DE4426573A1 - Ventil - Google Patents

Description

Bei Strömungs-, Meß- und Regeleinrichtungen von Fluiden und Gasen allgemein, insbesondere auch solchen für die Lungen­ funktionsdiagnostik, ist es notwendig, über eine Ventilein­ richtung den Luftstrom, also speziell den Atemstrom bei der Lungenfunktionsdiagnostik, außerhalb des Menschen definiert zu unterbrechen bzw. umzuleiten. Da alle wichtigen Teile dieser Systeme durch den Atem des Patienten kontaminiert werden, sollte nach den aktuellen Hygienevorschriften eine komplette Desinfektion dieser Teile nach jedem Patienten möglich sein. Kreuzinfektionen müssen unbedingt aus­ geschlossen werden.

Bei den bisherigen Systemen werden in Verbindung mit den Ventilen u. a. Filter eingesetzt, was jedoch den Nachteil hat, daß in dem dadurch entstehenden Totraum die Atmung des Patienten negativ beeinflußt wird (Kurzatmigkeit). Darüber hinaus müssen diese Filter als Einwegartikel verwendet wer­ den und es wird damit unerwünschter Müll produziert.

Schließlich ist bei den bekannten Ventilsystemen zur Atem­ stromunterbrechung in der Lungenfunktionsdiagnostik auch nachteilig, daß dabei geführte bewegliche Teile enthalten sind, an denen es durch Sputum und haftengebliebene Desin­ fektionsmittel zu Ablagerungen und damit zu einer me­ chanischen Hemmung dieser beweglichen Teile kommen kann.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist erfindungsgemäß ein Magnetventil vorgesehen mit einem Strömungsrohr runden Querschnitts und einem dieses verschließenden, in einem am Strömungsrohr angeordneten zylindrischen und mit wenigstens einer Ausgangsöffnung versehenen Führungskörper lose geführten Verschlußelement, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verschlußelement wenigstens teilweise aus ma­ gnetischem, insbesondere permanentmagnetischem Material be­ steht und mittels eines Erregerelements reversibel von einer öffnenden Stellung in eine schließende Stellung über­ führt wird. Dadurch wird das Verschlußelement jeweils in einer definierten Stellung gehalten (Auf/Zu), wodurch dieses keiner genauen mechanischen Führung bedarf. Die Aus­ gangsöffnungen sind dabei erfindungsgemäß an der zylin­ drischen Wandung des Führungskörpers, eine Perforation bil­ dend, angeordnet.

Bevorzugt ist dabei das Verschlußelement als Scheibe ausge­ bildet, deren Außendurchmesser größer ist als der Innen­ durchmesser der zu verschließenden Rohröffnung, an der be­ vorzugt ein Dichtelement, vorzugsweise ein Dichtring, ange­ ordnet sein kann, an welches das scheibenförmige Verschlußelement, welches bevorzugt aus Kunststoff mit darin eingebundenen Permanentmagneten bestehen kann, durch die Erregerelemente andrückbar bzw. davon wegbewegbar ist. Ohne Beeinträchtigung der Funktion kann das Verschlußele­ ment nur im randseitigen Bereich ringförmig aus kunststoffgebundenem Permanentmagnetmaterial bestehen, der Innenbereich kann aus unmagnetischem Kunststoff sein, so daß darüber hinaus die Materialkosten gesenkt werden kön­ nen.

Bevorzugt ist das Erregerelement eine am Strömungsrohr an­ geordnete elektromagnetische Ringspule, der ggf. noch eine zweite, an einem in Verlängerung des Strömungsrohres ausge­ bildeten Ausgangsstutzen angeordnete elektromagnetische Ringspule zugeordnet werden kann, die wechselweise das Ver­ schlußelement abstoßen bzw. anziehen und sich dabei in ih­ rer Wirkung überlagernd verstärken. Zur Verstärkung des das Verschlußelement bewegenden Magnetfeldes können auch eine Vielzahl von Einzelspulen, vorzugsweise in bzw. am Füh­ rungskörper eingegossen, um den Umfang des Strömungsrohres herum angeordnet sein, die vorzugsweise direkt und mit dem Inneren des Führungskörpers in Verbindung stehen, so daß das erzeugte Magnetfeld nicht vom Führungskörper abge­ schirmt wird.

Zur Verhinderung, daß die Spulen mit Atemluft oder Sputum kontaminiert werden, kann erfindungsgemäß an den Spulen eine ringförmige dünne Folie aus Kunststoff angeordnet sein, die die Spulen auch bei geöffnetem Verschlußelement abdeckt.

In weiterer Ausgestaltung kann eine am Strömungsrohr ange­ ordnete Kappe vorgesehen sein, die auf dem Führungskörper aufsetz- oder -steckbar ist und diesen kapselt, so daß eine Ringkammer hinter den Spulen gebildet wird, in der bei­ spielsweise die Anschlußdrähte für die Einzelspulen ange­ ordnet sind.

Das erfindungsgemäße Magnetventil hat eine ganze Vielzahl von Vorteilen gegenüber den bislang bekannten Anordnungen, wie sie für Strömungsmeßgeräte im Rahmen der Lungenfunkti­ onsdiagnostik erforderlich sind. So benötigt man keine eng­ tolerierten beweglichen oder geführten Bauteile, da ja in geöffnetem Zustand die Luft an dem vom Strömungsrohrende beabstandeten Verschlußelement außen seitlich vorbeistrei­ chen kann bzw. über die Ausgangsöffnungen ins Freie ent­ weichen kann. Man hat eine einfachste Adaption an Rohr­ systeme jeglicher Art, wobei nur sehr geringe Strö­ mungswiderstände aufgebaut werden. Von ganz besonderer Be­ deutung ist, daß eine Komplettdesinfektion möglich ist, selbst in der Form, daß man das ganze Gerät in eine Desin­ fektionslösung wirft. Ablagerungen von Sputum oder Desin­ fektionslösungen sind ohne Einfluß auf die Funktion des Magnetventils. Schließlich sind durch die kleinen bewegten Massen durch Verwendung von kunststoffgebundenen Dauermag­ neten sehr kurze Schaltzeiten möglich und man hat auch praktisch keinen mechanischen Verschleiß. Die beschriebenen Vorteile gelten selbstverständlich auch für andere Verwen­ dungen des erfindungsgemäßen Ventils als zur Lun­ genfunktionsdiagnostik. Das Ventil kann natürlich auch zur allgemeinen Steuerung und Regelung jeglicher Fluide und Gase eingesetzt werden, die Beschreibung der Wirkungsweise im Rahmen der Lungendiagnostik ist rein exemplarisch.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Magnetven­ tils,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Magnetven­ tils und

Fig. 3 eine Vorderansicht gemäß Pfeil III aus Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt ein verschließbares desinfizierbares Ma­ gnetventil, insbesondere für eine Strömungsmeßvorrichtung im Bereich der Lungendiagnostik. Das Magnetventil 43 umfaßt ein Strömungsrohr 44, dem ein Führungskörper 45, in dem ein bewegliches und lose geführtes Verschlußelement 46 angeord­ net ist, nachgeschaltet ist. Im Rahmen der Verwendung des Magnetventils zusammen mit einer Strömungsmeßvorrichtung zur Lungendiagnose erfolgt die Zusammenschaltung des Ven­ tils mit der Meßvorrichtung, die in der Regel als ein Rohrsystem mit integrierter Strömungsblende ausgestaltet ist, durch eine einfache Steckkupplung des Strömungsrohres 44 mit einem geeigneten Rohrstück der Meßvorrichtung. Gleichermaßen kann die Verbindung des Ventils mit anderen Systemelementen im Rahmen anderer Einsatzzwecke erfolgen, gegebenenfalls unter Sicherung der Steckverbindung mit geeigneten Mitteln. Das Verschlußelement 46 dient zum Ver­ schließen der Öffnung 47 des Strömungsrohres 44, in deren Bereich ein umlaufender Dichtring 47a angeordnet ist. Um das Verschlußelement 46, das aus permanentmagnetischem Ma­ terial, insbesondere aus kunststoffgebundenen Permanentmag­ neten besteht, von einer die Öffnung 47 schließenden Stel­ lung in eine öffnende Stellung überführen zu können, ist am Strömungsrohr 44 eine ringförmige Spule 48 und wahlweise zur Verstärkung des von der Ringspule 48 erzeugten Magnet­ feldes, wenn diese von Gleichstrom durchflossen ist, eine an einem am Führungskörper 45 vorzugsweise in Verlängerung des Strömungsrohres 44 angeordneten Anschlußstutzen 49 an­ geordnete weitere Ringspule 50 vorgesehen. Je nachdem, wie das von der/den Spulen 48, 50 erzeugte Magnetfeld gerichtet ist, wird das Verschlußelement 46 in Richtung des Dop­ pelpfeils A in Fig. 1 in dem Führungskörper 45 verschoben. An der Zylinderwandung des Führungskörpers 45 sind eine Vielzahl von Durchbrechungen 51 angebracht, durch welche der Patient, wenn das Magnetventil 46 beispielsweise einem entsprechend ankoppelbaren Rohrsystem mit Strömungsblende als Meßeinrichtung zur Messung der Lungenfunktion nachgeschaltet ist, Luft holen kann, wenn das Verschlußele­ ment 46 die Öffnung 47 freigibt. Gleiches gilt für den Ausatmungsvorgang des Patienten, d. h., die Atemluft kann aus den Löchern 51 entweichen. Durch Verwendung eines der­ artigen Magnetventiles in Verbindung mit einem Strömungs­ blenden-Rohr-System zur Lungenfunktionsdiagnose ist es somit möglich, daß durch definiertes Schließen der Öffnung des Strömungsrohres der statische Druck aus der Lunge nach außen geführt und gemessen werden kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Magnetventils 52. Das Magnetventil 52 besitzt ein Strö­ mungsrohr 53, das, ebenso wie das Strömungsrohr 44 aus Fig. 1, beispielsweise mit einem Strömungsblenden-Rohr-System koppelbar ist. Am Strömungsrohr 53 ist ein Führungskörper 54 für ein darin verschiebbares (vgl. Fig. 1, Pfeil A) Verschlußelement 55 angeordnet, der auf der dem Strömungs­ rohr 53 abgewandten Seite von einer Platte 65 verschlossen ist. Das Verschlußelement 55, das zum dichten Abdecken der Öffnung 66 des Strömungsrohres 53 dient, besteht lediglich in seinem randseitigen Bereich 56 aus permanentmagnetischem Material, vorzugsweise kunststoffgebundenen Permanentmag­ neten, in seinem mittleren Bereich 57 weist das Ver­ schlußelement 55 einen einfachen Kunststoffkörper auf. Eine derartige Magnetmaterial sparende Ausbildung des Ver­ schlußelementes 55 ist aufgrund der ringförmigen Anordnung mehrerer Spulen 58 um den Umfang bzw. die Längsachse des Strömungsrohres 53 herum von Vorteil (s. Fig. 3), wobei selbstverständlich auch das Verschlußelement 47 der bzgl. Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsform in dieser Weise unter Gewährleistung der vollen Funktion ausgebildet werden kann. Die Spulen 58, die an dem Führungskörper 54 eingegossen sind, stehen vorzugsweise in direkter Ver­ bindung mit dem Inneren des Führungskörpers 54, so daß die Spulen 58 nicht abgedeckt sind und das erzeugte Magnetfeld nicht abgeschirmt bzw. abgeschwächt werden kann. Zur Verhinderung der Kontamination der dem Inneren des Führungskörpers 54 zugewandten Seite 59 der Spulen 58 einerseits direkt durch Atemluft des Patienten bzw. indi­ rekt durch das Verschlußelement 55, das in Ver­ schlußstellung direkt an der Seite 59 der Spulen 58 an­ liegt, ist auf der Spulenseite 59 eine sehr dünne Kunst­ stoffolie 60, die ringförmig ausgebildet ist, um die Öff­ nung des Strömungsrohres nicht abzudecken, angeordnet.

Weiterhin ist ein Dichtelement in Form eines Dichtrings 66a im Bereich der Öffnung 66 des Strömungsrohres 53 angeord­ net, auf welchem das Verschlußelement 55 in der die Öffnung 53 schließenden Stellung aufliegt, wodurch eine voll­ ständige Abdichtung erreicht wird. Um den Austritt der ausgestoßenen Atemluft des Patienten bzw. Eintritt von Frischluft bei Einatmen des Patienten in bzw. durch den Führungskörper 54 zu ermöglichen, sind an der zylindrischen Wandung des Führungskörpers 54 Durchbrechungen 61 ange­ bracht, die die Zylinderwand quasi ringförmig perforieren und den Luftdurchtritt ermöglichen. Ferner ist am Strö­ mungsrohr 53 eine den Führungskörper 54 an der Seite, an der die Spulen 58 eingegossen sind, kapselnde Kappe 63 an­ geordnet, die, wenn sie aufgesetzt ist, einen umlaufenden Ringraum 64 bildet, in welchem beispielsweise die Anschluß­ drähte der Spulen 58 untergebracht sind.

Claims (14)

1. Ventil, insb. für die Medizintechnik zum Regulieren des Atemstromes im Rahmen der Lungendiagnostik, mit einem Strömungsrohr runden Querschnitts und einem die­ ses verschließenden, in einem am Strömungsrohr ange­ ordneten zylindrischen, mit wenigstens einer Ausgangs­ öffnung versehenen Führungskörper beweglich geführten Verschlußelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ schlußelement (46, 55) wenigstens teilweise aus ma­ gnetischem, insb. permanentmagnetischem Material be­ steht und mittels eines Erregerelements reversibel von einer öffnenden Stellung in eine schließende Stellung überführbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerelement eine am Strömungsrohr (44, 53) an­ geordnete elektromagnetische Spule (48, 50, 58) ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen (58) am Umfang des Strömungsrohres (53) derart angeordnet sind, daß sie mit dem Inneren des Führungskörpers (54) in Verbindung stehen.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (58) am Führungskörper (54) eingegossen sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (46, 55) die Form einer Scheibe aufweist, deren Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser der zu verschließenden Rohröffnung (47, 66) ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verschlußelement (46, 55) aus Kunststoff mit darin eingebundenen Permanentmagneten besteht.

7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (55) nur im randseitigen Bereich (56) ringförmig aus magnetischem, insbesondere permanentmagnetischem Material besteht.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Rohröffnung (47, 66) ein Dichtelement, vorzugsweise ein Dichtring (47a, 66a), angeordnet ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spulen (58) auf der dem Führungskörper (54) zugewandten Seite (59) eine ringförmige, vorzugsweise dünnwandige Folie (60), vorzugsweise eine Kunststoffolie, angeordnet ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausgangsöffnungen (51, 61) an der Zylinderwand des Führungskörpers (45, 54), eine Perforation bildend, angeordnet sind.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Führungskörper (45) in Verlänge­ rung des Strömungsrohres (44) ein Ausgangsstutzen (49) angeordnet ist.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgangsstutzen (49) ein weiteres Erregerelement, vorzugsweise eine elektromagnetische Ringspule (50), angeordnet ist.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekenn­ zeichnet durch eine am Strömungsrohr (53) angeordnete, den Führungskörper (54) kapselnde, eine Ringkammer (64) bildende Kappe (63).

14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung im Rahmen der medizini­ schen Lungendiagnostik zur Regulierung des menschlichen Atemstromes.