DE8232134U1

DE8232134U1 - Magnetventil, insbesondere dosierventil fuer beatmungsgeraete

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Publication number: DE8232134U1
Application number: DE19828232134U
Authority: DE
Original assignee: Honeywell and Philips Medical Electronics BV
Current assignee: Honeywell and Philips Medical Electronics BV
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1983-03-24

Description

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HONEYWELL and PHILIPS 16.- November 1982

Medical Electronic^ B.V. 78100456DE

Stratümsedijk 29c HR/de 11 NB Eindhoven

Magnetventil, insbesondere Dosierventil für Beatmungsgeräte

Die Neuerung bezieht sich auf ein Magnetventil gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus US-PS 32 15 902 bekannt ist. Bei Ventilen mit geringem Durchlaßquerschnitt bereitet die genaue Regelung der durchgelassenen Gas- oder Flüssigkeitsmenge vielfach Schwierigkeiten. Für die Dosierung geringer Mengen insbesondere Atemgasmengen, ist man deshalb dazu übergegangen, eine aus der Steuerung der elektrischen Energie-¹-zufuhr bekannte, dort als Pulslängensteuerung bezeichnete Art der Mengenregelung anzuwenden, bei der das Ventil nur zwei Schaltzustände, nämlich geschlossen und voll geöffnet aufweist. Das Ventil wird periodisch geöffnet und geschlossen, wobei die durchgelassene Strömungsmenge vom Verhältnis der Öffnungsdauer zur Schließdauer pro Schaltperiode abhängt. Hiermit läßt sich ein wesentlich größerer Durchsatzregelbereich erzielen, als mit Ventilen, deren Schließkörpersteilung in Abhängigkeit von der gewünschter Durchsatzmenge kontinuierlich veränderbar ist. Aus US-PS 40 33 434 ist ein Beatmungsgerät bekannt, bei dem mit einem solchen Ventil eine Drossel in Reihe geschaltet ist, welche vom G^.s mit Schallgeschwindigkeit durchströmt wird. Hierdurch ist die Durchsatzmenge pro Öffnungsintervall des Ventils nur vom Vordruck, nicht aber auch vom Ausgangsdruck abhängig.

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Aufgabe der Neuerung ist es, ein Magnetventil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß es bei geringem Energiebedarf möglichst schnell und vibrationsfrei schaltet. Nur Wenn dies gewährleistet ist, und somit die Einschalt- Und Schließ-Intervalle möglichst genau definiert sind, ergibt sich ein der gewünschten Rechteckform der Durchlaßimpulse hinreichend angenäherter Strömungsverlauf. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Neuerung. Die Verwendung von Ferrit als magnetisierbarer Teil des Tauchankers bewirkt ohne Erhöhung der elektrischen Erregerenergie ein besonders schnelles Magnetisieren des Ankers und damit ein verzögerungsarmes Ansprechen des Ventils. Zugleich ist ein Ferritanker leichter als ein Eisenanker. Die Dämpfungsvorrichtung mit zwei hintereinandergeschalteten Federelementen unterschiedlicher Steifigkeit führt zu einer progressiven Bewegungsdämpfung des Tauchankers, wodurch nicht nur die Schaltgeräusche erheblich vermindert werden, sondern auch ein vibrationsfreies exaktes Schalten erreichbar ist.

Weitere Merkmale zur Erhöhung der AnspreChg<-schwindigkeit und Verbesserung des Ventils ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Verwendung eines Tauchankers mit einem im wesentlichen zylindrischen Kern aus Kunststoff, der von einer Ferrithülse umgeben ist, führt zu einer Verringerung der durch die elektrische Energie zu bewegenden Ankermasse und beschleunigt dadurch ebenfalls das Ansprechen. Zugleich verringert die Verwendung eines solchen Kunststoffkerns die Geräusche des Schließkörpers und erleichtert sein Zusammenwirken mit der die Stoßenergie beim Schalten abfangenden und damit ebenfalls die Geräuschentwicklung reduzierenden Dämpfungseinrichtung.

Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Magnetventil

im geöffneten Zustand und Fig. 2 in vergrößertem Maßstab Teile der mit dem

Tauchanker zusammenwirkenden Dämpfungseinrichtung,

wenn das Ventil geschlossen ist.

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Das Ventilgehäuse 1 weist einen Einlaß 2, einen Ventilsitz 3 sowie einen Auslaß 4 auf ₄ Dem Ventilsitz 3 steht der Tauchanker gegenüber _f der aus einem im wesentlichen zylindrischen Kunststoffkern 5, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE), und einer diesen Kern umgebenden Ferrithülse 6 besteht. Diese Ferrithülse 6 stützt sich an einer Schulter 7 des in seinem unteren Teil im Durchmesser erweiterten Kunststoffkerns ab. In eine Ausnehmung in der dem Ventilsitz 3 gegenüberliegenden Stirnfläche des Kunststoffkerns 5 ist eine als Dichtelement mit dem Ventilsitz 3 zusammenwirkenden Kunststoffscheibe 8 eingesetzt. Eine Schraubenfeder 9 stützt sich einerseits gehäusefest ab und drückt auf der anderen Seite über einen Bund 10 den Tauchanker 5,6 in Richtung auf den Ventilsitz 3. Der Kunststoffkern kann auch selbst als Schließkörper dienen. Auf das Ventilgehäuse 1 ist das Gehäuse 11 des Magnetantriebs aufgesetzt, welches die Erregerspule 12 umschließt. Im Inneren des Spulenträgers 13 ist ein fester Magnetkern 14 befestigt, der somit zum Teil von der Spule 12 umschlossen ist. Eisenjoche 15 und 16 sorgen für den magnetischen Rückschluß.

Eine Kraftübertragungsstange 17 ragt durch eine Axialbohrung des Magnetkerns 14 hindurch und trägt an ihrem dem Kunststoffkern 5 abgewandten Ende einen Kolben 18 (vergl. Fig. 2). Diesem Kolben steht in einer axialen Ausnehmung 19 des Magnetkerns eine Gummifeder in Form einer Federscheibe 20 entgegen, die sich auf der gegenüberliegenden Seite über eine Druckfeder 21 an der Stirnfläche einer in die Ausnehmung 19 eingeschraubten Schraube 22 gehäusefest abstützt.

In Fig. 1 ist das Magnetventil in geöffnetem Zustand dargestellt, d. h. die Spule 12 ist stromdurchflossen, so daß die vom Ström erzeugte Magnetkraft den Anker 5, 6 bezogen auf die Zeichnung nach oben zieht und die Dichtung 8 vom Ventilsitz 3 abhebt. Dabei ist sowohl die Schließfeder 9 als auch die Feder der Dämpfungsvorrichtung 7 bis 22 gespannt und die Gummifeder zusammengedrückt. Wird der Strom durch die Spule 12 abgeschaltet,

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Bö verschwindet das Magnetfeld/ und die genannten Federn drücken den Anker 5, 6 schlagartig nach unten, so daß die Dichtung 8 den Ventilsitz 3 verschließt. Da die Dichtung 8 aus einem Kunststoff, beispielsweise aus dem unter dem Handelsnamen VITON bekannten Kunststoff besteht, schlagen beim Schließen des Ventils keine Metallteile gegeneinander, so daß Geräusche weitmöglichst vermieden sind. Beim Abfallen des Ankers 5, 6 entsteht zwischen dem Magnetkern 14 und der oberen Stirnfläche des Ankers 5, 6 ein Luftspalt in Größe des Ankerhubes. Der Kolben 18 wird durch die Federn 20 und ebenfalls nach unten in die aus Fig. 2 ersichtliche Lage gedrückt, so daß das kolbenferne Ende der Stange 17 aus der Axialbohrung des Kerns 14 nach unten herausragt.

Wird bei geschlossenem Ventil erneut Strom durch die Erregerwicklung 12 geschickt, so zieht das erzeugte Magnetfeld den Anker 5, 6 zunächst gegen die Kraft der Feder 9 schlagartig nach oben. Um ein Anschlagen der Ferrithülse 6 am Magnetkern 14 und das hierdurch bedingte Geräusch zu vermeiden, könnte man die obere Kante der Ferrithülse 6 geringfügig gegenüber der oberen Kante des zylindrischen Teils des Kunststoffkerns zurücksetzen. Dies würde jedoch bedeuten, daß zwischen Magnetkern 14 und Ferrithülse 6 ein Luftspalt bleibt. Damit müßte der Erregerstrom größer sein als ohne Luftspalt, die Wicklung 12 würde sich stärker erwärmen. Um trotzdem das Geräusch beim Anlegen der Ferrithülse an den Magnetkern 14 soweit wie möglich zu verringern, ist die Dämpfungsvorrichtung 17 bis 22 vorgesehen, die wie folgt arbeitet. Wenn der Tauchanker sich nach oben bewegt, hebt die Dichtung 8 vom Ventilsitz 3 ab. Kurz bevor die Ferrithülse 6 gegen den gehäusefesten Magnetkern läuft, stößt der Kunststoffkern 5 gegen das Ende der Stange Hierdurch wird der Kolben 18 gegen die Kraft der Federn 20 und 21 nach oben gedrückt. Die Gummifeder 20 und die Schraubendruckfeder 21 sind mechanisch gekoppelt und bewirken eine progressive und gleichwohl weiche, also stoßabsorbierende Dämpfung des Tauchankers 5, 6. Es entsteht eine nichtlineare Federkennlinie in Abhängigkeit vom Hub, wobei zunächst im

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wesentlichen nur die beiden Federn 9 und 21 wirksam sind,
währena kurz vor Erreichen der Endstellung die Gummifeder 20
eine verstärkte Abbremsung bewirkt. Dies bedeutet, daß der
Anker im ersten Teil seines Hubes sehr schnell bewegt und ^l! erst im letzten Teil verstärkt abgebremst wird. Hierdurch
wird nicht nur die Geräuschentwicklung verringert, sondern
auch ein sehr schnelles öffnen des Ventils ohne erhöhten Verschleiß erzielt. Das Ventil zeichnet sich folglich nicht nur
durch eine sehr hohe obere Schaltfrequenz, sondern auch durch I •lange Lebensdauer aus. Außerdem ist der Steuerbereich für das | Puls/Pausenverhältnis besonders groß. Bei einer Periodendauer § von 100ms läßt sich die Pulsdauer ohne Schwierigkeiten zwischen ^ 2ms und 98ms verändern. Dies entspricht einem Regelbereich von i 1:50. Das Ventil kann mit einer relativ hohen Schalthäufigkeit | in der Größenordnung von 20Hz betrieben werden. |

Claims

π β Γ t Π • · I I M Schutzansprüche

1. Magnetventil mit einem zugleich den Schließkörper des Ventils tragenden, in Schließrichtung durch eine Feder vorgespannten Tauchanker, bestehend aus einem nichtmagnetischen Kern und einer diesen umgebenden Ankerhülse aus magnetisierbarem Werkstoff, sowie mit einem einen Teil des Innenraums der Erregerspule ausfüllenden gehäusefesten Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerhülse (6) aus Ferrit besteht und in einer Ausnehmung (19) des gehäusefesten Magnetkerns (14) eine zwei hintereinander angeordnete Federelemente (20,21) sowie ein kolbenförmiges Übertragungsglied (17,18) aufweisende Dämpfungsvorrichtung vorgesehen ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kunststoffkern (5) des Tauchankers

! (5,6) zugleich, den Schließkörper des Ventils bildet.

3. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Kunststoffkern (5) det- Tauchankers (5,6) eine als Schließkörper dienende Dichtung (8) trägt.

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4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungsglied (17,18) aus einem an den Federelementen (20,21) anliegenden Kolben (18) und einer dem nichtmagnetischen Kern (5) des Tauchankers (5,6) gegenüberstehenden Betätigungsstange (17) besteht, welche durch eine zentrale Bohrung des gehäusefesten Magnetkerns (14) hindurchragt.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß als Federe lems.; La (20,21) eine Gummifeder (20) und eine Schraubendruckfeder (21) dienen, wobei der Kolben (18) an der Gummifeder (20) anliegt, die sich ihrerseits über die Druckfeder (21) gehäusefest abstützt.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gummifeder (20), Druckfeder (21) und Kolben (18) in eine axiale Ausnehmung (19) des Magnetkerns (14) eingesetzt sind und die gehäusefeste Abstützung durch eine in diese axiale Ausnehmung eingeschraubte Schraube (22) gebildet ist.