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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Atemausrüstungen
und insbesondere ein Zuführventil
und eine Membran für
eine pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung der Bauart, welche in
einer unterbrechbaren Fluidverbindung zwischen einem Empfänger und
wenigstens einer Druckgasquelle angeordnet ist und welche dafür vorgesehen ist,
die Verteilung des Druckgases zu dem Empfänger zu steuern, wenn der Empfänger ein-
und ausatmet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Vielen
medizinischen Patienten, welche an einer von einer Vielzahl an Lungenkrankheiten
leiden, wird oft eine zusätzliche
Sauerstofftherapie verschrieben, so dass der Patient mit Sauerstoff
angereicherte Luft während
des Tages und manchmal während
der Nacht einatmen kann. Die frühere
zusätzliche
Sauerstofftherapie hat ein Nasenkanülensystem verwendet, welches
betriebsfähig
zwischen einem Tank für
unter Druck stehenden Sauerstoff und der Nase des Patienten verbunden ist.
Dem Patienten wurde während
seines gesamten Atemzyklus kontinuierlich Sauerstoff zugeführt. Dieses
Verfahren der kontinuierlichen Zuführung von Sauerstoff zu dem
Patienten während
seines Atemzyklus wurde als unwirtschaftlich angesehen, weil sich
ein Großteil des
Sauerstoffs in die Umgebungsluft verflüchtigte. Bessere Verfahren
der Zuführung
von Sauerstoff zu dem Patienten wurden zu einem späteren Zeitpunkt entwickelt,
welche eine verbesserte Ausrüstung
aufwiesen, welche dem Patienten nur während der Einatmungsphase seines
Atemzyklus Sauerstoff zuführten. Üblicherweise
wurde bei dieser verbesserten Anordnung ein Bedarfsventil eingesetzt,
welches öffnete,
um dem Patienten nur dann zusätzlichen
Sauerstoff zuzuführen,
wenn er einatmete. Verschiedene Arten von Bedarfsventilen sind aus
dem Stand der Technik gut bekannt.
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Ein
solches Bedarfsventil ist in dem US-Patent Nr. 5,360,000 an Carter
beschrieben. Dieses Bedarfsventil ist kompakt, vereinfacht und vollständig pneumatisch.
Das Bedarfsventil, welches zwischen einer Druckgasquelle zum Beispiel
für Sauerstoff
und dem Patienten verbunden ist, weist einen Ventilkörper auf,
welcher einen Gasströmungsdurchgang
und pneumatisch verbundene Mess- und Arbeitsmembranen aufweist.
Die Arbeitsmembran ist in dem Gasströmungsdurchgang angeordnet und
verhindert, dass Gas während
der Ausatmungsphase des Atemzyklus des Patienten strömt. Während des
Einatmens, was durch die Messmembran festgestellt wird, bewegt sich
die Arbeitsmembran, um den Gasströmungs durchgang zu öffnen, wodurch
es ermöglicht wird,
dass das Gas zu dem Patienten strömt.
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Das
US-Patent Nr. 5,666,945 an Davenport beschreibt eine pneumatisch
betriebene Gasbedarfsvorrichtung, welche viele der Nachteile der
aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen umgeht. Die Vorrichtung
von Davenport beinhaltet miteinander arbeitende Zuführ- und
Messventile in unterbrechbarer Fluidverbindung zwischen einem Empfänger (oder
Patienten) und wenigstens einer ersten Druckgasquelle. Das Zuführventil
weist ein Zuführventilgehäuse mit
einem ersten, darin angeordneten Membranteil auf. In ähnlicher
Weise weist das Messventil ein Messventilgehäuse und ein zweites, darin angeordnetes
Membranteil auf. Die Vorrichtung von Davenport ist so konstruiert,
dass, wenn der Empfänger
einatmet, das zweite Membranteil eine die Strömung verursachende Position
einnimmt und das erste Membranteil eine die Strömung zuführende Position einnimmt, wodurch
dem Patienten unter Druck stehendes Atemgas zugeführt wird.
Wenn der Empfänger
ausatmet, nimmt das zweite Membranteil eine die Strömung anhaltende
Position ein und das erste Membranteil nimmt eine die Strömung blockierende Position
ein, wodurch die Zuführung
des Atemgases zu dem Empfänger
verhindert wird.
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Die
Vorrichtung von Davenport führt
die ihr zugedachten Funktionen sehr gut aus. Jedoch weist ihr Zuführ- (oder Pilot-) Ventil
eine komplizierte Konstruktion auf, ist arbeitsintensiv in der Herstellung
und anfäl lig
für Gaslecks.
Das Zuführventilgehäuse weist erste
und zweite Gehäuseteile
auf, welche zusammenarbeitende Durchgänge aufweisen, um zwischen dem
Zuführventil
und dem Messventil eine Fluidverbindung herzustellen. Nach der derzeitigen
Konstruktion müssen
sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil gebohrt oder aufgebohrt
werden, um Abschnitte eines ersten der Durchgänge zu bilden. Ein O-Ring oder ähnliche
Dichtelemente müssen
an der Verbindungsstelle der ersten Durchgangsabschnitte vorgesehen
werden, um das Lecken von Atemgas zwischen den ersten und zweiten
Gehäuseteilen
zu verhindern. Wenigstens einer der ersten und zweiten Gehäuseteile
muss des weiteren angesenkt werden, um den O-Ring aufzunehmen. Das
zweite Gehäuse
ist in radialer Richtung gebohrt oder aufgebohrt, um einen zweiten
Durchgang zu erzeugen, welcher den ersten Durchgang schneidet. Nach
der Herstellung muss der zweite Durchgang verschlossen oder auf
andere Weise von der umgebenden Atmosphäre abgedichtet werden. Durch
diese Konstruktion bildet der Stöpsel
eine weitere Stelle, von, durch oder um welche Atemgas aus dem Ventilgehäuse lecken
kann. Die vielen Herstellungsschritte des Zuführventils von Davenport machen
in Verbindung mit seinem Potential für Gaslecks an mehr als einer
Stelle das Ventil schwierig zusammenzubauen und aus dem Gesichtspunkt
der Betriebsweise nicht optimal.
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Es
besteht demzufolge ein Bedarf an einem Zuführventil für eine pneumatisch arbeitende
Gasbedarfsvorrichtung, welche eine einfache Konstruktion aufweist,
leicht hergestellt und zusammengebaut werden kann und widerstandsfähig gegenüber Gaslecks
ist.
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Die
WO-A-9741812 und die US-A-4367767 beschreiben Ventile, in welchen
der geklemmte äußere Umfang
einer Membran verwendet wird, um eine Verbindung zwischen zwei Fluiddurchgängen abzudichten.
Dies ist dort effektiv, wo die Durchgänge in unmittelbarer Nähe zu der
Ventilkammer verbunden sind, wenn jedoch eine bestimmte Trennung zwischen
den Durchgängen
und der Ventilkammer besteht, ist eine vergrößerte Membran erforderlich. Die
WO-A-9741812 stellt den nächstliegenden
Stand der Technik dar und beschreibt ein flexibles Membranelement
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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AUFGABEN UND
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zuführventil
und eine Membran für
eine pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung der Art zu schaffen,
welche in unterbrechbarer Fluidverbindung zwischen einem Empfänger/Patienten
und wenigstens einer Druckatemgasquelle zum Beispiel für Sauerstoff
verbunden ist und welche in der Lage ist, die Zuführung von
Sauerstoff oder anderem Atemgas zu dem Empfänger/Patienten zu steuern,
wenn der Patient einatmet und ausatmet, wobei die Verschwendung
von Atemgas minimiert werden soll.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zuführventil
und eine Membran für eine
pneuma tisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung zu schaffen, welche
kompakt, einfach in der Konstruktion, widerstandsfähig gegenüber Lecks
ist und welche in einfacher und kosteneffektiver Weise konstruiert
werden kann.
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Eine
pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung ist typischerweise
in unterbrechbarer Fluidverbindung zwischen einem Empfänger (oder
Patienten) und einer ersten Quelle eines ersten Druckgases verbunden
und ist dafür
vorgesehen, die Zuführung
des ersten Gases zu dem Empfänger
zu steuern, wenn der Empfänger
einatmet und ausatmet. In seiner allgemeinsten Form weist eine solche
Vorrichtung, wie diejenige, die in dem US-Patent Nr. 5,666,945 an Davenport beschrieben
ist, ein Zuführventil
und ein Messventil auf. Das Zuführventil
weist ein Zuführventilgehäuse und
ein erstes, flexibles Membranteil auf. Das Zuführgehäuse legt eine erste, darin
gebildete innere Kammer fest. Das erste Membranteil ist innerhalb
der ersten, inneren Kammer angeordnet und ist mit dem Zuführventilgehäuse auf eine
derartige Weise verbunden, dass die erste, innere Kammer in einen
Zuführkammerbereich
und einen Steuerkammerbereich geteilt wird. Der Zuführkammerbereich
steht in unterbrechbarer Fluidverbindung mit und zwischen der ersten
Quelle des ersten Gases und dem Empfänger und der Steuerkammerbereich steht
in kontinuierlicher Fluidverbindung mit entweder der ersten Quelle
des unter Druck stehenden Gases oder einer zweiten Quelle eines
zweiten, unter Druck stehenden Gases. Das erste Membranteil ist
in der Lage, den Zu führkammerbereich
und den Steuerkammerbereich hermetisch voneinander abzudichten,
und ist in der Lage, sich zwischen einer die Strömung blockierenden Position
und einer die Strömung zuführenden
Position zu bewegen.
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Das
Messventil weist ein Messventilgehäuse und ein flexibles, zweites
Membranteil auf. Das Messventilgehäuse legt eine zweite, darin
gebildete, innere Kammer fest. Das zweite Membranteil ist innerhalb
der zweiten, inneren Kammer angeordnet und ist mit dem Messventilgehäuse auf
eine Weise verbunden, um die zweite, innere Kammer in einen Belüftungskammerbereich
und einen Messkammerbereich zu teilen. Der Belüftungskammerbereich steht in
unterbrechbarer Fluidverbindung mit und zwischen dem Steuerkammerbereich
der ersten, inneren Kammer des Zuführventils und einer Umgebungsluft
und der Messkammerbereich steht in kontinuierlicher Fluidverbindung
mit dem Empfänger. Das
zweite Membranteil ist in der Lage, den Belüftungskammerbereich und den
Messkammerbereich hermetisch voneinander abzudichten und reagiert, wenn
der Empfänger
einatmet und ausatmet, um sich zwischen einer die Strömung anhaltenden
Position und einer die Strömung
bewirkenden bzw. verursachenden Position zu bewegen. Wenn der Empfänger einatmet,
befindet sich das zweite Membranteil in der die Strömung bewirkenden
Position, wodurch entweder das erste Druckgas oder das zweite Gas
von dem Steuerkammerbereich durch den Belüftungskammerbereich und in
die Umgebungsluft strömt,
was wiederum dazu führt,
dass das erste Membranteil sich in der die Strömung fördernden Position befindet,
wodurch das erste Gas von der ersten Quelle des ersten unter Druck
stehenden Gases zu dem Empfänger
geleitet wird. Wenn der Empfänger
ausatmet, befindet sich das zweite Membranteil in der die Strömung anhaltenden
Position, wodurch verhindert wird, dass Gas von dem Steuerkammerbereich
durch den Belüftungskammerbereich
und in die Umgebungsluft strömt,
was wiederum dazu führt,
dass das erste Membranteil sich in der die Strömung blockierenden Position
befindet, wodurch die Zuführung
des ersten Gases zu dem Empfänger
verhindert wird.
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Die
pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung weist normalerweise
auch einen Reglermechanismus auf, welcher zwischen und in unterbrechbarer
Fluidverbindung mit der ersten Quelle des ersten Gases und dem Zuführkammerbereich
des Zuführventils
angeordnet ist. Der Reglermechanismus, wie derjenige, der in dem
US-Patent Nr. 5,666,945 an Davenport beschrieben ist, kann eingestellt
werden und weist vorzugsweise ein Reglergehäuse, eine flexible Reglermembran
und eine Ventilanordnung auf. Das Reglergehäuse legt in seinem Inneren
eine Reglerkammer fest. Die Reglermembran ist innerhalb der Reglerkammer
angeordnet und ist mit dem Reglergehäuse auf eine Art und Weise
angeordnet, um die Reglerkammer in einen Belüftungsreglerkammerbereich,
welcher in kontinuierlicher Fluidverbindung mit der Umgebungsluft
steht, und einen Zuführreglerkammerbereich
zu unterteilen, welcher in unterbrechbarer Fluidverbindung zwischen
der ersten Quelle des ersten Druckgases und dem Zuführkammerbereich
des Zuführventils
steht. tils steht. Die Reglermembran ist dafür vorgesehen, den Belüftungsreglerkammerbereich
und den Zuführreglerkammerbereich
hermetisch voneinander abzudichten.
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Die
Ventilanordnung ist betriebsfähig
mit der Reglermembran verbunden und ist innerhalb des Zuführreglerkammerbereichs
angeordnet. Die Ventilanordnung ist zwischen einer geschlossenen
Stellung und einer geöffneten
Stellung betreibbar. In der geschlossenen Stellung ist ein stromaufwärts gerichteter
Abschnitt des Zuführreglerkammerbereichs
in Fluidisolation mit einem stromabwärts gerichteten Abschnitt des
Zuführreglerkammerbereichs.
In dem geöffneten
Zustand ist der stromaufwärts
gerichtete Abschnitt des Zuführreglerkammerbereichs
in Fluidverbindung mit dem stromabwärts gerichteten abschnitt des
Zuführreglerkammerbereichs.
Die Ventilanordnung ist elastisch und nachgiebig gegenüber der
Reglermembran in der geschlossenen Stellung vorgespannt und die
Reglermembran ist elastisch und nachgiebig gegenüber der Ventilanordnung in der
geöffneten
Stellung vorgespannt. Wenn ein erster Gasdruck des ersten Gases
einen Gasschwellendruckwert in dem stromabwärts gerichteten Abschnitt des
Zuführreglerkammerbereichs
erreicht, befindet sich die Ventilanordnung in der geschlossenen
Stellung. Wenn der erste Gasdruck geringer als der Gasschwellendruckwert
ist, befindet sich die Ventilanordnung in der geöffneten Stellung. Wenn eine
Vielzahl von Druckgasen durch die Vorrichtung gefördert werden,
sind das erste Gas und das zweite Gas Sauerstoff und aus diesem
Grund können
das erste Gas und das zweite Gas dieselben sein. Wenn das erste und
das zweite Gas dieselben sind, kann wenigstens eine Gasquelle eine
erste Quelle und eine zweite Quelle aufweisen, welche ebenfalls,
jedoch nicht notwendigerweise, dieselben sein könnten. Das erste Gas und das
zweite Gas können
unterschiedlich voneinander sein. Falls dies der Fall ist, müssen auch
die erste Quelle und die zweite Quelle unterschiedlich voneinander
sein. Das erste Gas und das zweite Gas werden entweder von unterschiedlichen
oder von derselben einer Gruppe von Gasen ausgewählt, welche aus Sauerstoff,
Distickstoffoxid, Luft und anderen Arten von Gasen besteht.
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Das
Zuführventil
der vorliegenden Erfindung vermeidet mehrere der Herstellungs- und
Zusammenbauschritte, welche bei bisher existierenden Zuführventilkonstruktionen
für pneumatisch
arbeitende Gasbedarfsvorrichtungen notwendig waren. Des weiteren
führt es
zu einer Ventilkonstruktion, welche mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit
unter Druck stehendes Atemgas als bestehende Zuführventile leckt.
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Das
Zuführventil
der vorliegenden Erfindung ist definiert durch Anspruch 3 und weist
ein flexibles Membranteil auf, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Das
Zuführventil-Membranteil
teilt die innere Kammer in einen Zuführkammerbereich und einen Steuerkammerbereich
auf, und zwar auf eine Art und Weise, die im allgemeinen ähnlich zu
der derjenigen ist, die in dem Patent von Davenport beschrieben
ist. Jedoch schlägt
die vorliegende Erfindung anstelle des Schneidens von ersten und
zweiten gebohrten Zuführventildurchgängen, welche
auf verschiedene Arten mit O-Ringen, Stöpseln oder anderen Dichteinrichtungen
abgedichtet sind, eine vereinfachte Zuführventilkonstruktion vor. Insbesondere
weist das Ventil ein Membranteil auf, welches eine radiale Erstreckung
oder einen gebogenen Bereich aufweist, und ist in einer entsprechend
geformten Vertiefung an der Schnittstelle der Gehäuseteile
des ersten und zweiten Ventils aufgenommen. Der gebogene Bereich
der Membran weist eine Öffnung
zur Ermöglichung
einer Fluidverbindung zwischen einem ersten, in dem ersten Gehäuseteil
vorgesehenen Durchgang und einem zweiten, in dem zweiten Gehäuseteil
vorgesehenen Durchgang auf. Anstelle einer sich radial nach außen zu der
Umfangsfläche
des zweiten Gehäuseteils
erstreckenden Bohrung, welche nach der Herstellung verschlossen
oder auf andere Art und Weise abgedichtet werden muss, ist der zweite Durchgang
vorzugsweise als eine kanalartige Nut oder Schlitz ausgebildet,
welcher sich nicht bis zu dem Umfang des zweiten Gehäuseteils
erstreckt.
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Die
Formen und Anordnungen der Membran und des zweiten Durchgangs sind
derart, dass, wenn das Zuführventilgehäuse montiert
ist, keine zusätzlichen
Dichteinrichtungen erforderlich sind, um ein ausreichendes Abdichten
der ersten und zweiten Durchgänge
gegen das Lecken von Gas zu bewirken. Die Gehäuseteile können gegossen sein, um die gewünschte Membranvertiefung
und die zweite Durchgangsanordnung aufzuweisen. Alternativ können die
gewünschten
Konturen dieser Räume
nach der Herstellung der Gehäuseteile
unter Verwendung einfa cher Bearbeitungstechniken und -ausrüstung, die
aus dem Stand der Technik bekannt sind, erreicht werden.
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Andere
Details, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
deutlicher, wie die nachfolgende Beschreibung der zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen
und zur Zeit bevorzugten Verfahren des Durchführens der Erfindung zeigt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele derselben
deutlicher, welche nur beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt sind, wobei:
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1a eine teilweise schematische, teilweise
Vorderansicht im Querschnitt einer konventionellen, pneumatisch
arbeitenden Gasbedarfsvorrichtung ist, welche zwischen und in Fluidverbindung
mit einer Druckgasquelle und einem Empfänger verbunden dargestellt
ist, wobei ein Zuführventil
sich in einer die Strömung
blockierenden Position und ein Messventil in einer die Strömung anhaltenden
Position dargestellt ist, wenn der Empfänger ausatmet;
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2 ist
eine Ansicht der Vorrichtung aus 1, wobei
sich das Zuführventil
in einer die Strömung
zuführenden
Position und das Mess ventil in einer die Strömung erzeugenden Position befinden, wenn
der Empfänger
ausatmet;
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3a ist
eine Explosionsdarstellung eines konventionellen Zuführventils
für eine
pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung;
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3b ist
eine geschnittene Vorderansicht des Zuführventils von 3a in
einem zusammengebauten Zustand;
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4a ist
eine Explosionsdarstellung eines Zuführventils, welches gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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4b ist
eine geschnittene Vorderansicht des Zuführventils von 4a in
einem zusammengebauten Zustand; und
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5 ist
eine teilweise schematische, teilweise Vorderansicht einer intermittierenden
Gaszuführvorrichtung,
welche in Verbindung mit einem Vernebler verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Zuführventil und eine Membran für eine pneumatisch
arbeitende Gasbe darfsvorrichtung der Art, welche in unterbrechbarer
Fluidverbindung zwischen einem Empfänger und einer Quelle für unter
Druck stehenden Sauerstoff verbunden und dafür vorgesehen ist, die Zuführung von
Sauerstoff zu dem Empfänger
zu steuern, wenn der Empfänger
einatmet und ausatmet. Obwohl die typische pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung
zur Zuführung
von Sauerstoff zu einem Empfänger/Patienten
gut geeignet ist, würde
ein Fachmann es begrüßen, dass
eine solche Vorrichtung auch dafür
vorgesehen sein und verwendet werden kann, andere Arten von Gasen,
wie zum Beispiel Distickstoffoxid an Empfänger zu verteilen. Des weiteren
kann das vorliegende Zuführventil
und die Membran mit pneumatisch arbeitenden Gasbedarfsvorrichtungen
verwendet werden, wie zum Beispiel derjenigen, die in dem Patent
von Davenport beschrieben ist, welche entweder mit einem einzelnen Gas,
wie zum Beispiel Sauerstoff, oder mit zwei Gasen, wie zum Beispiel
Sauerstoff oder einfache Druckluft, oder andere Arten von Gasen
fördern
und mit denselben betrieben werden kann. Es soll des weiteren herausgestellt
werden, dass das vorliegende Zuführventil
in einer intermittierenden Gaszuführvorrichtung für einen
Vernebler verwendet werden kann.
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Wie
im allgemeinen in den 1 und 2 eingeführt, ist
eine konventionelle, pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 in
unterbrechbarer Fluidverbindung zwischen einem Empfänger 12 und
wenigstens einer Quelle 14 für unter Druck stehendes Atemgas,
wie zum Beispiel Sauerstoff, verbunden. Eine konventionelle Lei tung 16 verbindet
die pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 mit
der Quelle 14 und eine geteilte Nasenkanülenanordnung 18 verbindet
die pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 und
den Empfänger 12. Eine
Doppelhohlraum-Nasenkanülenanordnung (nicht
dargestellt) kann ebenfalls verwendet werden und ist aus dem Stand
der Technik gut bekannt und es besteht die Ansicht, dass keine zusätzliche
Beschreibung derselben erforderlich ist, um die vorliegende Erfindung
in die Praxis umzusetzen. Ein erster Hohlraum 20 einer
Doppelhohlraum-Nasenkanülenanordnung 18 ist
zwischen der pneumatisch arbeitenden Gasbedarfsvorrichtung 10 und
dem Empfänger 12 verbunden,
um Sauerstoff zu einer Nase 22 des Empfängers zu leiten. Ein zweiter
Hohlraum 26 ist zwischen der pneumatisch arbeitenden Gasbedarfsvorrichtung 10 und
der Kanüle 18 verbunden,
um als eine Leitung zu wirken, so dass der Einatmungsdruck und der
Ausatmungsdruck zu und von dem Empfänger 12 zu und von
der pneumatisch arbeitenden Gasbedarfsvorrichtung 10 gefördert werden
kann. Als ein Ergebnis ist die pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 dafür vorgesehen,
die Verteilung von gasförmigem
Sauerstoff zu dem Empfänger 12 zu steuern,
wenn der Empfänger
ein- und ausatmet.
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Des
weiteren weist, unter Bezugnahme auf die 1 und 2,
die pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 ein
Zuführventil 28 und
ein Abtast- bzw. Messventil 30 auf. Das Zuführventil 28 weist
ein Zuführventilgehäuse 32 und
ein flexibles, erstes Membranteil 34 auf. Das Zuführventilgehäuse 32 definiert
eine ers te, innere Kammer 36, welche darin gebildet ist.
Das flexible, erste Membranteil 34 ist innerhalb der ersten,
inneren Kammer 36 angeordnet und ist mit dem Zuführventilgehäuse 32 auf
eine Art und Weise verbunden, um die erste, innere Kammer 36 in
einen Zuführkammerbereich 38 und
einen Steuerkammerbereich 40 aufzuteilen. Der Zuführkammerbereich 38 steht
in unterbrechbarer Fluidverbindung mit und zwischen der Quelle 14 des
unter Druck stehenden Sauerstoffes und des Empfängers 12. Durch die
gesamte vorliegende Beschreibung wird die Bezeichnung „unterbrechbare
Fluidverbindung" verwendet
und „unterbrechbare
Fluidverbindung" bedeutet
lediglich beispielhaft, dass manchmal der Zuführkammerbereich 38 in
Fluidverbindung mit der Quelle 14 steht, während zu
anderen Zeiten der Zuführkammerbereich 38 nicht
in Fluidverbindung mit der Quelle 14 steht. Der Steuerkammerbereich 14 steht
in kontinuierlicher Fluidverbindung mit der Quelle 14 für unter
Druck stehenden Sauerstoff. Das erste Membranteil 34 ist
in der Lage, den Zuführkammerbereich 38 und
den Steuerkammerbereich 40 hermetisch voneinander abzudichten.
Zusätzlich
ist das erste Membranteil 34 in der Lage, sich zwischen einer
die Strömung
blockierenden Position, wie in 1 dargestellt,
und einer die Strömung
zuführenden
Position, wie in 2 dargestellt, zu bewegen.
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Das
Messventil 30 weist ein Messventilgehäuse 42 und ein flexibles,
zweites Membranteil 44 auf. Das Messventilgehäuse 42 definiert
eine zweite, innere Kammer 46, welche darin gebildet ist.
Das zweite Membranteil 44 ist innerhalb der zweiten, inneren
Kammer 46 angeordnet und ist mit dem Messventilgehäuse 42 auf
eine Art und Weise verbunden, um die zweite, innere Kammer 46 in
einen Belüftungskammerbereich 48 und
einen Messkammerbereich 50 zu teilen. Der Belüftungskammerbereich 48 steht
in unterbrechbarer Fluidverbindung mit und zwischen dem Steuerkammerbereich 40 der
ersten, inneren Kammer 36 des Zuführventils 28 und einer Umgebungsluft 52 durch
eine Entlüftungsleitung 54. Der
Messkammerbereich 50 steht in kontinuierlicher Fluidverbindung
mit dem Empfänger 12.
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Der
zweite Membranteil 44 ist in der Lage, den Belüftungskammerbereich 48 und
den Messkammerbereich 50 hermetisch voneinander abzudichten.
Des weiteren reagiert der zweite Membranteil 44, wenn der
Empfänger 12 einatmet
und ausatmet, indem er sich zwischen einer die Strömung anhaltenden
Position, wie in 1 dargestellt, und einer die
Strömung
bewirkenden Position, wie in 2 dargestellt,
bewegt. Wie am besten in 3 dargestellt ist, befindet
sich der zweite Membranteil 44 in der die Strömung bewirkenden
Position, wenn der Empfänger 12 einatmet,
wodurch Sauerstoff (dargestellt durch die einzelnen Pfeile mit durchgezogenen Linien)
dazu gebracht wird, von dem Steuerkammerbereich 40 durch
den Belüftungskammerbereich 48 und
in die Umgebungsluft 52 zu strömen. Dem gegenüber bewirkt
das zweite Membranteil 44, wenn es sich in der die Strömung bewirkenden
Position befindet, dass sich das erste Membranteil 34 in
der die Strömung
zuführenden
Position befindet, wodurch Sauerstoff (dargestellt durch die gestrichelten
Pfeile) von der Quelle 14 für unter Druck stehenden Sauerstoff
zu dem Empfänger 12 zugeführt wird.
Wie in 2 dargestellt ist, wenn der Empfänger 12 ausatmet,
das zweite Membranteil 44 in der die Strömung anhaltenden
Position, wodurch verhindert wird, dass Sauerstoff von dem Steuerkammerbereich 40 durch den
Belüftungskammerbereich 48 in
die Umgebungsluft 52 strömt, was wiederum bewirkt, dass
der erste Membranteil 34 sich in seiner die Strömung blockierenden
Position befindet, wodurch das Zuführen von Sauerstoff zu dem
Empfänger 12 verhindert
wird.
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Das
Zuführventil 28 weist
eine Zuführrohrrippe 56 und
eine Zuführventilfeder 58 auf.
Die Zuführrohrrippe 56 ist
innerhalb des Zuführkammerbereichs 38 des
Zuführventils 28 angeordnet
und weist einen Zuführsitz 60 auf,
welcher eine Zuführöffnung einer Rohrrippenleitung 64 festlegt.
Die Rohrrippenleitung 64 stellt eine Fluidverbindung in
den Zuführkammerbereich 38 her.
Der Zuführsitz 60 weist
eine derartige Größe auf und
ist dafür
vorgesehen, die Sperrseite des ersten Membranteils 34 in
einer fluiddichten Beziehung zu kontaktieren, wenn sich das Zuführventil 28 in
der die Strömung
blockierenden Position befindet, wie in 1 dargestellt.
Des weiteren befindet sich, wie in 2 dargestellt,
der erste Membranteil 34 in einer beabstandeten, gegenüberliegenden
Beziehung mit der Zuführöffnung der
Rohrrippenleitung 64, wenn das Zuführventil 28 sich in
der die Strömung
zuführenden
Position befindet. Die Zuführventilfeder 58 ist
innerhalb des Zuführkammerbereichs 38 angeordnet
und umgibt die Zu führrohrrippe 56. Die
Zuführventilfeder 58 ist
dafür vorgesehen,
das erste Membranteil 34 nachgiebig in die die Strömung zuführende Position
zu drücken.
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Das
Messventil 30 weist ein Messventilsitzteil 66 und
eine Messventileinstellanordnung 68 auf. Das Messventilsitzteil 66 ist
innerhalb des Belüftungskammerbereichs 48 angeordnet
und erstreckt sich in denselben. Das Messventilsitzteil 66 weist
einen Messventilsitz 70 auf, welcher eine Strömungsöffnung in
eine Zuführventilleitung 74 festlegt.
Die Zuführventilleitung 74 stellt
eine Fluidverbindung in den Belüftungskammerbereich 48 des
Messventils 30 her. Der Messventilsitz 70 weist
eine derartige Größe auf und
ist dafür
vorgesehen, das zweite Membranteil 44 in einer fluiddichten
Beziehung entfernbar zu kontaktieren, wenn das Messventil 30 sich
in seiner die Strömung
anhaltenden Position befindet, wie in 1 dargestellt.
Die Strömungsöffnung der
Zuführventilleitung 74 ist
in einer beabstandeten, gegenüberliegenden
Beziehung zu dem zweiten Membranteil 44, wenn sich das
Messventil 30 in der die Strömung bewirkenden Position befindet,
wie in 2 dargestellt.
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Die
Messventileinstellungsanordnung 68 weist eine Einstellschraube 78 und
eine Messventilfeder 80 auf. Die Einstellschraube 78,
welche mittels eines Gewindes in das Messventilgehäuse 42 montiert
ist, erstreckt sich in den Messkammerbereich 50 und ist
von außerhalb
des Messventilgehäuses 42 zugänglich.
Die Messventilfeder 80 ist innerhalb des Messkammerbereichs 50 angeordnet und
steht in Kontakt mit und zwischen der Einstellschraube 78 und
dem zweiten Membranteil 44. Die Messventilfeder 80 bringt
eine nachgiebige Vorspann- bzw. Druckkraft „F", wie in 1 dargestellt,
auf das zweite Membranteil 44 gegen den Messventilsitz 70 auf, um
das zweite Membranteil elastisch in die die Strömung anhaltende Position vorzuspannen.
Wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist, erhöht das Drehen
der Einstellschraube 78 in einer ersten Richtung „d1" die
Druckkraft „F" und das Drehen der Einstellschraube 78 in
einer zweiten Richtung „d2" entgegengesetzt
zu der ersten Richtung „d1" verringert
die Druckkraft „F".
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Die
pneumatisch arbeitende Gasbedarfsvorrichtung 10 weist einen
konventionellen Reglermechanismus 82 (symbolisch gezeichnet),
ein Versorgungsöffnungselement 86 (symbolisch
gezeichnet) und ein Pilotöffnungselement 88 (symbolisch
gezeichnet) auf. Der Reglermechanismus 82 würde zwischen
und in unterbrechbarer Fluidverbindung mit der Quelle 14 des
unter Druck stehenden Sauerstoffs und dem Zuführkammerbereich 38 des
Zuführventils 28 stehen.
Wenn sie gemäß dem Patent
von Davenport konstruiert wäre,
würde die
Vorrichtung 10 auch eine nicht dargestellte Boluskammerstruktur
beinhalten, welche in derselben eine innere Kammer festlegen würden. Die
Boluskammerstruktur würde
zwischen und in Fluidverbindung mit dem Reglermechanismus 82 und
dem Zuführkammerbereich 38 des Zuführventils 28 stehen.
Falls die Boluskammerstruktur vorhanden ist, wäre das Versorgungsöffnungselement 86 zwischen
dem Reglerme chanismus 82 und der Boluskammerstruktur angeordnet.
Das Pilotöffnungselement 88 ist
zwischen der Quelle 14 für den unter Druck stehenden
Sauerstoff und dem Steuerkammerbereich 40 des Zuführventils 28 angeordnet. Nur
beispielhaft und nicht zur Beschränkung sind das Pilotöffnungselement 88 und
das Versorgungsöffnungselement 86,
wie durch die symbolischen Zeichnungen dargestellt, von einer einstellbaren,
variablen Art der Öffnung,
welche aus dem Stand der Technik im allgemeinen bekannt sind. Der
Zweck der Boluskammerstruktur ist es, zu ermöglichen, dass die Vorrichtung 10 einen
Stoß an
Sauerstoff oder einem anderen, unter Druck stehenden Atemgas mit
hoher Durchflussmenge nach dem Beginn des Einatmens ausgibt, um
die Luft in dem Atemweg des Patienten mit dem geförderten
Atemgas anzureichern.
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Die 3a und 3b stellen
gemeinsam im größeren Detail
den Aufbau des Zuführventils 28 dar.
Insbesondere ist das Zuführventilgehäuse aus ersten
und zweiten Gehäuseteilen 32a, 32b zusammengesetzt,
welche alternativ als eine Pilotplatte bzw. eine Messdüsenplatte
bezeichnet werden können.
Das flexible Membranteil 34, die Zuführrohrrippe 56, die
Zuführventilfeder 58 und
die Rohrrippenleitung sind, wie oben in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben,
angeordnet.
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Das
Messventilsitzelement 66 ist an dem unteren Ende einer
Messdüse 90 angeordnet,
welche in derselben die Zuführungsventilleitung 74 aufweist. Dem
Steuerkammerbereich 40 wird unter Druck stehendes Atemgas
von der Quelle 14 durch erste und zweite miteinander verbundene
Durchgänge 92 und 94 zugeführt, welche
jeweils in den Gehäuseteilen 32a und 32b vorgesehen
sind. Der erste Durchgang 92 weist einen ersten Bereich 92a,
der in dem Gehäuseteil 32a vorgesehen
ist, und einen zweiten Bereich 92b, der in dem Gehäuseteil 32b vorgesehen ist,
auf. Nach der Herstellung der Gehäuseteile 32a, 32b müssen beide
Gehäuseteile
gebohrt oder aufgebohrt werden, um den ersten Durchgang 92 zu
erzeugen. Der zweite Gehäuseteil 32 ist
auch radial von seiner äußeren Umfangsfläche nach
innen gebohrt, um den zweiten Durchgang 94 zu bilden, welcher
den ersten Durchgang 92 schneidet. Entweder das erste Gehäuseteil 32a oder,
wie dargestellt, das zweite Gehäuseteil 32b müssen auch
angesenkt werden, um einen Behälter 98 zum
Aufnehmen einer elastomeren Dichtungseinrichtung 100, wie
zum Beispiel einen konventionellen O-Ring oder ähnliches, zu schaffen. Der
Zweck des O-Rings 100 ist es, Gasleckagen durch die anliegenden
Flächen
der Gehäuseteile 32a, 32b zu
widerstehen, welche aus der Verbindungsstelle zwischen den ersten
und zweiten Bereichen 92a, 92b des ersten Durchgangs 92 austreten können.
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Der
zweite Durchgang 94 muss mittels eines Stöpsels 102 geschlossen
werden, um den zweiten Durchgang von der umgebenden Atmosphäre abzudichten.
Der Stöpsel 102 kann
eine Metallkugel oder ein konischer Metallstöpsel, der in den zweiten Durchgang
eingepresst wird, ein mit einem Gewinde versehener, selbst abdichtender
Stöpsel
oder eine andere geeignete Dichtungseinrichtung sein. Die vielen
Teile und Herstellungs- und Mon tageschritte komplizieren die Konstruktion
des Zuführventils 28.
Des weiteren erfordern die beiden ersten und zweiten Durchgänge 92, 94 zusätzliche
Dichteinrichtungen, um einer Leckage von unter Druck stehendem Atemgas
aus dem Zuführventil
zu widerstehen. Die Herstellung und Installation dieser zusätzlichen
Teile erhöht
des weiteren die Kosten und die Komplexität der Montage des Ventils.
Zusätzlich
erzeugt ihre Anwesenheit in dem Zuführventil 28 eine Vielzahl
von Stellen, aus denen Gas während
des Betriebs des Ventils lecken kann.
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Die 4a und 4b stellen
ein Zuführ- oder
Pilotventil 28' dar,
welches gemäß einer
derzeit bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Das Zuführventil 28' weist ein Gehäuse auf,
welches aus ersten und zweiten Gehäuseteilen 32a' und 32b' ausgebildet
ist, welche alternativ als eine Pilotplatte bzw. eine Messdüsenplatte
bezeichnet werden können.
Das Zuführventil 28' weist des weiteren
ein flexibles Membranteil 34 auf, welches aus Gummi, Silikongummi,
EDPM, Neopren oder einem anderen elastomeren Material gebildet sein
kann, welches in der Lage ist, zu der gewünschten Form und Funktion,
wie hierin beschrieben, geformt zu werden. Der Membranteil 34' weist einen zentralen
Dichtungsteil 104 von vorzugsweise, jedoch nicht notwendiger
Weise, im wesentlichen kreisförmiger
Konfiguration auf. Wenn das flexible Membranteil in einer inneren
Kammer des Zuführventilgehäuses angeordnet
ist, wie in 4b dargestellt, teilt der zentrale
Dichtungsteil 104 des Membranteils 34' die innere
Kammer in einen Zuführkammerbereich 38' und einen Steuerkammerbereich 40'. Eine Zuführventilfeder 56' ist in dem
Zuführkammerbereich 38' angeordnet
und umgibt eine Zuführrohrrippe 58'. Die Zuführventilfeder 56' ist in der
Lage, den zentralen Dichtungsteil 104 des Membranteils 34' nachgiebig
in eine die Strömung
zuführende
Dosition ähnlich
des ersten Membranteils 34, welches in 2 dargestellt
ist, zu drücken.
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In
sämtlichen
anderen Beziehungen sind der Zuführkammerbereich 38', der Steuerkammerbereich 40' und die Elemente 56', 58', 64', 66', 74' und 90' des Zuführventils 28' vorzugsweise ähnlich in
ihrer Konstruktion und Funktion zur ihren Gegenstücken in
den 3a und 3b und
werden daher hierin nicht detaillierter beschrieben, außer wo es notwendig
ist, um den Leser mit einem ausreichenden Verständnis für die Erfindung zu versorgen.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weisen die ersten und zweiten Gehäuseteile 32a', 32b' jeweilige,
miteinander zusammenarbeitende, erste und zweite Durchgänge 92' und 94' auf. Die ersten
und zweiten Durchgänge 92', 94' erzeugen eine
Fluidverbindung von dem Zuführventil 28' zu einem nicht
dargestellten Messventil (dessen oberes Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil 32b' zusammenfallen
kann und welches bezüglich
seiner Konstruktion und Funktion ähnlich zu dem oben beschriebenen
Messventil 30 sein kann) oder einem Zuführrohr, wie zum Beispiel dem
Zu führrohr 516,
welches im folgenden in Verbindung mit der intermittierenden Gaszuführvorrichtung 510 beschrieben
wird, welche in 5 dargestellt ist. Die ersten
und zweiten Durchgänge 92', 94' unterscheiden
sich von den ersten und zweiten Durchgängen 92 und 94 (3a und 3b)
in verschiedenerlei Hinsicht.
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Zum
Beispiel ist der erste Durchgang 92' als eine einzelne Bohrung gebildet,
welche sich nur durch das erste Gehäuseteil 32a' erstreckt,
wohingegen der erste Durchgang 92 erste und zweite Bereiche 92a, 92b aufweist,
welche sowohl in dem ersten Gehäuseteil 32a als
auch in dem zweiten Gehäuseteil 32b vorhanden
sind. Weil der erste Durchgang 92' als eine einzelne Bohrung in dem
ersten Gehäuseteil 32a' gebildet ist,
wird die Notwendigkeit, einen Behälter und eine Dichtungseinrichtung,
wie zum Beispiel das Element 98 (3a) und
eine Dichtungseinrichtung 100 (3a und 3b),
um die Abdichtung der Verbindungsstelle eines ersten Durchgangs
mit zwei Bereichen, wie zum Beispiel dem Durchgang 92,
ausgeräumt.
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Des
weiteren ist der zweite Durchgang 94' im Gegensatz zu dem zweiten Durchgang 94 des
Zuführventils 28,
welcher sich zu dem Umfang des zweiten Gehäuseteils 32b erstreckt,
als ein Kanal konfiguriert, welcher in seiner Gesamtheit innerhalb des
Umfangs des zweiten Gehäuseteils 32b' liegt. Weil
der zweite Durchgang 94' nicht
den äußeren Umfang
des zweiten Gehäuseteils 32b' erreicht, ist kein
zusätzlicher
Stöpsel
oder eine andere Einrichtung, wie zum Beispiel der Stöpsel 102 der 3a und 3b,
erforderlich, um den zweiten Durchgang 94' von der umgebenden Atmosphäre abzudichten.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist das Membranteil 34' zusätzlich zu
dem zentralen Dichtungsteil 104 eine Einrichtung, welche
einteilig mit dem zentralen Dichtungsteil ist, zum Ermöglichen
der Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchgängen 92', 94' und zum Abdichten
der ersten und zweiten Durchgänge
gegen Gasleckage auf. Diese Einrichtung, welche in ihrer Gesamtheit
durch das Bezugszeichen 106 in 4a bezeichnet
ist, weist einen Vorsprung oder einen gebogenen Teil auf, welcher sich
von dem Umfangsrand der zentralen Dichtungszone 104 nach
außen
erstreckt. Die Einrichtung 106 weist eine Öffnung 108 auf,
welche es ermöglicht, dass
Atemgas von dem ersten Durchgang 92' zu dem zweiten Durchgang 94' strömen kann.
Die Ventilmembran 34' kann
in einer entsprechend geformten Vertiefung 110, welche
in dem ersten Gehäuseteil 32' oder, wie dargestellt
und bevorzugt, dem zweiten Gehäuseteil 94' vorgesehen
ist, aufgenommen sein.
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Die
Gehäuseteile 92', 94' können gegossen sein,
um die gewünschte
Membranvertiefung 110 und den zweiten Durchgang 94' zu beinhalten.
Alternativ können
die gewünschten
Konturen dieser Räume
nach der Bildung der Gehäuseteile 92', 94' unter Verwendung
einfacher Bearbeitungstechniken und -ausrüstung, welche aus dem Stand
der Technik bekannt sind, erreicht werden. Wie am besten in 4 zu
erkennen ist, erzeugen die mit einander zusammenarbeitenden Formen
der Gehäuseteile 32a', 32b' und des Membranteils 34' (einschließlich der
Einrichtung 106) ein Zuführventil, welches einfach und ökonomisch
herzustellen und zu montieren ist und welches auch sehr widerstandsfähig gegenüber Leckagen
von unter Druck stehendem Atemgas während des Betriebs ist, im
Gegensatz zu bislang aus dem Stand der Technik bekannten Zuführventilen.
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Wie
in 5 dargestellt, wird auch erwägt, dass Bauteile der pneumatisch
arbeitenden Gasbedarfsvorrichtung der 1 und 2 mit
anderen Bauteilen kombiniert werden können, um eine intermittierende
Gaszuführvorrichtung 110 zu
konstruieren. Eine solche intermittierende Gaszuführ- bzw. Gasliefervorrichtung
könnte
zum Beispiel mit einem Vernebler verwendet werden, wie demjenigen,
der in dem US-Patent Nr. 5,584,285 an Choa et. al. beschriebenen.
Andere Vernebler sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt
und können
verwendet werden, wenn sie mit einer Messstruktur oder einer zusätzlichen
Messvorrichtung für
die Einatmung ausgestattet sind. Die Elemente der Vorrichtung 110, welche
dieselben oder ähnliche
Bezugszeichen wie die Elemente der Vorrichtung 10 aufweisen,
die in den 1 und 2 dargestellt
sind, können
als strukturell und funktional äquivalent
zu ihren Gegenstücken
in diesen Figuren angesehen werden und werden aus diesem Grund in
Verbindung mit 5 nicht im Detail beschrieben,
mit Ausnahme von dort, wo es notwendig ist, um ein ausreichendes
Verstehen der Erfindung zur Verfügung
zu stellen.
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Die
intermittierende Gasliefervorrichtung 110 ist vorzugsweise
in Fluidverbindung zwischen der Quelle 14 von unter Druck
stehendem Gas, wie zum Beispiel Luft oder Sauerstoff, und einem
Vernebler 112 zwischen ersten und zweiten Hohlräumen 20, 26 auf
die dargestellte Art und Weise verbunden. Ein Einatmen des Benutzers
durch das Mundstück 114 des
Verneblers 112 bewirkt, dass das Zuführventil 28 und das
Messventil 30 einen Gasstrom zu dem Vernebler 112 zur
Verfügung
stellen. Während
des Einatmens erzeugt der Vernebler 112 einen feinnebligen Streifen
eines ein Medikament beinhaltenden Aerosols mittels des unter Druck
stehenden Gases, welches den Vernebler durch den ersten Hohlraum 20 betritt,
und des aerosolierenden, flüssigen
Medikaments 116, welches in dem Vernebler enthalten ist. Das
Ausatmen durch den Benutzer bewirkt, dass das Zuführventil 28 und
das Messventil 30 die Gasströmung zu dem Vernebler 112 beenden,
wodurch die Aerolisierung des Medikaments 116 angehalten
wird. Durch diese Konstruktion macht die intermittierende Gasliefervorrichtung 110 einen
erheblich effektiveren Gebrauch von dem Medikament 116 als
bislang bekannte Vernebelungsvorrichtungen mit kontinuierlicher
Strömung,
welche das Medikament kontinuierlich aerosolieren und das aerosolierte
Medikament während
Atemzyklus des Benutzers verschwenderisch ventilieren.
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Obwohl
die Erfindung nur für
den Zweck der Darstellung detailliert beschrieben worden ist, ist
zu verstehen, dass diese Details ausschließlich für diesen Zweck dienen und dass
Veränderungen
daran durch Fachleute gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich
der Erfindung, welcher durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist, abzuweichen.