DE69917527T2

DE69917527T2 - Durchflussmengen-Regelventil, insbesondere für begaste Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69917527T2
Application number: DE69917527T
Authority: DE
Inventors: Göran Rydin
Original assignee: Maquet Critical Care AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: EP0957298B1; SE9801624D0; EP0957298A1; JP2000002347A; DE69917527D1; US6349922B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Ventil ist aus der EP-A-266 963 bekannt.
Ventile zur Gasregelung sind in vielen verschiedenen Versionen erhältlich, deren Leistung (beispielsweise im Hinblick auf den dynamischen Regelbereich und ihre Präzision), Betriebssicherheit und Betriebskosten variieren.
Die genannten Eigenschaften sind für bestimmte Anwendungen wichtig, beispielsweise bei Ventilen, die in Beatmungsgeräten für Beatmungsbehandlungen zum Einsatz kommen. Damit alle Patientengruppen richtig beatmet werden können, müssen derartige Ventile einen großen dynamischen Bereich und eine hohe Präzision bieten und eine große Betriebssicherheit bei geringen Betriebskosten aufweisen.
Ein derartiges Ventil ist in der US-A-5,265,594 beschrieben. Bei diesem bekannten Ventil handelt es sich um ein elektromagnetisches, servo-gesteuertes Membranventil.
Zwar bietet das bekannte Ventil eine ausgezeichnete Leistung und Betriebssicherheit; es ist jedoch gleichzeitig relativ komplex und hat einen hohen Energiebedarf.
Zudem ist auch die Verwendung von Schrittmotoren zur axialen Betätigung eines Ventilkörpers bekannt, wobei derartige Ventile in der EP 266 963 und der US 5 518 015 gezeigt sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternativ gestaltetes Ventil zu offenbaren, welches im wesentlichen dieselbe hohe Leistung und große Betriebssicherheit bietet, dabei jedoch weniger komplex ist und ein weniger komplexes Regelungssystem bei niedrigeren Betriebskosten aufweist.
Ein derartiges Ventil wird erfindungsgemäß durch Gestaltung des Ventils entsprechend Anspruch 1 verwirklicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ventils ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen.
Die Regelung wird erleichtert, wenn der Ventilkörper mit einem Schrittmotor verbunden wird. Aufgrund der (kontinuierlichen) nichtlinearen Bewegung des Ventilkörpers gegen den Ventilsitz ergibt sich für den Schrittmotor ein großer dynamischer Bereich innerhalb eines kleinen Regelfeldes, wobei auch bei geringem Durchfluss die Präzision erhalten bleibt. Der Schrittmotor ist zudem leistungsstark und in der Lage, sehr große Gegendrücke zu meistern, ohne dass es zu einer Undichtigkeit des Ventils kommt.
Eine kontinuierliche nichtlineare Bewegung beschreibt im vorliegenden Fall eine nichtlineare Schraubenlinie im Gegensatz zu einer Schraubenlinie mit schrittweise linearen Abschnitten unterschiedlicher Neigung.
Das erfindungsgemäße Ventil wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren detaillierter beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils,
2 einen Ventilkörper des Ventils gemäß 1; und
3 ein Beispiel für die nichtlineare Bewegung eines Ventilkörpers.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils. Das Ventil 2 weist einen Einlass 4 für nicht geregeltes Gas und einen Auslass 6 für geregeltes Gas auf. Das Ventil 2 besitzt einen Ventilsitz 8, gegen den eine Membran 10 durch einen Ventilkörper 12 in stärkerem oder weniger starkem Umfang gepresst werden kann, um den Gasfluss durch das Ventil 2 zu regeln.
Die Position des Ventilkörpers 12 relativ zum Ventilsitz 8 wird wiederum durch einen Schrittmotor 14 geregelt, der durch eine Welle 16 mit dem Ventilkörper verbunden ist. Die Welle 16 ist mit einem kontinuierlichen, nichtlinearen Gewinde 18 versehen, das eine präzise Regelung in einem großen Durchflussbereich erlaubt.
Die Bewegung des nichtlinearen Gewindes 18 ist in 3 beispielhaft dargestellt, wobei sich dieser Zeichnungsfigur eine mögliche nichtlineare Kurve für die axiale Bewegung des Ventilköpers 12 zwischen einer Öffnungs- und einer Schließposition des Ventils entnehmen lässt.
Der Schrittmotor 14 ist stabil und zuverlässig, wodurch das Ventil 2 speziell für bei Beatmungsbehandlungen eingesetzte Geräte geeignet ist.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ventilkörpers 12. Zwei Stifte 20 stehen von der Innenwand des Ventilkörpers 12 vor und kommen mit dem Gewinde 18 an der Welle 16 des Schrittmotors 14 in Eingriff (1). Dies bedeutet, dass der Ventilkörper 12 sich hauptsächlich nur in eine axiale, nicht jedoch in eine radiale Richtung bewegt.
In 1 ist ein Gewinde 18 mit drei Gewindegängen dargestellt, wobei das Gewinde allerdings auch mehr oder – vorzugsweise – weniger Gewindegänge aufweisen kann. Im Prinzip legt das Gewinde 18 die beiden Extrempositionen fest, d.h. ein geschlossenes Ventil 2 und ein vollständig geöffnetes Ventil 2. Die nichtlineare Ausgestaltung sollte so ausgelegt sein, dass die Nichtlinearität in dem Maße zunimmt, in dem sich das Ventil 2 öffnet.
Das Gewinde 18 kann zudem an einem Kupplungsteil zwischen der Welle und dem Ventilkörper vorgesehen oder intern innerhalb des Ventilkörpers angeordnet sein. Im letzteren Fall sollte die Welle so ausgelegt sein, dass der Ventilkörper sich im wesentlichen in einer axialen Richtung und nicht in einer radialen Richtung bewegt.

Claims

Ein Ventil (2) zum Regeln eines Gasflusses mit einem Ventilsitz (8) und einem Ventilköper (12), der gegenüber dem Ventilsitz (8) beweglich ist, wobei der Ventilkörper (12) so angeordnet ist, dass er sich axial gegenüber dem Ventilsitz (8) bewegt, und einem Schrittmotor (14), angeordnet, um die axiale Bewegung des Ventilkörpers (12) gegenüber dem Ventilsitz (8) auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (14) und der Ventilkörper (12) so ausgebildet sind, dass der Ventilkörper (12) kontinuierliche, nichtlineare, axiale Bewegungen gegenüber dem Ventilsitz (8) durchführt.
Das Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (14) eine Welle (16) mit einem nichtlinearen Gewindegang (18) hat.
Das Ventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) ein Kupplungsteil aufweist, das mit einem nichtlinearen Gewinde versehen ist.
Das Ventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle des Schrittmotors (14) bis zu 2 mal, vorzugsweise bis zu 0,5 mal zwischen zwei Endpositionen rotiert, die zu einem vollständig offenen und geschlossenen Ventil korrespondieren.
Das Ventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (10) zwischen dem Ventilsitz (8) und dem Ventilkörper (12) angeordnet ist.