltet, mit dem im Schlauchsystem ein sog. PEEP-Zustand erzeugt wird (Positive End Expiratory Pressure). Die beiden Druckniveaus werden durch zwei über das bistabile Logikelement umschaltbare, Steuerdruck erzeugende Zweige eingestellt, bestehend jeweils aus einem Durchflußbegrenzer und einer Strömungsdrossel. Das durch die jeweiligen Durchflußbegrenzer strömende Steuergas fließt über den Abströmraum des Verschlußelementes und die Strömungsdrossel zur Atmosphäre ab, wobei der entstehende Staudruck als Steuerdruck auf die Steuerkammer des Beatmungsventils wirkt. Mit den Durchflußbegrenzern kann der zufließende Steuergasstrom und damit der Steuerdruck variiert werden. Der Steuerdruck für die Inspirations­ und Exspirationsphase kann mit den Durchflußbegrenzern getrennt eingestellt werden. Das bistabile Logikelement als Verschlußelement und die Steuerdruck erzeugenden Zweige bilden zusammen das Steuerventil des Beatmungsventils.

Beim bekannten Steuerventil ist es von Nachteil, daß der geringste einstellbare exspiratorische Druck der Atmosphärendruck ist, da das Steuergas des Steuerventils nur zur Atmosphäre hin abgelassen werden kann. Der am Steuerventil einstellbare Steuerdruck und somit der in der Steuerkammer des Beatmungsventils herrschende Referenzdruck können somit minimal nur auf Umgebungsatmosphäre gesenkt werden. Da jedoch das Atemgas beim Durchströmen des Exspirationszweiges der Atemgasleitung einen dynamischen Widerstand erfährt, ist zusätzlich zu dem statischen Referenzdruck in der Steuerkammer des Exspirationsventils, bezogen auf die Umgebungsatmosphäre, immer noch der dynamische Strömungswiderstand zu überwinden. Auch bei einem eingestellten Sollwert für den PEEP von Atmosphärendruck ist der tatsächliche bei der Ausatmung zu überwindende Druck der sog. dynamische PEEP. Somit herrscht auch bei vorgegebenem einstellbaren PEEP-Druck ein zusätzlicher, je nach Ausstattung des Beatmungsgerätes unterschiedlicher dynamischer PEEP-Druck, der in das gesamte Atemsystem nicht einkalibriert ist. Es kommt daher zu nicht beherrschbaren Unstimmigkeiten zwischen eingestelltem PEEP-Druck und dem tatsächlichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Beatmungsventil der genannten Art so ansteuerbar zu machen, daß der dynamische endexspiratorische Überdruck für die Einstellung des PEEP mit berücksichtigt und kompensiert wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß der Anschluß mit einer einen Unterdruck erzeugenden Drosselstelle ausgestattet ist, von welcher ausgehend eine Druckleitung in die Steuerkammer des Beatmungsventils mündet, und daß die Ventilkammer des Beatmungsventils an eine einen Unterdruck erzeugende Vorrichtung angeschlossen ist. Die Drosselstelle ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie als Strömungsejektor arbeitet und in der Druckleitung einen Unterdruck erzeugt, wobei der Unterdruck über die Schließkraft des Verschlußelements einstellbar ist. Wirkt die volle Schließkraft auf das Verschlußelement, entsteht in der Druckleitung ein Überdruck der das Beatmungsventil - z.B. während der Inspirationsphase - schließt, bis der eingestellte maximale Beatmungsdruck erreicht ist.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Referenzdruck in der Steuerkammer des Beatmungsventils, welcher von der Drosselstelle des Steuerventils aufgebaut wird, auf den von der Vorrichtung erzeugbaren subatmosphärischen Druck in der Ventilkammer als minimalen Wert abgesenkt werden kann. Wenn dieser subatmosphärische Referenzdruck und der von der Unterdruck erzeugenden Vorrichtung gelieferte subatmosphärische Druck dem zuvor bestimmten dynamischen Strömungswiderstand entspricht, kann beim Betreiben des Beatmungsventils auch im dynamischen Falle ein endexspiratorischer Druck am Y-Stück des Schlauchsystems vom Atmosphärendruck erzielt werden. Der unerwünschte dynamische endexspiratorische Überdruck wird somit kompensiert. Wird die Schließkraft auf das Verschlußelement des Steuerventils völlig zurückgenommen (ungedrosselter Steuergasstrom), wird über die Druckleitung der volle subatmosphärische Referenzdruck in die Steuerkammer des Beatmungsventils übertragen. Durch nachträgliches Einstellen der Schließkraft auf das Verschlußelement des Steuerventils wird dieser subatmosphärische Druck soweit angehoben, bis er dem Betrage nach dem dynamischen Exspirationsdruck entspricht und diesen somit für die nachfolgende Einstellung des PEEP-Druckes kompensiert. Während der Inspiration wirkt die volle Schließkraft auf das Verschlußelement; der in der Steuerkammer des Beatmungsventils wirkende Referenzdruck schließt das Beatmungsventil, bis der zuvor eingestellte maximale Beatmungsdruck erreicht ist.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdruckes besteht in einer Saugpumpe, entweder in Form einer volumenfördernden Pumpe oder auch eines einen Unterdruck erzeugenden Strömungsejektors.

Zweckmäßigerweise ist die Drosselstelle als eine in ihrem Querschnitt veränderbare Verengung ausgebildet. Sie kann dann je nach Einstellung einen unterschiedlichen Unterdruck in der Steuerkammer des Beatmungsventils erzeugen. Die Veränderung des Querschnittes kann beispielsweise durch unterschiedliche Einsätze erfolgen, oder auch durch ein von außen betätigbares Schieberelement, welches in den Querschnitt der Drosselstelle eingeführt oder auch herausgenommen werden kann. Wenn auch jede Art einer Verengung geeignet ist, wird jedoch eine sehr gute Unterdruckerzeugung durch eine Venturidüse erzielt.

Zweckmäßigerweise ist das Verschlußelement des Steuerventils eine Tellermembran, die den Abströmraum von einem Drucksteuerraum trennt, der ebenfalls mit einem Auslaß an die Umgebung versehen ist.

Um eine zuverlässige und während der Ein- bzw. Ausatemphase leicht veränderbare Schließkraft auf das Verschlußelement des Steuerventils ausüben zu können, ist es günstig, eine Tauchspulenanordnung zu wählen, die mit Hilfe eines Stößels auf das Verschlußelement wirkt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Beatmungsventil und ein Steuerventil mit Tauchspulenanordnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein federbelastetes Steuerventil.

Fig. 1 zeigt ein Beatmungsventil (1) mit einem Ventilgehäuse (2), welches einen Einlaß (3) für das Atemgas aus dem Exspirationszweig einer nicht dargestellten Atemgasleitung besitzt, der in einem Kratersitz (4) mündet. Dieser ist von einer Membran (5) abgedeckt. Die Ventilkammer (6) des Beatmungsventils (1) besitzt einen Auslaß (7), der über eine Absaugeleitung (8) mit einer Saugpumpe als einer Unterdruck erzeugenden Vorrichtung (9) mit der Umgebung verbunden ist. In die Steuerkammer (10) des Beatmungsventils (1) mündet eine Druckleitung (11), die ihren Ausgangspunkt an einer Drosselstelle (12) des Steuerventils (13) besitzt. Die Drosselstelle (12) wird durch ein Gas aus einer Steuergasquelle (14) und einer Steuergasleitung (15) über einen Anschluß (24) gespeist. Die Mündung der Drosselstelle (12) weitet sich zu einem Krater (16) für eine Tellermembran (17) auf, die durch einen an ihr angebrachten Stößel (18) über eine Tauchspulenanordnung (19) betätigbar ist. Durch eine Druckfeder (20) wird über den Stößel (18) auf die Tellermembran (17) eine Schließkraft ausgeübt, die durch die Tauchspulenanordnung (19) verstärkt oder teilweise aufgehoben werden kann. Bei geöffnetem Steuerventil kann das Steuergas aus der Steuergasquelle (14) aus dem Abströmraum (23) des Steuerventils (13) über den Auslaß (21) zur Umgebung abströmen. Der Drucksteuerraum (22) ist ebenfalls über einen Auslaß (21) mit der Umgebung verbunden. Während der Inspiration ist das Steuerventil (13) geschlossen; der in der Steuerkammer (10) des Beatmungsventils (1) wirkende Referenzdruck schließt das Beatmungsventil, bis der zuvor eingestellte maximale Beatmungsdruck erreicht ist.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem federbelasteten Steuerventil (31). Soweit gleiche Bezeichnungen verwendet wurden, sind gleiche Bezugsziffern vorhanden. Es gilt dann sinngemäß die Beschreibung von Fig. 1. Die Tellermembran (17) wird durch eine Feder (29) vorgespannt, wobei die Vorspannung mit der Rändelschraube (30) veränderbar ist. Es sind zwei Steuergasquellen (25) und (14) vorhanden. Während der Inspiration ist der Umschalter (26) über den ersten Anschluß (27) mit der Steuergasquelle (25) verbunden und die Steuerkammer (10) wird mit dem Inspirations-Steuerdruck beaufschlagt. Die Membran (5) befindet sich in Schließstellung. Zu Beginn der Exspirationsphase ist die Steuerkammer (10) über den Umschalter (26) und den zweiten Anschluß (28) mit der Druckleitung (11) verbunden. In der Steuerkammer (10) wirkt der durch die Schließkraft der Feder (29) hervorgerufene Referenzdruck. Durch Veränderung der Vorspannung der Feder (29) mittels der Rändelschraube (30) ist der Referenzdruck und damit der PEEP im Atemgasschlauchsystem einstellbar.

Claims (5)

1. Steuerventil zur Erzeugung eines Steuerdruckes in der Steuerkammer eines Beatmungsventils, mit einem von einer Steuergasquelle über eine Steuergasleitung gespeisten Anschluß, der über ein einen veränderbaren Steuergasströmungsdruck erzeugendes Verschlußelement in einen Abströmraum mündet, welcher einen Auslaß zur Umgebung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (24) mit einer einen Unterdruck erzeugenden Drosselstelle (12) ausgestattet ist, von welcher ausgehend eine Druckleitung (11) in die Steuerkammer (10) des Beatmungsventils (1) mündet, und daß die Ventilkammer (6) des Beatmungsventils (1) an eine einen Unterdruck erzeugende Vorrichtung (9) angeschlossen ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruck erzeugende Vorrichtung eine Saugpumpe (9) ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle eine in ihrem Querschnitt veränderbare Verengung (12) ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement eine Tellermembran (17) ist, die den Abströmraum (23) von einem Drucksteuerraum (22) trennt, der ebenfalls mit einem Auslaß (21) zur Umgebung versehen ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Steuergasströmungsdruck erzeugende Verschlußelement (17) eine eine veränderbare Schließkraft ausübende Vorrichtung in Tauchspulenanordnung (19) ist, die über einen Stößel (18) an dem durch eine Druckfeder (20) in Schließrichtung vorgespannten Verschlußelement (17) angreift.