DE69529005T2

DE69529005T2 - Kolbenpumpe und Ausatmungsventil

Info

Publication number: DE69529005T2
Application number: DE69529005T
Authority: DE
Inventors: Carmeli Adahan
Original assignee: Individual
Current assignee: Flight Medical Innovations Ltd Lod Il
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2015-02-24
Also published as: CA2143161C; US5683232A; CN1119183C; DE69529005D1; EP0669141B1; US5484270A; JP2005199080A; CN1118699A; JP2007330821A; US6073630A; EP0669141A2; CA2143161A1; JP4456143B2; EP0669141A3; JPH08317979A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Respiratoren, zuweilen als Beatmungsgeräte bezeichnet, sind in der Eingabe von künstlicher Beatmung oder Beatmungshilfe für Patienten weit verbreitet. Beispiele für solche Geräte sind beschrieben in meinen früheren US-Patenten 4.807.616, 4.823.787 und 4.941.469.
Außerdem ist bereits aus dem US-Patent 4.493.614 eine Pumpe bekannt, die eine Gehäuse einschließt, das einen Einlass an einem Ende, einen Auslass an einem anderen Ende umfasst und ein Ventil, das am Auslass gekoppelt ist. Die gleiche Pumpe umfasst auch einen Zylinder zwischen dem Einlass und dem Auslass und enthält einen Kolben, der axial innerhalb des Zylinders hin- und herbewegt werden kann, und der das Innere des Zylinders in eine erste Kammer, die mit dem Einlass in Verbindung steht, und eine zweite Kammer unterteilt, die mit dem Auslass in Verbindung steht.
Die obige Pumpe löst nichtsdestoweniger nicht das Problem der Erhaltung eines Mechanismus mit geringer Trägheit, der eine schnelle Richtungsumkehr der Bewegung des Kolbens erlauben würde.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Kolbenpumpe gemäß Anspruch 1 bereitzustellen, die besonders in einem Beatmungsgerät nützlich ist.
Diese Merkmale erlauben der Pumpe, mit einem Mechanismus sehr geringer Trägheit konstruiert zu sein und erlauben eine sehr schnelle Richtungsumkehr des Kolbenhubs (ungefähr 5 Millisekunden). Demzufolge kann ein Respirator betrieben werden, der eine solche Pumpe einschließt, um eine sehr schnelle Atemrate, wie 150 Atemzüge per Minute bereitzustellen, wie für die Beatmung von neugeborenen Babys erforderlich ist, wie auch für langsamere Raten, die für andere Anwendungen benötigt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 17 erklärt, wie das Einwegventil, das in Anspruch 7 erklärt wird, das einem Patient erlaubt, die Umgebungsluft im Falle des Versagens des Respirators und einer inneren Verstopfung oder Einengung anzusaugen. Bei herkömmlichen Respiratoren wird ein Einwegventil, für gewöhnlich H-Ventil genannt, allgemein an die extern des Respirators befindlichen Luftversorgungsröhren des Patienten angeordnet. Durch die Bereitstellung dieses Ventils als ein integraler Teil des Koppel- Anschlussstücks, welches das Pumpengehäuse an das Ausatmungsventil koppelt, wird eine kompaktere und portablere Anordnung produziert.
Bezugnehmend auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wird gemäß Anspruch 11 ein Ausatmungsventilaufbau bereitgestellt.
Es wird zum Beispiel häufig gewünscht, während der Ausatmung einen festen niedrigen Druck in der Patientenleitung zu erhalten, so dass die Lungen des Patienten schwach aufgebläht bleiben. Auf der anderen Seite sollte der Druck auf der Leitung während der Ausatmung nicht exzessiv sein, da dies die Ausatmung behindern kann. Die vorgehenden Merkmale der Erfindung befähigen in Bezug auf eine bestimmte Situation den Druck während der Ausatmung bequem auf einen gewünschten Wert voreinzustellen.
Fig. 1 ist eine vertikale Teilansicht, die eine Form der einzeln wirkenden Pumpe veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und insbesondere in Respiratoren nützlich ist;
Fig. 1a ist eine vergrößerte fragmentierte Ansicht von Fig. 1;
Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 1, die eine dualwirkende Pumpe veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 3 ist eine longitudinale Schnittansicht, die einen Respirator veranschaulicht, die eine Form des Ausatmungsventilaufbaus einschließt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und seinen Verbindungen mit der Pumpe der Fig. 1 und 2 zeigt;
die Fig. 4 und 5 sind vergrößerte Ansichten, die zwei verschiedene Zustände des Steuerventils des Ausatmungsventilaufbaus aus Fig. 3 veranschaulichen; und
Fig. 4a und 5a sind jeweils vergrößerte fragmentarische Ansichten der Steuerventile aus den Fig. 4 und 5.
Die in der Fig. 1 veranschaulichte Pumpe ist insbesondere in Respiratoren für die Bereitstellung künstlicher Respiration oder Beatmung nützlich. Die Pumpe schließt eine Gehäuse 2 mit einem Einlassanschluss 3 an einem Ende und einem Auslassanschluss 4 an dem gegenüberliegenden Ende ein. Der Einlassanschluss 3 nimmt ein Einlass-Anschlussstück 5 auf, das mit einem Filter 6 bereitgestellt ist, der Feststoffpartikel aus der Luft, die in das Pumpengehäuse geleitet wird, entfernt. Der Auslassanschluss 4 nimmt ein Koppel-Anschlussstück 7 für die Kopplung des Auslasses an das Ausatmungsventil über einen Zuführungsschlauch auf, wie unten näher beschrieben, und wird mit einem Einwegventil 8 bereitgestellt, um Luft nur das nach auswärts gerichtete Strömen aus dem Pumpengehäuse zu gestatten.
Das Innere des Gehäuses 2 schließt einen Zylinder 10 ein, der an einer Seite durch die Endwand 11 des Gehäuses geschlossen und an dem gegenüberliegenden Ende durch eine Trennwand 12 innerhalb des Gehäuses befestigt ist. Ein Kolben 13 ist hin- und herbewegbar innerhalb des Zylinders 10 montiert, um das Innere des Zylinders in eine Einlasskammer Cl und eine Auslasskammer Co zu unterteilen. Die Einlasskammer Cl steht mit dem Einlass 3 über eine Einlassröhre 14 und eine Öffnung 15 in Verbindung, die in der festen Trennwand 12 geformt ist; wohingegen die Auslasskammer Co mit dem Auslass über das Einwegventil 8 und dem Koppel-Anschlussstück 7 in Verbindung steht.
Der Kolben 13 ist mittels eines Motors M innerhalb des Zylinders 10 axial hin- und herbewegbar, der innerhalb eines Antriebsgehäuses 16 angeordnet ist, das an der festen Trennwand 12 montiert ist. Motor M schließt einen Rotor 17 ein, der mit einer Mutter 18 befestigt ist, die drehbar durch ein drehbares Lager 19 am Antriebsgehäuse 16 über ein Gummi-Geräuschdämpfungselement 20 befestigt ist.
Die Mutter 18 nimmt über ein Gewinde eine mit einem Gewinde versehene Schraube 21 auf, die durch eine Öffnung 22 in der festen Trennwand 12 passt. Ein Ende der mit einem Gewinde versehenen Schraube 21 ist am Kolben 13 befestigt und das gegenüberliegende Ende wird über ein Gewinde innerhalb der Mutter 18 aufgenommen. Das Ende des Antriebsgehäuses 16, das dem Einlass 3 des Pumpengehäuses gegenüberliegt, ist durch eine Endwand 23 geschlossen, die integral mit einer röhrenförmigen Muffe 24 ausgebildet ist, die das Ende der mit einem Gewinde versehenen Schraube 21 aufnimmt.
Die röhrenförmige Muffe 24 ist lang genug, um die gesamte Länge der mit einem Gewinde versehenen Schraube 21 in ihrer äußerst rechten Position aufzunehmen und wird durch eine Endwand 25 geschlossen, so dass die Schraube 21 vollständig umschlossen wird und dadurch gegen Verschmutzungen von außen beschützt wird. Der innere Durchmesser der Muffe 24 ist an seinem inneren Ende vergrößert und nimmt einen Filz-Schmierdocht 26 für die kontinuierliche Schmierung der Schraube 21 auf, wenn diese innerhalb der röhrenförmigen Muffe 24 hin- und herbewegt wird.
Der Faltenbalg 27 umschließt die Schraube 21. Faltenbalg 27 ist an einem Ende an den Kolben 13 und an dem gegenüberliegenden Ende an den festen Trennwand 12 gesichert, um hierdurch den Teil der Schraube zwischen dem Kolben und der Trennwand gegen Verschmutzungen zu schützen. Der Faltenbalg 27 stellt ferner eine Dichtung für die Kammer C&sub1; bereit, um zu verhindern, dass Luft innerhalb der Kammer durch das Motorgehäuse, das nicht abgedichtet ist, nach außen entweicht.
Der Kolben 13, der seine mit einem Gewinde versehene Schraube 21 einschließt, wird für die Bewegung innerhalb des Zylinders 10 durch das vorher erwähnte drehbare Lager 19 innerhalb des Antriebsgehäuses 16 und durch eine drehbare Dichtung 28 entlang des äußeren Umfangs des Kolbens gestützt. Die Faltenbalgen 27 und Dichtung 28 erlauben sowohl die axiale als auch einige Drehbewegungen des Kolbens 13, so dass der Kolben im wesentlichen in beiden Bewegungen nicht eingeschränkt ist. Solchermaßen wird die Drehung der Mutter 18, die die Schraube 21 aufnimmt, die Schraube 21 und dadurch auch den Kolben 13 axial bewegen, und wird somit dem Kolben erlauben, in Bezug auf den Zylinder 10 ein wenig gedreht zu werden. Die letztere Funktion gleicht die Abnutzung zwischen dem Kolben 13 und dem Zylinder 10 aus.
Der Kolben 13 ist mit einer Öffnung geformt, die ein Einwegventil 30 aufnimmt, das Luft erlaubt, nur in eine Richtung zu strömen, und zwar von der Einlasskammer Ci zur Auslasskammer Co. Dieses Einwegventil, und auch das Einwegventil 8 innerhalb des Auslasses 4, das Luft erlaubt nur nach außen von der Auslasskammer Co zu fließen, kann zum Beispiel ein Regenschirmventil, das aufgrund seiner Regenschirmform so bezeichnet wird.
Ein weiteres Einwegventil 31 (siehe Fig. 1a) wird in dem Koppel-Anschlussstück 7 bereitgestellt, das am Auslassanschluss 4 des Pumpenhauses angebracht ist. Das Einwegventil 31 kann in der Form einer Ventilklappe sein, die normal vorgespannt ist, um eine Öffnung 32, die zur Umgebungsluft führt, zu verschließen, aber biegbar (nach rechts, Fig. 1 und 1a), wenn ein Unterdruck innerhalb des Koppel-Anschlussventils 7 ist, um dadurch das Innere des Koppel-Anschlussventils an die Umgebungsluft zu verbinden. Das Ventil 31 dient dadurch der gleichen Funktion wie das H-Ventil, das für gewöhnlich an den Luftzuführungsschlauch des Patienten befestigt ist, um dem Patienten zu erlauben, Umgebungsluft einzuatmen im Falle des Ausfalls des Respirators durch eine interne Blockade oder Restriktion.
Das Pumpengehäuse 2 ist weiterhin mit einem Stützfuß 33 bereitgestellt, um zu erlauben, auf jeder geeigneten horizontalen Oberfläche zu stehen.
Der Betrieb der in Fig. 1 veranschaulichten Pumpe wird aus den obigen Beschreibungen ersichtlich sein. Demnach, wenn Motor M in eine Richtung erregt ist, wird sein Rotor 17 die Mutter 18 drehen, um die Schraube 21 zu bewegen, und dadurch den Kolben 13 in eine Richtung (z. B. nach links), um die Auslasskammer Co zu berühren, wodurch die Luft raus durch das Auslass-Einwegventil 8 gedrückt wird. Während dieser Bewegung des Kolbens 13, ist sein Einwegventil 30 geschlossen, wobei dadurch verhindert wird, dass Luft in die Einlasskammer Ci aus der Auslasskammer Co dringt.
Wenn der Motor M in der entgegengesetzten Richtung erregt wird, werden die Schraube 21 und dadurch der Kolben 13 in der entgegengesetzten Richtung bewegt, z. B. nach rechts. Dies expandiert die Auslasskammer Co und zieht die Einlasskammer Ci zusammen, wobei Luft aus der Einlasskammer in die Auslasskammer über das Einwegventil 30 gesaugt wird. Das Einwegventil 8 ist geschlossen und dadurch wird nicht erlaubt, dass irgendwelche Luft aus der Auslasskammer heraus fließt.
Der Kolben 13 wird uneingeschränkt im wesentlichen für beide Bewegungen, d. h. die axiale und Drehbewegung, durch die drehbare Lager 19 und die Abdichtung 28 unterstützt. Demnach, während seiner axialen Verschiebung durch die Drehung von Mutter 18, wird es frei sein einiges an Drehbewegung zu erfahren, was insofern als vorteilhaft befunden wurde, da diese die Abnutzung um den Umfang der Abdichtung 28 herum ausgleicht, um ihre Lebensdauer zu verlängern.
Im Falle, dass der Respirator durch eine interne Blockade oder Restriktion im Respirator versagt, kann der Patient einfach durch das Einwegventils 32 im Koppel-Anschlussstück weiter einatmen, da sich das letztere Ventil durch einen Unterdruck öffnen wird, der durch das Koppel-Anschlussstück während der Einatmung unter solchen Bedingungen entsteht.
Es wird demnach zu erkennen sein, dass die Pumpe aus Fig. 1 mit jedem hin- und herbewegenden Zyklus des Kolbens 13 einen Luft-Auslasshub über den Auslassanschluss 4 produziert. Die Pumpe, die in der Fig. 1 veranschaulicht ist, ist demnach eine einfach wirkende Pumpe.
Fig. 2 veranschaulicht eine zweifach wirkende Pumpe, die im wesentlichen die selbe Konstruktion aufweist wie die aus Fig. 1, mit der Ausnahme so modifiziert zu sein, dass zwei Auslasshube in jedem hin- und herbewegenden Zyklus des Kolbens produziert werden. Um das Verständnis zu fördern, werden die Teile in der Pumpe von Fig. 2, die gleich sind mit denen aus Fig. 1, die gleichen Bezugszeichen tragen.
Die zweifach wirkende Pumpe, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, schließt außerdem zu den Teilen, die gemeinsam mit der Pumpe aus der Fig. 1 wie oben beschrieben sind, auch eine Einlassleitung 40 ein, die den Einlass 3 mit den beiden Kammern Ci und Co verbindet und eine Auslassleitung 41, die den Auslass 4 mit den beiden Kammern Ci und Co verbindet. Der Auslass 4 schließt das Einwegventil 8 ein, wie das in der Fig. 1 veranschaulichten einfach wirkenden Pumpe, das nur einen Luftstrom nach außen von der Auslasskammer Co zu dem entsprechenden Ende der Auslassröhre 41 erlaubt. Das letztere Ende der Röhre 41 dient der gleichen Funktion wie das Auslass-Koppel-Anschlussstück 7 in der Fig. 1 und wir mit dem Einwegventil 42 bereitgestellt, das normalerweise das Entlüftungsloch 32 schließt. Ein anderes Einwegventil 42 wird auf dem gegenüberliegenden Ende der Auslassleitung 41 bereitgestellt, das mit der Einlasskammer Ci verbunden ist, und wobei nur eine Luftausfluss von dieser Kammer zu der Auslassleitung erlaubt wird.
Der Kolben 13 in der zweifach wirkenden Pumpe, wie in der Fig. 2 veranschaulicht, schließt kein Einwegventil ein. Statt, dessen, schließt die Pumpe aus Fig. 2 ein Einwegventil 43 an einem Ende der Einlassleitung 40 ein, das nur einen Luftfluss in die Einlasskammer Ci erlaubt und an dem gegenüberliegenden Ende der Einlassleitung 40 ein zweites Einwegventil 44, das nur einen Luftfluss in die Auslasskammer Co erlaubt.
Es wird gesehen werden, dass die zweifach wirkende Pumpe, wie in der Fig. 2 veranschaulicht, in der gleichen Art und Weise betrieben wird, wie die einfach wirkende Pumpe, die in der Fig. 1 veranschaulicht ist, mit der Ausnahme, dass sie zwei Pumpenhube für jede hin- und herbewegenden Zyklus des Kolbens 13 zur Verfügung stellt.
Fig. 3 veranschaulicht den Respirator, der eine Pumpe P einschließt und einen Ausatmungsventilaufbau für die Luftzuführung für den Patienten, die durch die Pumpe produziert wird. Die Pumpe P kann entweder die einfach wirkende Pumpe aus Fig. 1 oder die zweifach wirkende Pumpe aus Fig. 2 sein. Für Beispielszwecke wird die zweifach wirkende Pumpe aus der Fig. 2 benutzt und unten beschrieben sein. Der Auslass dieser Pumpe schließt, wie in der Fig. 2 gezeigt, einen Luftzuführungsschlauch 48 und ein Drucksteuerschlauch 49 ein, die beide mit dem entsprechenden Ende der Auslassleitung 41 verbunden sind und als das Koppel- Anschlussstück 7 aus Fig. 1 dienen.
Der Ausatmungsventilaufbau wird mit der Pumpe P verbunden, wie in der Fig. 3 gezeigt, für die Zuführung von Luft, die an den Patienten durch die Pumpe P abgegeben wird. Er schließt ein Ausatmungsventil 50 und ein Steuerventil 60 für die Steuerung des Betriebs des Ausatmungsventil ein, um die Einatmung und Ausatmung des Patienten zu erlauben. Wie unten genauer beschrieben werden wird, ermöglicht das Steuerventil 60 den Druck während beider der Einatmung und Ausatmung durch den Patienten voreinzustellen, z. B. um einen niedrigen Druck einzustellen, so dass die Lunge des Patienten leicht aufgebläht verbleibt und/ oder um einen Hochdruck zu verhindern, der für den Patienten schädlich sein könnte.
Das Ausatmungsventil 50 schließt einen Einlassanschluss 51 ein, der mit dem Luftzuführungsschlauch 48 am Auslass der Pumpe P verbunden ist; einen Auslassanschluss 52 für die Verbindung mit dem Patienten; einen Ausatmungsanschluss 53, der zur Umgebungsluft führt; und ein Ventilglied 54, das den Auslassanschluss 52 entweder mit dem Einlassanschluss 51 oder mit dem Ausatmungsanschluss 53 verbindet. Ventilmitglied 54 ist in der Form eines Diaphragmas, das auf einem Ventilsitz 54a gelagert werden kann, und wird gesteuert durch den Diffenzdruck zwischen dem an dem Einlassanschluss 51 auf der einen Seite des Diaphragmas und einer Steuerkammer 55 auf der gegenüberliegenden Seite des Diaphragmas. Steuerkammer 55 wird durch einen Schlauch 56 mit dem Steuerventil 60 verbunden, so dass der Betrieb des Steuerventils den Druck innerhalb der Kammer 55 und dadurch den Betrieb des Steuerglieds 54 steuert.
Steuerventil 60 schließt einen Einlassanschluss 61 ein, der über einen Schlauch 49 mit dem Auslass der Pumpe P verbunden ist; einen Steueranschluss 62, der über einen Schlauch 56 mit der Steuerkammer 55 des Ausatmungsventils 50 verbunden ist; ein Entlüftungsloch 63, das zur Umgebungsluft führt; und ein Steuerglied 64. Das Steuerglied 64 ist in eine erste Position (gezeigt in der Fig. 4 und 4a) bewegbar, die den Steueranschluss 62 mit dem Einlassanschluss 61 verbindet, oder in einer zweite Position (gezeigt in Fig. 5 und 5a). die den Steueranschluss 62 mit dem Entlüftungsloch 63 verbindet.
Steueranschluss 62 ist mit dem Einlassanschluss 61 verbindbar, um den Druck am Einlassanschluss (der der gleiche ist wie der Auslassdruck der Pumpe P) zur Steuerkammer 55 des Ausatmungsventils 50 zu Überführen. Diese bewegt das Diaphragma 54 in seine geschlossene Position (veranschaulicht in der Fig. 3) und dadurch wird die Einatmung durch den Patienten über den Einlassanschluss 51 und Auslassanschluss 52 erlaubt. Der Steueranschluss 62 des Steuerventils 60 wird auch verbindbar mit dem Entlüftungsloch 63, um die Steuerkammer 55 des Ausatmungsventlis 50 mit der Umgebungsluft zu entlüften, um zu erlauben, dass der Patient über den Auslassanschluss 52 und den Ausatmungsanschluss 53, der zur Umgebungsluft führt, ausatmet. Wie unten beschrieben werden wird, kann das Steuerventil 60 auch voreingestellt sein, um den Druck innerhalb der Steuerkammer 55 des Ausatmungsventils 50 während der Ausatmung voreinzustellen, um dadurch den Ausatmungsdruck durch den Patienten voreinzustellen, um zu bewirken, dass die Lunge des Patienten während der Ausatmung leicht aufgebläht zu verbleibt (was für manche Patienten wohltuend ist), ohne dass ein übermäßiger Druck während der Ausatmung, der für den Patienten verletzend sein könnte, benötigt wird.
Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ist das Steuerglied 64 des Steuerventils 60 ein Diaphragma, das selektiv zwei Durchgänge steuert: ein Durchgang ist zwischen dem Einlassanschluss 61 und dem Steueranschluss 62, wobei der zweite Durchgang zwischen dem Steueranschluss 62 und dem Umgebungsluft-Entlüftungsloch 63 ist.
Das Steuerventil 60 schließt einen hohlen Metall-Schaft 65 ein, der durch einen elastomeren Schlauch 66 begrenzt wird, der innerhalb einer Bohrung 67 bewegbar ist, die sich durch das Steuerventil erstreckt. Ein Ende des hohlen Schafts 65 definiert das Umgebungsluft-Entlüftungsloch 63. Das entgegengesetzte Ende des hohlen Schafts 65 ist mit einer vergrößerten Spitze 68 geformt, die mit Diaphragma 64 in Eingriff bringbar ist, so dass das Diaphragma den hohlen Schaft 65 und seine elastomere Muffe 66 nach links (Fig. 4 und Fig. 5) vorspannt. Die elastomere Muffe 66 wird jedoch im Voraus zusammengedrückt, so dass sie den Metall-Schaft 65 nach rechts, d. h. gegen das Diaphragma 64, vorspannt, wobei die elastomere Muffe 66 gegen einen ringförmigen Flansch 69 begrenzt, der innerhalb des Steuerventils 60 befestigt ist. Das Steuerventil schließt einen weiteren Durchgang 70 ein, der von dem Steueranschluss 62 zum Diaphragma 64 führt.
Das Steuerventil 60 schließt weiterhin ein Solenoid ein, das eine Spule 71 und eine Armatur oder eine Klappe 72 einschließt, die magnetisch gegen das Gehäuse des Steuerventils durch die magnetische Kraft, die durch den Strom, der durch die Spule fließt, generierten wird, angezogen wird. Die Armatur 72 kann gemäß jeder der drei Modi positioniert sein, und zwar abhängig von der relativen Kraft, die an ihr angelegt ist:
(1) Ein Überdruckmodus, in dem die Armatur 72 durch das Diaphragma 64 auf die rechte Seite gedrängt wird (siehe Fig. 5), da das Diaphragma dem Druck am Auslass 62 ausgesetzt ist. In dieser Überdruckposition bewirkt der Druck am Auslass 62, dass sich das Diaphragma von der Spitze 68 des Schaftes 65 trennt, um zu erlauben, dass Luft vom Auslassanschluss 62 zur Umgebungsluft über das Umgebungsluft-Entlüftungsloch 63 entweicht, wodurch der Druck in der Steuerkammer 55 reduziert wird.
(2) Ein "Halte"-Modus, in dem die Armatur 72 das Diaphragma 64 gegen die Spitze 68 des Schaftes 65 (Fig. 4) drückt. In dieser Position besteht kein Fluss zwischen dem Auslassanschluss 62 und der Umgebungsluft oder dem Einlassanschluss 61, so dass der Druck am Auslassanschluss 62 erhalten wird.
(3) Der "Druck"-Modus, in welchem die Armatur 72 gegen die Spitze 68 des Schaftes 65 drückt und weiterhin den Schaft (nach links) drückt, um einen Durchgang zwischen dem Einlassanschluss 61 und Auslassanschluss 62 zu erzeugen. In diesem Modus wird der Druck am Auslassanschluss erhöht, bis er den Druck des Einlassanschluss 61 erreicht oder bis zu einer solchen Zeit, wenn der auf dem Diaphragma 64 angelegte Druck die magnetische Kraft überwindet, die an die Armatur 72 angelegt wird, und sie nach rechts bewegt, den Durchgang im ringförmigen Flansch 69 abzudichten. In diesem Modus wird das Modulieren des Stroms, der durch die Spule 71 fließt, solchermaßen den Druck am Anschluss 62 modulieren und dabei die Druck in der Steuerkammer 55 des Ausatmungsventils 50 modulieren.
Es ist wichtig anzumerken, dass im "Halte"-Modus (2) oben die Armatur mit einem sehr kleinen Verfahrweg vor- und rückwärts bewegt wird, drehend rund um ihren Ruhepunkt auf der Bodenkante. Diese Drehbewegung ist im wesentlichen reibungslos und stellt folgendermaßen eine modulierendes Ventil bereit, das eine im wesentlichen Hysterese-freie Steuerung des Ausatmungsventil erzeugt.
Es ist weiterhin wichtig anzumerken, dass das Diaphragma 64 sowohl als ein kraftübertragendes Mittel wirkt als auch als eine doppelte Dichtung, eine für die Spitze 68 und eine an seiner Peripherie, um die Innenseite des Solenoids zur Umgebungsluft hin abzudichten. Die elastische elastomere Muffe 66 ist auch ein Glied mit einer dreifachen Funktion, in dem: sie als eine Feder auftritt, um den hohlen Schaft 65 nach rechts zu drängen; sie als eine Dichtung auftritt, mit Bezug auf den ringförmigen Flansch 69; und sie auch als eine Dichtung mit Bezug auf den Einlassanschluss 61 auftritt. Die vorangegangene Anordnung der Muffe 66, Spitze 68, des Flansches 69 und des Diaphragmas 64 stellen sicher, dass der Durchgang zur Umgebungsluft über das Entlüftungsloch 63 nicht offen sein kann, wenn der Einlassdurchgang 67 offen ist.
Der Strom durch das Solenoid 71 wird durch einen Steuerschaltkreis gesteuert, wie schematisch in 73 gezeigt. Der Steuerschaltkreis 73 steuert zyklisch die Spule 71, um volle oder partielle Erregung während der Einatmung oder keine Erregung oder partielle Erregung während der Ausatmung bereitzustellen, was durch die manuellen Voreinstellungsmittel (schematisch jeweils als Bedienungsknöpfe 74 und 75 gezeigt) voreingestellt sein kann. Somit steuert der Voreinstellungsknopf 74 die Zyklen der Erregung der Spule 71 und dadurch die Geschwindigkeit der Einatmung/Ausatmung, wohingegen der der Voreinstellungsknopf 75 den Erregungsstrom der Spule während während der Einatmung und der Ausatmung steuert, und dadurch den festen Druck während der Ein- und Ausatmung.
Die Wirkungsweise des Respirators, der in der Fig. 3 veranschaulicht ist, wird nun insbesondere mit Bezug auf die Fig. 4, 4a, 5 und 5a beschrieben werden.
Fig. 4 und 4a veranschaulichen die Position des Diaphragmas 64 im Steuerventil 60 während der Einatmung. Zu diesem Zeitpunkt wird der volle Erregerstrom durch den Steuerschaltkreis 73 an das Solenoid 71 geliefert, was verursacht, dass das Solenoid seine Armaturen zu der Grenzposition zieht, wie in Fig. 4 und 4a veranschaulicht. In dieser Grenzposition drückt die Armatur 72 das Diaphragma 64 gegen die Metallspitze 68 des hohlen Schaftes 65 und schließt den Durchgang vom Steueranschluss 62 zum Umgebungsluft-Entlüftungsloch 63 über den hohlen Schaft. Die Kraft, die durch die Armatur 72 gegen das Diaphragma 64 anliegt, ist ausreichend, um den hohlen Schaft 65 einschließlich seiner elastomeren Muffe 66 nach links zu bewegen und dadurch weg vom ringförmigen Flansch 69, um den Durchgang von dem Einlassanschluss 61 durch die Bohrung 67 und den Durchgang 70 zum Steueranschluss 62 zu öffnen. Entsprechend ist zu dieser Zeit der Auslassdruck der Pumpe P an die Steuerkammer 55 des Ausatmungsventils 50 angelegt, wodurch verursacht wird, dass das Diaphragma 54 dieses Ventils in seiner geschlossenen Position gegen Ventilsitz 54 ist, wie in Fig. 3 veranschaulicht. Entsprechend passiert der Luftstrom am Auslass der Pumpe P von der Pumpe und dem Luftzuführungsschlauch 48 über den Einlassanschluss 51 und dem Auslassanschluss 52 des Ausatmungsanschlusses 50 zum Patienten.
Jetzt, wenn der Strom durch die Solenoidspule 71 auf Null reduziert ist, wird das Diaphragma 64 des Steuerventils 60 die Position, wie in den Fig. 5 und 5a veranschaulicht, einnehmen. In dieser Position bewegt der vorbeanspruchte Zustand des elastomeren Schlauchs 66 den hohlen Schaft 65 nach rechts bis die Kante des elastomeren Schlauchs in den Flansch 69 eingreift, wodurch der Durchgang zwischen dem Einlassanschluss 61 und dem Steueranschluss 62 geschlossen wird. Die Spitze 68 des hohlen Schaftes 65 ist jedoch immer noch in Kontakt mit dem Diaphragma 64, so dass der Durchgang zwischen der Spitze und dem Diaphragma auch geschlossen wird. Entsprechend wird der Druck, der innerhalb der Steuerkammer 55 existiert, innerhalb dieser Steuerkammer eingeschlossen. Jedoch wird, da die Armatur 72 in ihrer am meisten rechts liegenden Position ist, eine sehr kleine Kraft durch das Diaphragma 64 gegen die äußerer Spitze 68 des hohlen Schaftes 65 angelegt. Daher wird ein kleiner zusätzlicher Druck, der auf das Diaphragma vom Steueranschluss 62 angelegt ist, das Diaphragma verschieben (nach rechts, Fig. 5 und 5a), um einen Durchgang zwischen dem Diaphragma und der äußeren Spitze 68 des hohlen Schaftes zu öffnen, wodurch der Druck innerhalb der Steuerkammer 55 über das Umgebungsluft-Entlüftungsloch 63 zur Umgebungsluft entlüftet wird. Damit wird, wenn der Patient über den Ausatmungsanschluss 53 ausatmet, das Diaphragma 54 des Ausatmungsventils von seinen Sitz 54a getrennt, um dadurch den Auslassanschluss 52 mit dem Ausatmungsanschluss 53 zu verbinden, wobei dem Patienten erlaubt wird, in die Umgebungsluft auszuatmen.
Es wird folgendermaßen gesehen werden, dass um so größer die Amplitude des Stromes während der Ausatmung ist, der die Spüle 71 passiert, um so größer wird die Kraft sein, die durch die Armatur 72 des Solenoids gegen das Diaphragma 64 angelegt wird, die sich der Öffnung des Durchgangs zwischen dem Diaphragma und der Spitze 68 des hohlen Schaftes 65 widersetzt, der zum Umgebungsluft-Belüftungsloch 63 führt, und daher wird um so größer der feste Druck sein, der durch die Steuerkammer 55 während Einatmung und Ausatmung angelegt ist. Dementsprechend kann der Ausatmungsdruck entsprechend dem besonderen Fall durch den Knopf 75 voreingestellt sein.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

1. Eine Kolbenpumpe insbesondere für die Verwendung in einem Beatmungsgerät, die folgendes umfasst: ein Pumpengehäuse (2) mit einem Einlass (3) an einen Ende, einem Auslass (4) an dem anderen Ende, einem Ventil (8), das an den Auslass (4) gekoppelt ist, einem Zylinder (10) zwischen dem Einlass (3) und Auslass (4), und einem Kolben (13), der axial innerhalb des Zylinders (10) hin- und herbewegt werden kann;

eine feste Wand (12) innerhalb des Gehäuses (2) mit einem Durchgang (15) dadurch, der mit dem Einlass (3) in Verbindung steht;

ein Antriebsgehäuse (16), das an der Wand befestigt ist und einen Motor (M) einschließt, der einen Rotor (17) hat, der durch die Erregung des Motors drehbar ist;

eine Mutter (18), die drehbar innerhalb des Antriebsgehäuses (16) ist und an dem Rotor (17) befestigt ist, um sich mit diesem zu drehen; und

eine Schraube (21), die über Gewinde an die Mutter (18) gekoppelt ist, und an einem Ende in den Kolben (13) eingreift;

dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) das Innere des Zylinders in eine erste Kammer (Ci), die mit dem Einlass (3) in Verbindung steht, und eine zweite Kammer (Co) unterteilt, die mit dem Auslass (4) in Verbindung steht;

wobei der Kolben (13) durch die Mutter (18), die in einem einzelnen drehbaren Lager (19) zwischen der Mutter (18) und dem Antriebsgehäuse (16) montiert ist, und durch eine Dichtung (28) zwischen dem Kolben und dem Zylinder getragen wird.

2. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, worin der Kolben (13) im wesentlichen auf eine feste Art und Weise in die Schraube (21) eingreift, so dass Vorwärts- und Rückwärtsdrehung der Mutter (18) durch den Motor (M), die die Schraube hin- und herbewegt, den Kolben, der auf der einen Seite daran befestigt ist, dazu bringt, axial in dem Zylinder (10) zu gleiten, und auf der anderen Seite bringt sie den Kolben dazu, sich bezüglich des Zylinders zu drehen, wodurch die Abnutzung der Dichtung (28) zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgeglichen wird.

3. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, die weiter ein Geräuschdämpfungselement (20) einschließt, das zwischen die drehbare Mutter (18) und das Antriebsgehäuse (16) dazwischengelegt ist.

4. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, die weiter eine röhrenförmige Hülse (24) einschließt, die an dem Antriebsgehäuse in Ausrichtung mit der Schraube befestigt ist, um ein Ende der Schraube gegenüber dem Ende, das an dem Kolben befestigt ist, aufzunehmen und einzuschließen.

5. Die Pumpe gemäß Anspruch 4, worin die röhrenförmige Hülse einen Schmierdocht (26) einschließt zum Schmieren der Schraube, wenn sie darin aufgenommen wird.

6. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, die weiter einen Faltenbalg (27) einschließt, der die Schraube (21) umgibt, und der ein Ende hat, das an der Wand (12) befestigt ist, und am gegenüberliegenden Ende in den Kolben (13) eingreift.

7. Die Pumpe gemäß Anspruch 6, worin das Ventil (8), das an den Auslass (4) gekoppelt ist, ein Einwegeventil ist, das Fluidströmung nur in der Richtung von der zweiten Kammer (Co) nach außen von dem Pumpengehäuse (2) erlaubt.

8. Die Pumpe gemäß Anspruch 7, worin der Koben (13) ein Einwegeventil (30) einschließt, das Fluidströmung nur in der Richtung von der ersten Kammer (Ci) in die zweite Kammer (Co) erlaubt.

9. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, worin das Pumpengehäuse (2) weiter folgendes einschließt:

einen Einlasskanal (40), der den Gehäuseeinlass (3) mit den beiden Kammern (Ci; Co) verbindet und der Einwegeventile (43, 44) aufweist, welche Fluidströmung nur in der Richtung von dem Gehäuseeinlass (3) in die jeweilige Kammer erlauben;

und einen Auslasskanal (41), der den Gehäuseauslass (4) mit den beiden Kammern (Ci; Co) verbindet und der Einwegeventile (8, 42) aufweist, welche Fluidströmung nur in der Richtung von der jeweiligen Kammer zu dem Gehäuseauslass erlauben.

10. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, worin das Ventil (8) ein Ausatmungsventil (50) ist, welches an den Gehäuseauslass (4) über ein Koppel-Anschlussstück (7) gekoppelt ist, wobei das Koppel-Anschlussstück (7) ein Einwegeventil (31) einschließt, das normalerweise geschlossen ist, aber das automatisch durch einen Unterdruck in dem Koppel-Anschlussstück (7) geöffnet wird, um das Innere des Koppel-Anschlussstücks mit der Umgebung zu verbinden.

11. Die Pumpe gemäß Anspruch 1, worin das Ausatmungsventil (50) folgendes umfasst:

einen Ausatmungseinlassanschluss (51), der mit dem Auslass (4) des Pumpengehäuses (2) verbunden ist, einen Ausatmungsauslassanschluss (52) zum Anschluss an den Patienten, einen Ausatmungsanschluss (53), der zu der Umgebung führt, ein Ventilglied (54), das den Auslassanschluss (52) entweder mit dem Einlassanschluss (51) oder mit dem Ausatmungsanschluss (53) verbindet, und eine Steuerkammer (55) zum Steuern des Betriebs des Ventilglieds (54) als Reaktion auf den Druck in der Steuerkammer (55);

und ein Steuerventil (60) zum Steuern des Drucks innerhalb der Steuerkammer (55), um den Druck darin während der Einatmung zu erhöhen, um das Ventilglied (54) des Ausatmungsventils (50) zu veranlassen, den Auslassanschluss (52) mit dem Einlassanschluss (51) zu verbinden, und um den Druck in der Steuerkammer (55) während der Ausatmung zu verringern, um dadurch das Ventilglied (54) des Ausatmungsventils (50) zu veranlassen, den Auslassanschluss (52) mit dem Ausatmungsanschluss (53) zu verbinden.

12. Die Pumpe gemäß Anspruch 11, worin das Steuerventil (60) folgendes einschließt:

einen Steuereinlassanschluss (61), der mit dem Auslass (4) des Pumpengehäuses (2) verbunden ist;

einen Steueranschluss (62), der mit der Steuerkammer (55) des Ausatmungsventils (50) verbunden ist;

ein Entlüftungsloch (63), das zu der Umgebung führt;

ein Ventilglied (64), das in eine erste Position während der. Einatmung verschiebbar ist, um einen ersten Durchgang zu öffnen, wobei die Steuerkammer (55) des Ausatmungsventils (50) mit dem Steuereinlassanschluss (61) des Steuerventils (60) verbunden wird und dadurch mit dem Auslass (4) des Pumpengehäuses (2), oder in eine zweite Position während der Ausatmung, um den ersten Durchgang zu schließen und einen zweiten Durchgang zu öffnen, der die Steuerkammer (55) des Ausatmungsventils (50) mit dem Entlüftungsloch (63) verbindet, das zu der Umgebung führt;

einen Schaltmagnet (71) mit einer Armatur (72), die den Druck in der Steuerkammer (55) des Ausatmungsventils (50) gemäß der Erregung des Schaltmagnets steuert;

und einen Schaltkreis (73) zum Steuern der Erregung des Schaltmagnets derart, dass während der Einatmung das Ventilglied (64) in die erste Position geschoben wird, und während der Ausatmung das Ventilglied (64) in die zweite Position geschoben wird.

13. Die Pumpe gemäß Anspruch 12, worin der elektrische Schaltkreis (73) voreinstellbare Mittel einschließt zum Voreinstellen einer vorherbestimmten Partialerregung des Schaltmagnets, um den Druck in der Steuerkammer des Ausatmungsventils während der Einatmung und Ausatmung zu modulieren.

14. Die Pumpe gemäß Anspruch 13, worin das Ventilglied (64) einen hohlen Schaft (65) einschließt, dessen Inneres an einem Ende der Umgebung ausgesetzt ist; und ein Diaphragma (64), das mit der gegenüberliegenden Seite des hohlen Schaftes in Eingriff bringbar ist; wobei die Armatur (72) des Schaltmagnets (71) gegen das Diaphragma tätig ist, um den hohlen Schaft während der Einatmung in die erste Position zu drängen.

15. Die Pumpe gemäß Anspruch 14, worin das Ventilglied (64) weiter einen elastischen Schlauch (66) einschließt, der den hohlen Schaft (65) umgibt und wirksam ist, um den hohlen Schaft während der Ausatmung in die zweite Position zu drängen.

16. Die Pumpe gemäß Anspruch 12, worin das Steuerventil (60) voreinstellbare Mittel einschließt zum Voreinstellen eines vorherbestimmten Partialdruckes in der Steuerkammer (55) während der Ausatmung, um dadurch den Ausatmungsdruck voreinzustellen, um das Ausatmungsventil zu öffnen.

17. Die Pumpe gemäß Anspruch 12, worin die Armatur (72) sich um eine Kante davon dreht, wodurch eine im wesentlichen Hysterese-freie Steuerung des Ausatmungsventils (50) bereitgestellt wird.