DE10113823A1 - Druckregelventilvorrichtung und Vorrichtung zur Solldruckeinstellung des Ventils - Google Patents

Abstract

Druckregelventilvorrichtung zur Einbettung im menschlichen Körper, die in der Lage ist, eine Druckdifferenz zwischen einer eintrittsseitigen und einer austrittsseitigen Leitung zu ändern, wobei die Ventilvorrichtung ein rotierendes Element aufweist, das um eine Mittelachse in verschiedenen Richtungen rotieren kann, um einen Solldruck eines Ventils zu ändern, sowie einen Rotationssteuerungsmechanismus zur Steuerung der Rotation des rotierenden Elements, wobei der Rotationssteuerungsmechanismus Dauermagnetstrukturen hat, die vom Ventilhauptkörper so aufgenommen sind, daß sie eine lineare Pendeltranslationsbewegung in verschiedenen Richtungen ausführen können, und einen Versatzübertragungsmechanismus zum Drehen des rotierenden Elements in der Richtung, die der Translationsrichtung der Dauermagnetstrukturen entspricht. Eine Solldruckeinstellvorrichtung enthält einen Magnetfeldgeneratormechanismus, der ein Magnetfeld erzeugt, in dem die Dauermagnetstrukturen das rotierende Element veranlassen, sich in der gleichen Richtung zu drehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Anwendungsbereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregelventilvor­ richtung und insbesondere ein Druckregelventil, das sich zur Verwendung als Shunt-Ventil eignet, das im menschlichen Körper eingebettet wird, um den Druck der Rückenmarksflüssigkeit oder dgl. einzuregeln, sowie eine Vorrichtung zur Einstellung des Solldrucks desselben.

Beschreibung des Standes der Technik

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 60-40063 offenbart eine Technik zur Behandlung des Wasserkopfes (Hydrozephalus) oder dgl., bei der der Druck der Rückenmarksflüssigkeit oder dgl. durch Bereitstellen eines Shunt-Ventils (Umleitungsventils) im Strömungskanal der Rückenmarksflüssigkeit oder dgl. eingere­ gelt wird, bei dem die vorderen Enden von Armabschnitten an beiden Seiten einer gabelartigen Blattfeder arretiert sind und das vordere Ende eines mittleren Armabschnitts in Berührung mit einer als Ventil dienenden Kugel gehalten wird, und bei dem der Basisendabschnitt der Gabel mit einer Spiralkurven­ oberfläche in Eingriff steht, die auf einem um eine Mittel­ achse drehbaren rotierenden Element ausgeformt ist, und der Eingriffsbasisabschnitt der Feder sich in axialer Richtung des rotierenden Elements entsprechend der Drehung der Kurvenober­ fläche als Ergebnis der Drehung des rotierenden Elements ver­ schiebt, um den Auslenkungsbetrag der Feder zu variieren, wo­ durch der von Feder auf die Kugel aufgebrachte Druck variiert wird. Bei diesem Shunt-Ventil ist ein Schaltrad mit auf der Umfangsfläche ausgeformten Krallen integral mit dem rotieren­ den Element ausgeformt, und zwei Eingriffselemente sind gegen­ über den Krallen des Schaltrades angeordnet, wobei jedes Ein­ griffselement um eine Drehachse drehbar ist, die bezogen auf die Längsrichtung im mittleren Abschnitt angeordnet ist und an beiden Enden Eingriffsklinken aufweist, die mit den Krallen des Schaltrades in Eingriff gebracht werden können. Des wei­ teren sind an den Eingriffselementen Magnete in der Weise angebracht, daß die benachbarten Endabschnitte der beiden Eingriffselemente die gleiche Polarität haben. Wird von außen ein Magnetfeld in einer Richtung angelegt, drehen sich die beiden Eingriffselemente in gleicher Richtung um ihre jewei­ lige Drehachse, um das Schaltrad zu veranlassen, sich in einer Richtung entsprechend der obigen Drehrichtung zu drehen. Als nächstes wird ein entgegen gerichtetes Magnetfeld angelegt, um die beiden Eingriffselemente wieder in ihre ursprüngliche Ro­ tationsstellung zurückzubringen. Durch Wiederholen dieser Ope­ rationen wird die Rotationsstellung des rotierenden Elements eingestellt (Fig. 10a bis 10d und Fig. 11 der oben genannten Veröffentlichung).

Bei diesem Shunt-Ventil mit Solldruckeinstellung oder der Druckregelventilvorrichtung besteht jedoch die Gefahr, daß eine unerwünschte Änderung des Solldrucks in einer Umgebung eintritt, in der sich die Richtung des an das gesamte Shunt- Ventil angelegten externen Magnetfeldes ändert. Das bedeutet, daß ein unter einem Wasserkopf oder dgl. leidender Patient, unter dessen Schädeldach das Shunt-Ventil eingebettet ist, der einer Untersuchung und Diagnose des Kopfes durch einen MRI- Apparat (magnetic resonance imaging - Kernspinresonanztomo­ graphie) unterzogen wird, der Patient in einem typischen Fall den zu untersuchenden und zu diagnostizierenden Kopfabschnitt im MRI-Apparat in verschiedene Richtungen relativ zu dem star­ ken und räumlich gleichmäßigen Hauptmagnetfeld bewegt, das in Z-Richtung des Apparats angelegt wird, mit dem Ergebnis, daß ein Magnetfeld an den Abschnitt mit dem Shunt-Ventil angelegt wird, dessen Richtung sich in der gleichen Abfolge ändert, in der die Rotationsstellung des rotierenden Elements des Shunt- Ventils eingestellt wird, wodurch eine unerwünschte Abweichung des Solldrucks verursacht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des dem Stand der Technik innewohnenden obigen Problems erfolgt. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckregelven­ tilvorrichtung bereitzustellen, bei der selbst im Hauptmagnet­ feld eines MRI-Apparats nur eine geringe Gefahr besteht, daß der Solldruck abweicht, sowie eine Vorrichtung zur Solldruck­ einstellung eines solchen Ventils.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Er­ findung eine Druckregelventilvorrichtung bereitgestellt, die zur Einbettung im menschlichen Körper ausgeführt und die in der Lage ist, eine Druckdifferenz zwischen einer eintritts­ seitigen und einer austrittsseitigen Leitung zu ändern, wobei das Ventil ein rotierendes Element aufweist, das um eine Mit­ telachse im Innern eines Ventilhauptkörpers rotieren kann, um einen Solldruck eines Ventils zu ändern, sowie einen Rota­ tionssteuerungsmechanismus zur Steuerung der Rotation des ro­ tierenden Elements, wobei der Rotationssteuerungsmechanismus mindestens eine Dauermagnetstruktur hat, die am Ventilhaupt­ körper gehaltert ist, um eine lineare Pendeltranslationsbewe­ gung im Hauptkörper des Ventils ausführen zu können, und einen Versatzübertragungsmechanismus zum Drehen des rotierenden Ele­ ments in einer Richtung, die der Translationsrichtung des Dau­ ermagneten entspricht.

Bei der Druckregelventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden "mindestens eine Dauermagnetstruktur, die am Ventilhauptkörper gehaltert ist, um eine lineare Pendeltranslations­ bewegung im Hauptkörper des Ventils ausführen zu können, und ein Versatzübertragungsmechanismus zum Drehen des rotierenden Elements in einer Richtung, die der Translationsrichtung des Dauermagneten entspricht", bereitgestellt, so daß es durch An­ legen eines Magnetfeldes an einen Abschnitt in der Nähe des Dauermagneten, das den Dauermagnet veranlaßt, eine Transla­ tionsbewegung in der Richtung entsprechend der durch den Ver­ satzübertragungsmechanismus bewirkten Drehrichtung des rotie­ renden Elementes auszuführen, möglich ist, das rotierende Ele­ ment in einer gewünschten Richtung zu drehen (bei einer Mehr­ zahl Dauermagnete wird die Translationsrichtung jedes Dauer­ magneten identisch mit der Richtung des auf das rotierende Element wirkenden Drehmoments eingerichtet). Des weiteren ist das rotierende Element bei der Druckregelventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung "in der Lage, um eine Mittelachse im Innern eines Ventilhauptkörpers zu rotieren, um einen Soll­ druck eines Ventils zu ändern", so daß es durch Drehen des ro­ tierenden Elements möglich ist, den Solldruck des Ventils zu ändern, d. h. die Druckdifferenz zwischen der eintrittsseitigen und der austrittsseitigen Leitung zu ändern.

Des weiteren ist bei der Druckregelventilvorrichtung der vor­ liegenden Erfindung die Dauermagnetstruktur "am Ventilhaupt­ körper gehaltert, um eine lineare Pendentransplationsbewegung im Hauptkörper des Ventils ausführen zu können", so daß dann, wenn ein Paar Magnetpole (N, S) des Dauermagneten gleichzeitig einem Magnetfeld gleicher Richtung und tatsächlich der glei­ chen Stärke wie das Hauptmagnetfeld in Z-Richtung eines MRI- Apparats ausgesetzt ist, die eine Translation der Dauermagnet­ struktur verursachenden Kräfte ausgeglichen werden, wobei die auf die Magnetpole wirkenden Kräfte von gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung sind. Daher wird die Dauermagnet­ struktur in Wirklichkeit nicht veranlaßt, eine Translations­ bewegung auszuführen und das rotierende Element wird nicht mit einem Drehmoment beaufschlagt, so daß keine Gefahr besteht, daß das rotierende Element zur Rotation gebracht wird. Das bedeutet, daß selbst dann, wenn eine Person, in deren Körper eine Druckregelventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingebettet ist, in das starke Hauptmagnetfeld eines MRI-Appa­ rats zur Untersuchung und Diagnose gebracht wird, nur eine geringe Gefahr besteht, daß das rotierende Element des Ventils eine unerwartete Rotation ausführt und der Solldruck des Ven­ tils geändert wird.

So lang es möglich ist, bei der Ventilvorrichtung der vorlie­ genden Erfindung die Druckdifferenz zwischen der eintrittssei­ tigen und der austrittsseitigen Leitung zu ändern, kann das Ventil der Ventilvorrichtung von dem Typ sein, der den Strö­ mungskanal normalerweise geschlossen hält und es der ein­ trittsseitigen Leitung ermöglicht, mit der austrittsseitigen Leitung zu kommunizieren, wenn der Solldruck erreicht ist (Öffnertyp) oder von dem Typ, der den Strömungskanal normaler­ weise offen hält und bei dem die Größe der Öffnung des Ventil­ durchflußkanals die Druckdifferenz zwischen der eintrittssei­ tigen und der austrittsseitigen Leitung bestimmt (Schließer­ typ). Im Falle des erstgenannten Typs wird der Solldruck ge­ ändert oder eingeregelt, indem der Druck geändert oder einge­ regelt wird, bei dem der Verschluß des Ventilströmungskanals durch das Ventil aufgehoben wird, und im Falle des zweitge­ nannten Typs ändert sich die Durchflußrate durch Ändern oder Einregeln der Öffnungsgröße des vom Ventil gedrosselten Ven­ tildurchflußkanals, wodurch der Solldruck geändert oder ein­ geregelt wird. Die Begriffe "eintrittseitige Leitung" und "austrittsseitige Leitung" bedeuten hier Leitungen, Kanäle oder Strömungskanäle am Einlaß oder Auslaß der Ventilvorrich­ tung.

Hinsichtlich der Art, wie das rotierende Element gelagert ist, gibt es keine besondere Einschränkung, so lange es fähig ist, sich um die Mittelachse zu drehen. Mit dem Begriff "Mittel­ achse" ist die zentrale Drehachse oder die Rotationsachse ge­ meint. Die Konfiguration des rotierenden Elements ist typi­ scherweise bezüglich der Mittelachse im wesentlichen symme­ trisch. Genau genommen, könnte es jedoch auch asymmetrisch sein. Des weiteren kann die Mittelachse, d. h. die Rotations­ achse, gegenüber dem Mittelabschnitt des rotierenden Elements versetzt sein. Zum Zeitpunkt der Drehung kann sich das rotie­ rende Element entlang der Drehachse bewegen oder nicht.

Die Dauermagnetstruktur besteht typischerweise aus einem Dauermagnet mit Magnetpolen entgegengesetzter Polarität an beiden Enden. Erforderlich ist jedoch nur, daß sich die Struk­ tur insgesamt gegenüber einem externen Magnetfeld wie ein Dauermagnet verhält, und es gibt keine bestimmte Einschränkung hinsichtlich der Konstruktion für die Magnetisierung des In­ nern jeder Struktur. So kann beispielsweise die gesamte Struk­ tur aus einem Dauermagnet bestehen, oder eine oder mehrere Dauermagnete können an einer oder mehreren Stellen befestigt oder eingebettet sein. In manchen Fällen kann außerdem der Magnetpol an einer Seitenfläche in der Nähe eines Endbereichs angeordnet sein, so daß sich der Einfluß des Magnetfeldes der an der Körperoberfläche angeordneten Vorrichtung zur Soll­ druckeinstellung ohne weiteres herbeiführen läßt.

Der Mechanismus zur Rotationssteuerung hat vorzugsweise ein Paar Magnetstrukturen, und der Versatzübertragungsmechanismus ist so aufgebaut, daß bei Anlegen im wesentlichen des gleichen externen Magnetfeldes an das Paar Magnetstrukturen sich gegen­ seitig ausgleichende entgegengesetzt gerichtete Drehmomente auf das rotierende Element einwirken.

In diesem Fall sind aufgrund des Einflusses z. B. eines geneig­ ten Magnetfeldes etc., das im MRI-Apparat angelegt wird, um eine Resonanzfrequenz bereitzustellen, die von Ort zu Ort verschieden ist, die Stärken der an den N-Pol und den S-Pol der Dauermagnetstruktur angelegten Magnetfelder verschieden, so daß selbst dann, wenn eine Kraft in der Translationsrich­ tung, die insgesamt eine gewisse Größenordnung hat, auf die Dauermagnetstrukturen einwirkt, das Magnetpaar das rotierende Element mit sich gegenseitig ausgleichenden Drehmomenten be­ aufschlagt. Somit ist die Gefahr, daß das rotierende Element unerwartet in Drehung versetzt wird, gering.

Vorzugsweise enthält der Mechanismus zur Rotationssteuerung ein Paar Dauermagnetstrukturen, die in diametraler Richtung relativ zur Mittelachse des rotierenden Elements einander im wesentlichen gegenüber angeordnet sind und die in der Lage sind, eine Translationsbewegung im wesentlichen parallel zu der die diametrale Richtung schneidenden Richtung auszuführen, wobei die jeweiligen Strukturen Magnetpole gleicher Polarität an einem Ende an der gleichen Seite bezüglich der Richtung, in der die Translationsbewegung möglich ist, aufweisen sowie einen Versatzübertragungsmechanismus, der einen benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Translationsbewegung einer Struktur des Paares Dauermag­ netstrukturen zu bewegen, und den benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Transla­ tionsbewegung der anderen Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu bewegen.

In diesem Fall wird "ein Paar Dauermagnetstrukturen, die in diametraler Richtung relativ zur Mittelachse des rotierenden Elements im wesentlichen einander gegenüber angeordnet sind und die in der Lage sind, eine Translationsbewegung im wesent­ lichen parallel zu der die diametrale Richtung schneidenden Richtung auszuführen, wobei die jeweiligen Strukturen Magnet­ pole gleicher Polarität an einem Ende an der gleichen Seite bezüglich der Richtung, in der die Translationsbewegung mög­ lich ist, aufweisen" bereitgestellt. Wird also das Paar Dauer­ magente von einem Magnetfeld beaufschlagt, das ungleichmäßig und nicht wie das geneigte Magnetfeld eines MRI-Apparats ist, wirkt auf das Paar Dauermagnetstrukturen mit Magnetpolen gleicher Polarität an einem Endabschnitt der gleichen Seite eine Kraft, durch die es veranlaßt wird, eine Translations­ bewegung in gleicher Richtung auszuführen, so lange das Magnetfeld ein anormales Magnetfeld mit einem einzigen Punkt ist. Des weiteren wird "ein Versatzübertragungsmechanismus, der einen benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Translationsbewegung einer Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu bewegen, und den benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Translationsbewegung der anderen Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu bewegen", bereitgestellt. Wird also eine Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu einer Translationsbewegung in einer Richtung veranlaßt, bewegt sich ein benachbarter Abschnitt des rotierenden Elements in der obigen Richtung, um mit einer Kraft beaufschlagt zu werden, die eine Drehung in einer Richtung bewirkt, und die andere Dauermagnetstruktur, die sich dazu relativ zur Mittelachse des rotierenden Elements im wesentlichen diametral gegenüber befindet, wird ebenfalls zu einer Translationsbewegung in der gleichen Richtung, d. h. in der oben genannten Richtung, ver­ anlaßt, um zu bewirken, daß sich der benachbarte Abschnitt des rotierenden Elements in obiger Richtung bewegt und eine Kraft erzeugt, die das rotierende Element veranlaßt, sich in der anderen Richtung zu drehen. Als Ergebnis wird die Drehung des rotierenden Elements wechselseitig eingeschränkt oder unter­ bunden. Somit ist es selbst bei Durchführung einer Untersu­ chung oder Diagnose mittels eines MRI-Apparats oder dgl. mög­ lich, die Gefahr einer unerwarteten Drehung des rotierenden Elements auf ein Minimum zu begrenzen. Als Ergebnis ist die Gefahr, daß der Solldruck der Ventilvorrichtung durch die Drehung des rotierenden Elements unerwartet geändert wird, gering.

Wird dagegen ein Magnetfeld aufgebaut, das eine Struktur aus dem Paar Magnetstrukturen veranlaßt, sich in einer Richtung zu bewegen und die andere Magnetstruktur veranlaßt, sich in der anderen Richtung zu bewegen, wird in der Nähe des mindestens eines Magnetpols jeder Dauermagnetstruktur ein zusätzliches Drehmoment auf das rotierende Element aufgebracht, das Ab­ schnitte des rotierenden Elements, die einander diametral ge­ genüberliegen, dazu bringt, sich in entgegengesetzte Richtun­ gen zu bewegen, mit dem Ergebnis, daß das rotierende Element von dem Paar Dauermagnetstrukturen mit Drehmomenten in der gleichen Richtung beaufschlagt und in dieser Richtung gedreht wird, womit es möglich ist, den Solldruck der Ventilvorrich­ tung entsprechend der Drehung zu ändern.

Damit das Paar Dauermagnetstrukturen das rotierende Element in einem in einer Richtung geneigten Magnetfeld mit einander aus­ gleichenden entgegegengesetzten Drehmomenten beaufschlagen kann, ist es möglich, anstelle der Konstruktion bei der "ein Paar Dauermagnetstrukturen bereitgestellt sind, die in diame­ traler Richtung relativ zur Mittelachse des rotierenden Ele­ ments einander im wesentlichen gegenüber angeordnet sind und die in der Lage sind, eine Translationsbewegung im wesentli­ chen parallel zu der die diametrale Richtung schneidenden Richtung auszuführen, wobei die jeweiligen Strukturen Magnet­ pole gleicher Polarität an einem Ende an der gleichen Seite bezüglich der Richtung, in der die Translationsbewegung mög­ lich ist, aufweisen", eine Konstruktion vorzusehen, bei die "die jeweiligen Strukturen Magnetpole entgegengesetzter Pola­ rität an einem Endabschnitt der gleichen Seite in der Richtung haben, in der eine Translationsbewegung möglich ist", und bezüglich des Versatzübertragungsmechanismus ist es möglich, anstelle der Konstruktion, "die einen benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Transla­ tionsbewegung einer Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu bewegen, und den benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich in einer Richtung (in der gleichen Richtung) entsprechend der Richtung der Translationsbewegung der anderen Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen zu be­ wegen", eine Konstruktion vorzusehen, die einen benachbarten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich bei der Translationsbewegung der einen Struktur des Paares Dauermag­ netstrukturen in der einen oder der anderen Richtung in die eine oder die andere Richtung zu bewegen, und die "den benach­ barten Abschnitt des rotierenden Elements veranlaßt, sich bei der Translationsbewegung der anderen Struktur des Paares Dau­ ermagnetstrukturen in der einen oder der anderen Richtung in die eine oder die andere Richtung zu bewegen". Im zuletzt ge­ nannten Fall ist zwischen der anderen Magnetstruktur und dem rotierenden Element außerdem ein Versatzübertragungsmechanis­ mus vorgesehen, mit dessen Hilfe die Richtung des Versatzes umgekehrt wird.

In diesen Fällen ist der Endabschnitt, an dem die Dauermagnet­ struktur einen Magnetpol hat, typischerweise eine Endkante der Struktur. In manchen Fällen kann es jedoch auch ein anderer Abschnitt sein, z. B. eine Seitenfläche in der Nähe des Endab­ schnitts.

Der Versatzübertragungsmechanismus kann so konstruiert sein, daß er die kontinuierliche Übertragungsbewegung der Dauer­ magnetstruktur in eine kontinuierliche Drehung des rotierenden Elements wandelt. Typischerweise ist jedoch ein Einweg-Kupp­ lungsmechanismus vorgesehen, der für eine intermittierende Drehung um eine Teilungseinheit bei einer Translationsbewegung der Dauermagnetstruktur in einer Richtung sorgt.

Bei der Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung hat der Versatzübertragungsmechanismus vorzugsweise ein Schaltrad, das koaxial mit dem rotierenden Element und integral mit diesem ausgeformt ist, und eine Eingriffsklinke, die mit jeder Dauer­ magnetstruktur verbunden ist, um mit einem benachbarten Ab­ schnitt einer Klaue des Schaltrades in Eingriff zu kommen, wenn jede Dauermagnetstruktur eine Translationsbewegung aus­ führt. Bei Ausführung einer Translationsbewegung in einer Richtung oder in einer dazu entgegengesetzten Richtung beauf­ schlagt die Dauermagnetstruktur das Schaltrad mit einem Dreh­ moment, so daß für jede Dauermagnetstruktur ein Paar Ein­ griffsklinken vorgesehen ist.

In diesem Fall kann jede der Klinken des Engriffsklinken­ paares, die mit der Dauermagnetstruktur verbunden ist, die Form einer Einwegkupplung haben, die ein Drehmoment auf eine Klaue des Schaltrades bei einer Translationsbewegung in der entsprechenden Richtung aufbringt, und praktisch kein Dreh­ moment auf eine Klaue des Schaltrades bei einer Translations­ bewegung in der Umkehrrichtung aufbringt. Der Rotationssteue­ rungsmechanismus hat jedoch vorzugsweise eine Rückhaltefeder oder eine Schrittfeder, die mit einem Endabschnitt für einen Rückhalteeingriff versehen ist, dessen eines Ende mit dem Hauptkörper der Ventilvorrichtung in Eingriff steht, um mit der Eingriffsklinke der Dauermagnetstruktur zusammenzuwirken, damit sich das rotierende Element intermittierend um eine Teilungseinheit der Klauen des Schaltrades dreht, und dessen anderes Ende elastisch gegen die Klaue des Schaltrades gepreßt wird, wobei die Rückhaltefeder so konstruiert ist, daß sie die Drehung des rotierenden Elements aufgrund des Paares Dauermag­ netstrukturen am Ende des Endabschnitts für den Rückhalteein­ griff mit einer schwachen Rückhaltekraft hemmt, die die Derhung des rotierenden Elements gestattet. Ein Ende der Rückhal­ tefeder kann am Hauptkörper der Ventilvorrichtung befestigt oder einfach an diesem arretiert sein.

In diesem Fall wird die Rückhaltefeder ständig in Preßkontakt zumindest in einem geringen Ausmaß mit einer Klaue des Schalt­ rades gehalten, so daß selbst dann, wenn der Abschnitt (z. B. der Kopf), in dem die Ventilvorrichtung eingebettet ist, ab­ rupt bewegt wird oder der eingebettete Abschnitt einer leich­ ten mechanischen Stoßbelastung ausgesetzt wird, das Schaltrad arretiert wird, um seine freie Rotation zu verhindern und die Gefahr einer unerwarteten Drehung des Schaltrades auf ein Mi­ nimum zu senken, wodurch es möglich ist, die Gefahr einer un­ erwarteten Änderung des Solldrucks der Ventilvorrichtung auf ein Minimum zu senken.

Sofern das Schaltrad integral mit dem rotierenden Element aus­ geformt ist, kann es aus Harz oder dgl. bestehen; seine Kom­ ponenten können jedoch auch getrennt aus Metall oder dgl. hergestellt werden, wobei sie so zusammenzubauen sind, daß sich keine relative Drehung ergibt.

Die Dauermagnetstruktur ist typischerweise mit einem Langloch ausgeführt, in das ein am Ventilhauptkörper ausgeformter Füh­ rungsstift eingreifen soll, um Gleiten in einer Richtung zu gestatten. In diesem Fall können die Versatzrichtung und der Bewegungsbereich der Dauermagnetstruktur wegen des Eingriffs zwischen dem Führungsstift und dem Langloch zuverlässig be­ grenzt werden. So lang jedoch die Dauermagnetstruktur so ge­ haltert werden kann, daß sie eine lineare Pendeltranslations­ bewegung in einer Richtung ohne jegliches Spiel ausführen kann und, typischerweise, so lang sie so gehaltert werden kann, daß eine lineare Pendelgleitbewegung möglich ist, ist es möglich, ein anderes Mittel vorzusehen, um Richtung und Bereich des Einwegversatzes der Dauermagnetstruktur zu begrenzen.

Es ist wünschenswert, die Komponenten der Druckregelventilvor­ richtung so weit möglich aus einem Material herzustellen, das praktisch frei ist von der Gefahr, auf dem Bild sichtbar zu sein oder das Bild bei der Bildgebung durch einen MRI-Apparat (magnetic resonance imaging - Kernspinresonanztomographie) zu stören, d. h. aus einem sogenannten MRI-freien Material. So ist es beispielsweise wünschenswert, daß magnetisches Material nur für die Komponenten der Dauermagnetstruktur verwendet wird, die einen Dauermagnet bilden sollten. Ist außerdem z. B. der MRI-Apparat von dem Typ, der mit protonenmagnetischer Resonanz arbeitet, ist es wünschenswert, ein Material zu verwenden, das vollständig oder relativ frei von einer Resonanzbedingung ist, die sehr nahe an der magnetischen Kernresonanzbedingung der im zu untersuchenden Abschnitt, z. B. dem menschlichen Kopf, zu beobachtenden Wasserstoffatome liegt. Es ist also wünschens­ wert, daß die Komponenten der Druckregelventilvorrichtung mit Ausnahme der Dauermagnetstruktur (z. B. der Ventilhauptkörper und das rotierende Element) aus einem MRI-freien Kunststoff­ material (Silikonharz, Polycarbonat oder dgl.) oder einem MRI­ freien nicht magnetischem Metall hergestellt werden. Da es sich um ein im menschlichen Körper einzubettendes Objekt han­ delt, versteht es sich von selbst, daß ein für den menschli­ chen Körper schädliches Material vermieden werden sollte.

Um ein vorgegebenes Magnetfeld an einen Abschnitt in der Nähe einer oder eines Paares Dauermagnetstrukturen anzulegen, damit mindestens eine der Dauermagnetstrukturen der Druckregelven­ tilvorrichtung eine Translationsbewegung ausführt, um das ro­ tierende Element in Drehung zu versetzen, ist in nächster Nähe zu jeder Dauermagnetstruktur eine Magnetfeldgeneratoreinrich­ tung angeordnet. Die Vorrichtung zur Solldruckeinstellung be­ steht deshalb aus einer Magnetfeldgeneratoreinrichtung. Die Magnetfeldgeneratoreinrichtung besteht typischerweise aus einem Elektromagnet, bei dem eine weiche magnetische Substanz hoher Permeabilität in einer Magnetspule eingesetzt ist. Die Anzahl der Elektromagnete kann entsprechend der Anzahl Magnet­ strukturen eins oder zwei oder auch vier oder mehr entspre­ chend der Anzahl Magnetpole der Magnetstrukturen sein.

Die Ventilvorrichtung besitzt eine Einrichtung zur Erzeugung eines Solldrucksignals, so daß der Solldruckzustand von außen erkannt werden kann. Bei dem Signal kann es sich um ein magne­ tisches Signal, z. B. ein statisches Magnetfeld (z. B. Stärke oder Richtung des Magnetfeldes oder die Art, in der zeitab­ hängige Schwankungen bewirkt werden), ein elektrisches Signal, z. B. ein statisches elektrisches Feld (z. B. Stärke oder Rich­ tung des elektrischen Feldes oder die Art, in der zeitabhän­ gige Schwankungen bewirkt werden), ein elektromagnetisches Signal wie ein elektromagnetisches Feld oder um andere Signal­ arten handeln. Da sich die Rotationsstellung des rotierenden Elements entsprechend dem Solldruck ändert, ist es möglich, die Rotationsstellung direkt zu erkennen oder eine Anordnung vorzusehen, in der sich ein anderer Faktor (z. B. die axiale Stellung) entsprechend der Rotation ändern, die diesen anderen Faktor erkennt.

Die Ventilvorrichtung ist zum Einbetten in den menschlichen Körper für einen medizinischen Zweck oder dgl. vorgesehen. Typischerweise ist sie zum Einbetten im menschlichen Körper im Zuge eines chirurgischen Eingriffs konzipiert, um als Shunt- Ventil zur Ventrikel-Überbrückung des Magenraums, zur Ventri­ kelüberbrückung der Herzkammer etc. zu dienen, so daß der Druck der entsprechenden Körperflüssigkeit nicht invasiv zur Behandlung von Wasserkopf, Gehirntumor, Arachnitis und dgl. eingeregelt werden kann, und es kann die Größe von etwa eini­ gen Zentimetern oder weniger haben, was zur Einregelung des Drucks der Rückenmarksflüssigkeit oder dgl. geeignet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 Diagramme des Innenaufbaus des Hauptkörpers der Ventil­ vorrichtung einer Druckregelventilvorrichtung gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1A eine Draufsicht zur Veranschaulichung ist (in der die Ventilfeder durch eine imaginäre Linie angedeutet ist), und

Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Linie IB-IB in Fig. 1A zur Veranschaulichung ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung ähnlich Fig. 1B, die das Druckregelventil von Fig. 1 in einem im menschli­ chen Körper eingebetteten Zustand mit einem daran angeschlos­ senen Gerät zur Solldruckbestimmung zeigt;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung, wie die Solldruckeinstellung für die Druckregelventilvorrichtung von Fig. 1 mit Hilfe einer Vorrichtung zur Solldruckeinstel­ lung ausgeführt wird (um die Zeichnung übersichtlicher zu machen, ist der Hauptkörper der Ventilvorrichtung nicht dar­ gestellt);

Fig. 4 Diagramme zur schrittweisen Darstellung der Operation zur Druckeinstellung in einem Ventilsystem mit der Druckregel­ ventilvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung entlang der Linie V-V in Fig. 6 einer Druckregelventilvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer ähnlichen Blickrichtung wie bei Fig. 2;

Fig. 6 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung entlang der Linie VI-VI in Fig. 5; und

Fig. 7 Diagramme, die eine Vorrichtung zur Bestimmung der Solldruckbedingung des in Fig. 5 und 6 dargestellten Druck­ regelventils darstellen, wobei Fig. 7A eine Schnittansicht zur Verdeutlichung entlang der Linie VIIA-VIIA in Fig. 4 zeigt (der Hauptkörper der Ventilvorrichtung und der Abschnitt, in dem die Ventilvorrichtung eingebettet ist, z. B. das Schädel­ dach sind nicht dargestellt), Fig. 7B eine Schnittansicht zur Verdeutlichung entlang der Linie VIIB-VIIB in Fig. 7A und Fig. 7C eine Graphik des Detektorausgangs des Sensors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst soll eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.

Ausführungsform

Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ventilsystem 1 gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat ein Ventilsystem 1 eine Druck­ regelventilvorrichtung 3, die in einem Schädelknochen 2b unter beispielsweise dem Schädeldach 2 eines Menschen (in einer Tie­ fe von z. B. einigen Millimetern, gemessen ab der Körperober­ fläche) eingebettet ist, eine Solldruck-Detektorvorrichtung 4 zur Erfassung des von der Ventilvorrichtung 3 eingeregelten Solldrucks ΔP und eine Einstellvorrichtung 5 für den Solldruck zum Einstellen des Solldrucks ΔP.

Die Ventilvorrichtung 3 ist an einem mittleren Punkt A eines Kanals 6 für die Rückenmarksflüssigkeit angeschlossen und an­ geordnet, und die Einstellung/Einregelung erfolgt in der Weise, daß der Druck P der Rückenmarksflüssigkeit in einem/­ einer stromaufwärtigen Kanal/Leitung 6a den Druck P0 der Rückenmarksflüssigkeit in einem/einer stromabwärtigen Kanal /Leitung 6a um nicht mehr als den Solldruck ΔP der Ventilvor­ richtung 3 übersteigt, d. h. daß der Druck der Rückenmarks­ flüssigkeit nicht höher ist als P0 + ΔP. Stimmt beispielsweise der Druck P0 mit dem atmosphärischen Druck überein, beträgt unter den Annahme, daß P0 = 0, wobei der atmosphärische Druck als Referenz dient, P = ΔF. Die Ventilvorrichtung 3 kann als Ventil zur Einregeln des Drucks in der Weise verwendet werden, daß der Druck in der stromabwärtigen Leitung 6b nicht niedri­ ger als P0 ( = P - ΔP) ist.

Die Ventilvorrichtung 3 hat einen Hauptkörper der Ventilvor­ richtung oder ein Ventilgehäuse 10 mit eintritts- und aus­ trittsseitigen Leitungen 11 und 12, eine Kammer 14, die mit der austrittsseitigen Leitung 12 in Verbindung steht, und eine Öffnung 17, die als Ventildurchflußkanal dient, um die ein­ tritts- und austrittsseitigen Leitungen 11 und 12 sowie die Kammer 14 zu verbinden, und besteht aus Silikonharz, Polycar­ bonat oder dgl., des weiteren ein kugelartiges Ventilelement oder Kugelventil 20, das als Ventil zum Öffnen und Schließen der Öffnung 17 im Hauptkörper 10 der Ventilvorrichtung dient und als Hartkeramik, z. B. Saphir oder Rubin besteht, und einen Druckregelungsmechanismus 30, der dann, wenn der Druck P in der stromaufwärtigen Leitung 6a den Solldruck P0 + ΔP über­ schreitet, mit dem Kugelventil 20 zusammenarbeitet, um die Schließung des Durchflußkanals 17 durch das Kugelventil 20 aufzuheben. Das Ventilgehäuse 10 ist in Richtung C beispiels­ weise ca. 1 bis 2 cm lang, in Richtung C ca. einige Millimeter bis 1 cm breit und in Richtung D ca. einige Millimeter bis 1 cm hoch. Bei manchen Fällen können die Abmessungen in den obigen Richtungen kleiner oder größer als die oben angegebenen sein.

Der Hauptkörper 10 der Ventilvorrichtung hat einen Ventilsitz­ abschnitt 13, auf dem das Kugelventil 20 zwischen der mit der stromaufwärtigen Leitung 6a verbundenen eintrittsseitigen Lei­ tung 11 und der mit der stromabwärtigen Leitung 6b verbundenen austrittsseitigen Leitung 12 zum Sitz gebracht werden kann, und der aus dem gleichen Material wie das Kugelventil 20, die das Kugelventil 20 aufnehmende Kammer 14 und der Druckregel­ mechanismus 30 besteht. Der Ventilsitzsabschnitt 13 besteht aus einem Ventilsitzelement, das eine kegelstumpfartige Sitz­ fläche 15 hat. Obwohl der Hauptkörper 10 der Ventilvorrichtung in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber so dargestellt ist, als bestünde er aus einem einzigen Element, wird er durch Zusammenbauen einer Vielzahl Abschnitte gebildet, so daß ver­ schiedene Elemente in der Kammer 14 angeordnet werden können.

Wie vor allem in Fig. 1A und 1B dargestellt ist, enthält der Druckregelmechanismus 30 ein Substrat 31, das an der Bodenwand 18 der Kammer 14 befestigt ist, eine Nockenachse oder Rota­ tionsmittelwelle 32, deren Abschnitt 32a mit großem Durchmes­ ser im Substrat 31 sitzt, ein Nockenrad 35, das als rotieren­ des Element dient und auf dem Wellenabschnitt 32b mit kleinem Durchmesser der Nockenwelle 32 sitzt, die sich in Richtung C senkrecht zum Substrat 31 erstreckt, um in Richtungen F1 und F2 um die Mitelachse E der Achse 32 drehbar zu sein, und das mit einer mehrstufigen Spiralkurvenoberfläche 33 und einer Ventilfeder 36 versehen ist, die zwischen dem Nocken 34 und dem kugelartigen Ventil 20 angeordnet ist. Die Ventilfeder 36 hat beispielsweise eine gabelförmige Konfiguration mit drei Schenkel- oder Armabschnitten 36a, 36b und 36c. Die vorderen Enden der kürzeren Armabschnitte 36b und 36c an beiden Seiten sind durch Eingriffsstützstrukturen 37b und 37c arretiert, und das vordere Ende 38 des längeren mittleren Armabschnitts 36b liegt auf der Kugel 20 auf, wobei sich das vordere Ende einer halbkugeligen Eingriffsnase 39a an der Unterseite des Gabel­ basis-Endabschnitts 39 am Basisende des Armabschnitts 36a in Kontakt mit der Kurvenoberfläche 33 der Spiralkurve 34 befin­ det. Das Ventilsitzelement 13 ist außerdem in ein Loch im Sub­ strat 31 eingepaßt. Bezugszeichen 70 kennzeichnet einen Dauer­ magnet, der als Solldrucksignal-Generatoreinrichtung oder als bewegliche Marke dient, der auf dem Basisendabschnitt 39 der Ventilfeder 36 befestigt ist und ein Magnetfeldsignal bereit­ stellt, das die Position des Basisendabschnitts 39 relativ zur Richtung D angibt, und Bezugszeichen 71 (Fig. 2) kennzeichnet einen Dauermagnet, der als feststehende Marke dient und in der oberen Wand 19 des Hauptkörpers 10 der Ventilvorrichtung ein­ gebettet ist und ein Referenz-Positionssignal bereitstellt, das die Position des Hauptkörpers 10 der Ventilvorrichtung angibt.

Die Ventilfeder 36 ist aus einem nicht magnetischen Metall z. B. nicht magnetischem Edelstahl ausgeformt, die Breite jedes der Armabschnitte 36a, 36b und 36c sowie der Abstand dazwi­ schen beträgt ca. 1 mm, wobei die Dicke der Armabschnitte ca. 0,1 mm beträgt. Die Länge des Armabschnitts 36a beträgt ca. 1 bis 2 cm, und die Länge der Armabschnitte 36b und 36c ent­ spricht etwa der halben Länge des Armabschnitts 36a. In eini­ gen Fällen können die Abmessungen in den verschiedenen Rich­ tungen kleiner oder größer als die obigen sein. Obwohl in die­ ser Beschreibung die Begriffe waagrechte und senkrechte Rich­ tung auf Basis der sich aus Fig. 1 bis 3 ergebenden Richtungen verwendet werden, liegt es auf der Hand, daß sich diese Rich­ tungen in Abhängigkeit von der Ausrichtung des menschlichen Körpers und der Stelle im Körper, an der die Ventilvorrichtung 3 eingebettet ist, ändern können.

Dreht sich also das Nockenrad 35 um den Achsenabschnitt 32b mit kleinem Durchmesser der Nockenachse 32 in Richtung F1 oder F2, wird der Basisendabschnitt 39 der Ventilfeder 36 vom No­ cken 24 in Richtung D1 oder D2 bewegt, und es ändert sich der Auslenkungszustand der Feder 36 in Richtung G1 oder G2, deren vordere enden der Armabschnitte 36b und 36c von den Eingriffs­ stützstrukturen 37b und 37c arretiert sind, wodurch sich die Kraft ändert, mit der die Kugel 20 durch den vorderen Endab­ schnitt 38 der Feder 36 in Richtung D2 gedrückt wird, was wiederum den Druck ändert, bei dem die Schließung des Ventil­ durchflußkanals 17 durch die Kugel 20 aufgehoben wird. Die Nase 39a des Armbasisendabschnitts 39 steht in Eingriff mit einer der zu stabilisierenden Spiralkurvenflächen 33, so daß das Nockenrad 35 eine Rotationsstellung nach der intermittie­ renden Drehung um einen vorgegebenen Winkel oder eine Steigung Δϕ annimmt. Die Stellung in der senkrechten Richtung D des Magneten 70 am Armbasisendabschnitt hat eine 1 : 1-Entsprechung zur Stellung in Richtung D der Nase 39a, d. h. zu der von der Ventilfeder 39 auf die Kugel 20 in Richtung D aufgebrachten Druckkraft oder mit anderen Worten zum Solldruck ΔP des Ven­ tils.

Ein Schaltrad 40 ist integral unterhalb des Basisabschnitts 35a mit großem Durchmesser des Nockenrads 35, das aus einem Harz z. B. Polycarbonat besteht, ausgeformt und ist mit einer großen Anzahl Klauen 41 an seinem Außenumfang in der Lage, mit dem Nockenrad 35 um den Achsenabschnitt 32b mit kleinem Durch­ messer der Nockenachse 32, d. h. um die Mittelachse E, zu ro­ tieren. Es ist auch möglich, das Schaltrad 40 als getrennte Komponente aus einem Metall z. B. nicht magnetischen Edelstahl herzustellen und am aus einem ähnlichen Material hergestellten Nockenrad 35 so zu befestigen, daß sie sich nicht relativ zu­ einander drehen.

Zu beiden Seiten des Schaltrades 40 sind in Richtung C Gleit­ stücke 51 und 52 auf dem Substrat 31 so angeordnet, daß sie darauf in Richtung B1 und B2 gleitbar sind. Die Gleitstücke 51 und 52 enthalten Abschnitte 53 und 54 des Hauptkörpers, die in Richtung B lang und schmal sind, und Paare Eingriffsklinken 55, 56 und 57, 58, die integral an Seitenwänden 53a und 54a ausgeformt sind und in Richtung der Klauen 41 des Schaltrades 40 weisen. Die Hauptkörperabschnitte 53 und 54 der Gleit­ stücke, die als die Dauermagnetstrukturen dienen, bestehen aus Dauermagneten, die in der gleichen Richtung B2 magnetisiert sind und die praktisch von identischem Aufbau und gleicher Stärke sind. Die Endabschnitte 53b, 54b in Richtung B1 der Hauptkörperabschnitte 53 und 54 bilden N-Pole und die Endab­ schnitte 53c, 54c in Richtung B2 bilden S-Pole. Die Hauptkörperabschnitte 53 und 54 der Gleitstücke haben jeweils sich in Richtung B erstreckende Führungsbohrungen oder Langlöcher 53d und 54d, und Führungsstiftpaare 61a, 61b und 62a, 62b, die in Richtung B im Abstand zueinander angeordnet sind und aus dem Substrat 31 hervorstehen, sind in den Langlöchern 53d und 54d eingesetzt. Der Durchmesser der Führungsstifte 61a und 61b in Richtung C fällt praktisch mit der Breite des Langlochs 53d in Richtung C zusammen, und der Durchmesser der Führungsstifte 62a und 62b in Richtung C fällt praktisch mit der Breite des Langlochs 54d in Richtung C zusammen. Die Gleitstücke 51 und 52 oder die Hauptkörperabschnitte 53 und 54 der Gleitstücke sind also relativ zum Substrat 31 in Richtung B1 bis zu den Stellen gleitbar, an denen die Endwandungen 53e und 54e gegen die Umfangsflächen der Führungsstifte 61a und 62a stoßen, und in Richtung B2 bis zu den Stellen, an denen die Endwandungen 53f und 54f gegen die Umfangsflächen der Führungsstifte 61a und 62a stoßen.

Die Eingriffsklinke 55 hat eine innere Eingriffsfläche 55a, die bei einer Bewegung des Gleitstücks 51 relativ zum Substrat 31 in Richtung B1 gegen eine gegenüber liegende Fläche 42a der Klaue 42 der Klauen 41 des Schaltrades 40 stößt und mit dieser in Eingriff kommt, die dieser in Richtung B1 am nächsten liegt, und drückt die Klaue 42 in Richtung B1, so daß das Schaltrad 40 veranlaßt wird, sich in Richtung F2 zu drehen, eine äußere Fläche 55b, die die konische Konfiguration der Klaue bestimmt, so daß sie mit Spiel in den Spalt zwischen zwei benachbarten Klauen 41 des Schaltrades 40, z. B. in den Spalt 44 zwischen Klauen 42 und 43, paßt, und eine Eingriffs­ fläche 55c am vorderen Ende. In ähnlicher Weise hat die Ein­ griffsklinke 56 eine innere Eingriffsfläche 56a, die bei einer Bewegung des Gleitstücks 51 relativ zum Substrat 31 in Rich­ tung B2 gegen eine gegenüber liegende Fläche 45a der Klaue 45 der Klauen 41 des Schaltrades 40 stößt und mit dieser in Ein­ griff kommt, die dieser in Richtung B2 am nächsten liegt, und drückt die Klaue 45 in Richtung B2, so daß das Schaltrad 40 veranlaßt wird, sich in Richtung F1 zu drehen, eine äußere Fläche 56b, die die konische Konfiguration der Klaue bestimmt, so daß sie mit Spiel in den Spalt zwischen zwei benachbarten Klauen 41 des Schaltrades 40, z. B. in den Spalt 44 zwischen Klauen 45 und 46, paßt, und eine Eingriffsfläche 57c am vor­ deren Ende.

Des weiteren hat die Eingriffsklinke 57 eine innere Eingriffs­ fläche 57a, die bei einer Bewegung des Gleitstücks 52 relativ zum Substrat 31 in Richtung B1 gegen eine gegenüber liegende Fläche 47a der Klaue 47 der Klauen 41 des Schaltrades 40 stößt und mit dieser in Eingriff kommt, die dieser in Richtung B1 am nächsten liegt, und drückt die Klaue 47 in Richtung B1, so daß das Schaltrad 40 veranlaßt wird, sich in Richtung F1 zu dre­ hen, eine äußere Fläche 57b, die die konische Konfiguration der Klaue bestimmt, so daß sie mit Spiel in den Spalt zwischen zwei benachbarten Klauen des Schaltrades 40, z. B. in den Spalt 44 zwischen Klauen 47 und 48, paßt. In ähnlicher Weise hat die Eingriffsklinke 58 eine innere Eingriffsfläche 58a, die bei einer Bewegung des Gleitstücks 51 relativ zum Substrat 31 in Richtung B2 gegen eine gegenüber liegende Fläche 49a der Klaue 49 der Klauen 41 des Schaltrades 40 stößt und mit dieser in Eingriff kommt, die dieser in Richtung B2 am nächsten liegt, und drückt die Klaue 49 in Richtung B2, so daß das Schaltrad 40 veranlaßt wird, sich in Richtung F2 zu drehen, eine äußere Fläche 58b, die die konische Konfiguration der Klaue bestimmt, so daß sie mit Spiel in den Spalt 44 zwischen der Klaue 49 und der dieser benachbarten Klaue des Schaltrades 40, und eine Eingriffsfläche 58c am vorderen Ende.

Die freie Drehung des Schaltrades 40 wird durch eine Rückhal­ te- oder Schrittfeder 63 eingeschränkt. Dies bedeutet genauer ausgedrückt, daß ein Eingriffsabschnitt 66 am vorderen Ende eines Armabschnitts 65 der im wesentlichen U-förmigen die Rotation hemmenden Feder 63 mit einer aus dem Substrat hervor­ stehenden Eingriffsnase 64 in Eingriff steht. Aufgrund der elastischen Kraft der Feder 63 wird ein Eingriffsabschnitt 68 am vorderen Ende des anderen Armabschnitts 67 der Feder sanft gegen den Abschnitt zwischen benachbarten Klauen des Schalt­ rades 40 gedrückt, wodurch eine Drehung in Richtung F1, F2 des Schaltrades 40 aufgrund einer Bewegung des eingebetteten Ab­ schnitts der Ventilvorrichtung 3 (z. B. der menschliche Kopf) oder eines leichten Schlages auf den eingebetteten Abschnitt eingeschränkt und unterbunden wird, da das Schaltrad 40 in dieser Stellung arretiert wird. Es besteht also nur eine ge­ ringe Gefahr, daß sich das Nockenrad 35 als das rotierende Element unerwartet dreht und dadurch unerwartete Schwankungen des Solldrucks der Ventilvorrichtung 3 verursacht. Die die Drehung hemmende Kraft der Feder 63 ist relativ gering. Ihr Größe ist so bemessen, daß eine Drehung des Schaltrades 40 gestattet wird, wenn die durch die Gleitstücke 51 und 52 her­ vorgerufenen Drehmomente zur selben Zeit und in derselben Drehrichtung auf das Schaltrad 40 aufgebracht werden.

Bei diesem Beispiel besteht der Versatzübertragungsmechanismus aus den Eingriffsklinken 55, 56, 57, 58, die integral mit den Gleitstücken 53 und 54 ausgeformt sind, dem Schaltrad 40, das integral mit dem Nockenrad 35 ausgeformt ist, und der Rückhal­ tefeder 63, und der Rotationssteuerungsmechanismus enthält zu­ sätzlich zum Versatzübertragungsmechanismus die Gleitstück­ hauptkörper 53 und 54, die als die Dauermagnetstrukturen die­ nen. Das bedeutet, daß der Rotationssteuerungsmechanismus aus den Gleitstücken 51 und 52, dem Schaltrad 40 und der Rückhal­ tefeder 63 besteht.

Wie in Fig. 2 dargestellt enthält die Vorrichtung 4 zur Be­ stimmung des Solldrucks einen Hauptkörper 72 der Detektorvor­ richtung, der an einem hervorstehenden Abschnitt 2a an der Stelle des Schädeldachs 2, wo die Druckregelvorrichtung 3 eingebettet ist, und Magnetsensoren 73 und 74, die im Hauptkörper 72 eingebaut sind. Zur Aufnahme des hervorstehenden Abschnitts 2a am eingebetteten Abschnitt des Schädeldachs hat der Haupt­ körper 72 der Detektorvorrichtung eine Ausnehmung 75, deren Form im wesentlichen komplementär zum hervorstehenden Ab­ schnitt 2a an seiner Unterseite 76 ist, die mit dem Schädel­ dach 2 in Berührung kommt. Der Magnetsensor 73 ist in der Nähe der Oberfläche der Ausnehmung 75 angeordnet, um das vom in der oberen Wand 19 des Hauptkörpers 10 der Druckregelventilvor­ richtung 3 eingebetteten Dauermagnet 71 hervorgerufene Magnet­ feld zu erfassen. Analog ist der Magnetsensor 74 in der Nähe der Oberfläche der Ausnehmung 75 angeordnet, um das vom am Basisendabschnitt 39 der Feder 36 der Druckregelventilvor­ richtung 3 befestigten Dauermagnet 70 hervorgerufene Magnet­ feld zu erfassen. Der Abstand H zwischen den Magnetsensoren 73 und 74 ist im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Magneten 70 und 71 in Richtung B. Die Magnetsensoren 73 und 74 bestehen beispielsweise aus Riesen-Magnetowiderstandseffekt- Elementen (GMR - giant magnetoresistive). Sie können aber auch aus Magnetowiderstandseffekt-Elementen (MR - magneto resist­ ive) oder anderen Magnetfeldsensoren bestehen. Die von den Magnetsensoren 73 und 74 erfaßten Ergebnisse werden von einem Anzeigegerät beispielsweise einer Anzeige 76 dargestellt.

Zur Erfassung des Solldrucks erfolgt zunächst eine Grobposi­ tionierung, indem der Hauptkörper 72 der Detektorvorrichtung so plaziert wird, daß der hervorstehende Abschnitt 2a in die Ausnehmung 75 des Hauptkörpers 72 der Detektorvorrichtung paßt. Danach wird eine Feineinstellung der Position und Aus­ richtung des Hauptkörpers 72 der Detektorvorrichtung in den Richtungen B und C vorgenommen, wobei die beiden Detektor­ ausgaben auf der Anzeige 76 beobachtet werden, bis der vom Magnetsensor 73 gelieferte Magnetfelddetektorausgang des Dau­ ermagneten 71 und der vom Magnetsensor 74 gelieferte Magnet­ felddetektorausgang des Dauermagneten 71 das Maximum erreichen. Danach wird aus dem vom Magnetsensor 74 gelieferten De­ tektorergebnis, d. h. aus der Stärke des erkannten Magnetfel­ des, eine Information über die Stellung des Magneten 70 in Richtung D gewonnen. Falls gewünscht, ist es auch möglich, die vom Magnetsensor 74 gelieferte Detektorausgabe zu korrigieren, wobei der Betrag der vom Magnetsensor 73 gelieferten Detektor­ ausgabe als Referenz herangezogen wird.

Bei der Druckregelventilvorrichtung 3, die wie oben beschrie­ ben aufgebaut ist, bestehen der Hauptkörper 10 der Ventilvor­ richtung und das Substrat 31 (das als integraler Bestandteil des Hauptkörpers 10 der Ventilvorrichtung ausgeformt sein kann) aus einem MRI-freien Kunststoffmaterial, das rotierende Element 35, das Schaltrad 40, die Führungsstifte 61a, 61b, 62a und 62b, die Eingriffsstützstrukturen 37b und 37c, die Rück­ haltefeder und die Ventilfeder aus einem Kunststoffmaterial oder einem nicht magnetischem MRI-freien Metall und das Kugel­ ventil 20 und das Ventilsitzelement 13 aus einem MRI-freien Keramikmaterial.

Wie in Fig. 1 und 3 und detailliert in Fig. 3 dargestellt ent­ hält die Vorrichtung 5 zur Solldruckeinstellung beispielsweise vier Elektromagnete 81, 82, 83 und 84. Die Elektromagnete 81, 82, 83 und 84 bestehen typischerweise aus Magnetspulen und in die Spulen eingesetzten stabförmigen Elementen aus einem wei­ chen magnetischen Material hoher Permeabilität. Die vier Elek­ tromagnete 81, 82, 83 und 84 sind schräg im Hauptkörper (nicht dargestellt) der Solldruckeinstellvorrichtung eingebaut, der eine ähnliche Konfiguration wie der Hauptkörper 72 der Soll­ druckdetektorvorrichtung 4 in Fig. 2 dahingehend hat, daß die unteren Endabschnitte 81a, 83a und 82a, 84a der Elektromagnete 81, 83 und 82, 84 in Richtung der Endabschnitte 53b und 53c des Gleitstückhauptkörpers 53 und der Endabschnitte 54b und 54c des Gleitstückhauptkörpers 54 weisen und in unmittelbarer Nähe angeordnet sind. Die Elektromagnete 81 und 82 können aus einem einzigen Elektromagnet (nicht dargestellt) bestehen. Des weiteren können wie in Fig. 1 gezeigt die Elektromagnete 83 und 84 ebenfalls aus einem einzigen Elektromagnet z. B. einem Elektromagnet 85 bestehen.

Im folgenden wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf Fig. 4A, bis 4D der Prozeß oder die Operation zum Ändern und Einstellen des Drucks des Druckregelventils 3 unter Verwendung der Soll­ druckeinstellvorrichtung 5 detailliert beschrieben. Fig. 4A bis 4D zeigen nur den Erregungszustand des unteren Endes eines Elektromagneten im erregten Zustand.

Zunächst sei ein Ausgangszustand wie in Fig. 4A dargestellt angenommen. In diesem Zustand befinden sich die Gleitstücke 51 und 52 in der Stellung, in der die Führungsstifte 61a, 61b, 62a und 62b mit Spiel in den Führungsbohrungen oder Langlö­ chern 53d und 54d in der Mitte sitzen und der Eingriffsab­ schnitt 68 am vorderen Ende der Rückhaltefeder 63 tief in Ein­ griff mit dem Abschnitt zwischen benachbarten Klauen 41 des Schaltrades 40 steht und in leichtem Druckkontakt gehalten wird, wobei das Schaltrad 40 und das Nockenrad 35 arretiert sind, um sich nicht zu drehen, und die Drehung des Schaltrades 40 und des Nockenrades 35 von der Rückhaltefeder 63 gehemmt wird. Keiner der Elektromagnete 81, 82, 83 und 84 ist erregt. Dagegen können sich die Gleitstücke 51 und 52 in Richtung B1 und B2 innerhalb eines kleinen Bereichs frei bewegen. Die Ven­ tilvorrichtung 3 ist auf einen Druck eingestellt, der der Ro­ tationsstellung des Schaltrades 40 entspricht.

Wird beispielsweise in dem in Fig. 4A dargestellten Zustand ein statisches Riesenmagnetfeld W wie das Hauptmagnetfeld in Z-Richtung eines MRI-Apparats etwa in Richtung B2 angelegt, werden der N-Pol-Endabschnitt 53b und der S-Pol-Endabschnitt 53c des Gleitstücks 51 mit Kräften entgegengesetzter Richtung und gleicher Stärke in Richtungen B2 und B1 beaufschlagt, so daß sich die auf das Gleitstück 51 einwirkenden Kräfte aus­ gleichen, und das Gleitstück 51 wird ähnlich wie im Fall des Gleitstücks 52 nicht verschoben. Dies trifft auch für den Fall zu, in dem die Magnetpole der Hauptkörper 53 und 54 der Gleit­ stücke 51 und 52 anders verteilt sind als die Endabschnitte 53a, 53b, 54b und 54c. Des weiteren werden selbst dann, wenn die Richtung des statischen Magnetfeldes W die Richtung B schneidet, andere Bewegungen als die in den Richtungen B1 und B2 von den Führungsstiften 61a und 61b verhindert, und der Einfluß der Komponenten des statischen Magnetfeldes W in den Richtungen B1 und B2 ist gleich, so daß die Gleitstücke 51 und 52 vom statischen Magnetfeld W nicht verschoben werden.

Des weiteren wird selbst in dem Fall, in dem das geneigte Magnetfeld eines MRI-Apparats angelegt wird, praktisch keine Drehung des Schaltrades 40 und des rotierenden Elements 35 verursacht. Unter der Annahme, daß die auf den N-Pol-Endab­ schnitt 53b des Gleitstücks 51 in Richtung B2 vom geneigten Magnetfeld aufgebrachte Kraft größer ist als die auf den 5- Pol-Endabschnitt 53c vom geneigten Magnetfeld in Richtung B1 aufgebrachte Kraft, veranlaßt die Eingriffsklinke 56 des Gleitstücks 51 die Drehung des Schaltrades 40 in Richtung F1. Da das geneigte Magnetfeld an die Hauptkörper (Magnetstruktu­ ren) 53 und 54 der Gleitstücke 51 und 52 im wesentlichen auf die gleiche Weise angelegt wird, ist die auf den N-Pol-Endab­ schnitt 54b des Gleitstücks 52 in Richtung B2 einwirkende Kraft größer als die auf den S-Pol-Endabschnitt 54c in Rich­ tung B1 einwirkende Kraft, und die Eingriffsklinke 58 des Gleitstücks 52 veranlaßt das Schaltrad 40, sich in Richtung F1 zu drehen. Als Ergebnis gleichen sich das in Richtung F1 durch das Gleitstück 51 auf das Schaltrad 40 aufgebrachte Drehmoment und das in Richtung F2 durch das Gleitstück 52 auf das Schalt­ rad 40 aufgebrachte Drehmoment gegenseitig aus, so daß das Schaltrad 40 und das rotierende Element 35 tatsächlich nicht rotieren. Selbst in dem Fall, in dem eine Differenz zwischen dem Drehmoment in Richtung F1 und dem Drehmoment in Richtung F2 besteht, ist das geneigte Magnetfeld relativ klein, und die Neigung des geneigten Magnetfeldes ist ebenfalls relativ klein, so daß die Drehmomente der Gleitstücke 51 und 52 rela­ tiv klein sind und ihre Differenz sogar noch kleiner. Aufgrund der eine Drehung hemmenden Kraft, die von der Rückhaltefeder 63 bereitgestellt wird, deren Eingriffsendabschnitt 68 zwi­ schen Klauen 41 des Schaltrades 40 in Eingriff steht, ist es also zuverlässig möglich, die Drehung des Schaltrades 40 zu unterbinden.

Wird beispielsweise wie in Fig. 4B dargestellt Elektrizität an die Spulen der Elektromagnete 81 und 83 geliefert, um diese zu erregen, so daß das untere Ende 81a des Elektromagneten 81 und das untere Ende 83a des Elektromagneten 83 beide S-Pole bil­ den, erfährt der N-Pol-Endabschnitt 53b des Hauptkörpers 53 des Gleitstücks 51 eine Anziehungskraft vom S-Pol-Endabschnitt 81a des benachbarten Elektromagneten 81, und der S-Pol-Endab­ schnitt 53c des Hauptkörpers 53 des Gleitstücks erfährt eine Abstoßungskraft vom S-Pol-Endabschnitt 83a des Elektromagneten 83, so daß der Hauptkörper 53 des Gleitstücks Kräften in Rich­ tung B2 von beiden Elektromagneten 81 und 83 ausgesetzt ist, und die Eingriffsklinke 56 die benachbarte Klaue 45 des Schaltrades 40 in Richtung B2 drückt, so daß sich das Schalt­ rad 40 in Richtung F1 dreht.

Wird analog Elektrizität an die Spulen der Elektromagnete 82 und 84 geliefert, um diese zu erregen, so daß das untere Ende 82a des Elektromagneten 82 und das untere Ende 84a des Elek­ tromagneten 84 beide N-Pole bilden, erfährt der N-Pol-Endab­ schnitt 54b des Hauptkörpers 54 des Gleitstücks 52 eine Ab­ stoßungskraft vom N-Pol-Endabschnitt 82a des benachbarten Elektromagneten 82, und der S-Pol-Endabschnitt 54c des Haupt­ körpers 54 des Gleitstücks erfährt eine Anziehungskraft vom N- Pol-Endabschnitt 84a des Elektromagneten 84, so daß der Hauptkörper 54 des Gleitstücks Kräften in Richtung B2 von beiden Elektromagneten 82 und 84 ausgesetzt ist, und die Eingriffs­ klinke 57 die benachbarte Klaue 47 des Schaltrades 40 in Richtung B1 drückt, so daß sich das Schaltrad 40 in Richtung F1 dreht.

Das Schaltrad 40 wird also mit Drehmomenten in Richtung F1 von beiden Gleitstücken 51 und 52 beaufschlagt, so daß das Schalt­ rad 40 in Richtung F1 gegen die Rückhaltekraft des Eingriffs­ endabschnitts 68 der Rückhaltefeder 63 gedreht wird, während der Armabschnitt 67 der Feder 63 in Richtung Q2 in eine Stel­ lung J (Stellung gemäß Fig. 4B oder durch die imaginäre Linie in Fig. 1 angedeutete Stellung) ausgelenkt wird. Wie Fig. 4B zeigt, endet diese Drehung in Richtung F1 durch die Gleit­ stücke 51 und 52, wenn der Endabschnitt 53f des Langlochs 53d des Hauptkörpers 53 des Gleitstücks gegen den Führungsstift 61b stößt (imaginäre Linie K in Fig. 1A) und wenn der Endab­ schnitt 54e des Langlochs 54d des Hauptkörpers 54 gegen den Führungsstift 62a stößt (imaginäre Linie L in Fig. 1A). Zu diesem Zeitpunkt erreichen die Klauen 45 und 47 des Schalt­ rades 40 im wesentlichen Zwischenstellungen, die durch ima­ ginäre Linien in Fig. 1 angedeutet sind, und wie durch eine imaginäre Linie in Fig. 1A angedeutet, überschreitet der Ein­ griffsendabschnitt 68 der Rückhaltefeder 63 den Scheitel oder den obersten Abschnitt 43a der Klaue 43, neben deren stromauf­ wärtigen Seite er sich befunden hat. Wie aus Fig. 4B ersicht­ lich wird also der Scheitel oder oberste Abschnitt 43a der Klaue 43 aus der Bedingung, in der er mit der stromaufwärtigen Eingriffsfläche 68a des Eingriffsendabschnitts 68 der Rück­ haltefeder 63 in Eingriff steht, in die Bedingung versetzt, in der er den Scheitel 68b überschreitet, um mit der stromabwär­ tigen Eingriffsfläche 68c an der stromabwärtigen Seite bezogen auf den Scheitel 68b in Eingriff zu kommen.

Wie in Fig. 4C dargestellt wird somit das Schaltrad 40 weiter in Richtung F1 durch die Rückholkraft in Richtung Q1 der Feder 63 gedreht, die durch die stromabwärtige Eingriffsfläche 68c der Rückhaltefeder 63 auf den obersten Abschnitt 43a der Klaue 43 aufgebracht wird, und der Scheitel 46a der Klaue 46 des Schaltrades 40, die eine Teilung nach der Klaue 45 folgt, stößt in Punkt K gegen das vordere Ende der Eingriffsfläche 56c der Eingriffsklinke 56 des Gleitstücks 51, wobei der Scheitel 48a der Klaue 48 des Schaltrades 40, die eine Teilung nach der Klaue 47 folgt, in Punkt L gegen das vordere Ende der Eingriffsfläche 57c der Eingriffsklinke 57 des Gleitstücks 52 stößt, um die Drehung zum Stillstand zu bringen.

Als nächstes wird der Erregungszustand der Elektromagnete 81, 82, 83 und 84 geändert. Das bedeutet z. B., daß die Zufuhr von Elektrizität zu den Spulen der Elektromagnete 81 und 84 einge­ stellt und die Richtung, in der Elektrizität an die Spulen der Elektromagnete 82 und 83 geliefert wird, umgekehrt wird, um die Elektromagnete 82 und 83 so zu erregen, daß der Endab­ schnitt 82a des Elektromagneten 82 einen S-Pol und der Endab­ schnitt 83a des Elektromagneten 83 einen N-Pol bildet. Als Er­ gebnis erfährt der Endabschnitt 53c des Gleitstücks 51 eine Anziehungskraft in Richtung B1 vom S-Pol-Endabschnitt 83a, und der Endabschnitt 54a des Gleitstücks 52 erfährt eine Anzie­ hungskraft in Richtung B2 vom S-Pol-Endabschnitt 82a, wobei das Gleitstück 51 in Richtung B1 und das Gleitstück 52 in Richtung B2 zurückbewegt werden, so daß sich die vorderen Enden der Eingriffsflächen 56c und 57c der Eingriffsklinken 56 und 57 der Gleitstücke 51 und 52 entlang der vorderen Endab­ schnitte 46a und 48a der Klauen 47 und 48 des Schaltrades 40 bewegen können. Wird dagegen als Ergebnis der Bewegung der Gleitstücke 51 und 52 in Richtung B1 und B2 der Eingriff der vorderen Enden 46a und 48a der Klauen 46 und 48 mit dem vorde­ ren Ende der Eingriffsflächen 56c und 57c der Eingriffsklinken 56 und 57 aufgehoben, wird das Schaltrad 40 durch die Eingriffsfläche 68c des Endabschnitts 68 der Rückholfeder 63 wei­ ter in Richtung F1 gedreht und greift tief in den Eingriffs­ endabschnitt 68 der Feder 63 ein, wobei das Schaltrad in Rich­ tung F1 um eine Teilung der Klaue 41 gegenüber dem in Fig. 4A (Fig. 4D) dargestellten Zustand gedreht wird. Zu diesem Zeit­ punkt sind die Gleitstücke 51 und 52 in ihre Ausgangspositio­ nen gemäß Fig. 4A zurückgekehrt, in denen die Führungsstifte 61a, 61b und 62a, 62b an den Zwischenpunkten mit Spiel in den Langlöchern 53d und 54d sitzen. In diesem Zustand ist die die Drehung hemmende Kraft aufgrund des Eingriffs des Eingriffs­ endabschnitts 68 der Feder 63 mit der Klaue 41 des Schaltrades 40 stärker als die die Drehung steuernde Kraft, die auf einen der Endabschnitte 53c und 54b der Gleitstücke 51 und 52 wirkt, so daß selbst dann, wenn die Eingriffsklinken 55 und 58 gegen die Klauen 41 des Schaltrades 40 stoßen, das Schaltrad 40 keine weitere Drehung mehr ausführt. Es ist auch möglich, die Elektromagnete 81 und 84 anstelle der Elektromagnete 82 und 83 zu erregen. Des weiteren ist es auch möglich, anstelle nur einen Teil der Spulen in Zusammenhang mit der Bewegung der Gleitstücke 51 und 52 zu erregen, alle relevanten Spulen z. B. eine kurze Zeitspanne und/oder auf niedrigem Spannungsniveau zu erregen. Des weiteren ist es auch möglich, nur die Elektro­ magnete 81 und 82 oder nur die Elektromagnete 83 und 84 be­ reitzustellen und sie auf mindestens zwei Spannungsniveaus zu erregen.

Um das Schaltrad 40 um nur eine Teilung zu drehen, wird die Zufuhr von Elektrizität zu den Spulen angehalten, und um es um eine weitere Teilung zu drehen, werden die Schritte nach Fig. 4A bis 4D wiederholt. Zur weiteren Drehung des Schaltrades 40 in Richtung F1 werden die oben beschriebenen Schritte oder Operationen wiederholt. Um das Schaltrad 40 in der umgekehrten Richtung zu drehen, wird die Richtung, in der Elektrizität an die Elektromagnete 81, 82, 83 und 84 geliefert wird, gegenüber dem obigen Fall umgekehrt.

Bei jedem Mal, in dem das Schaltrad 40 um eine Teilung in Richtung F1 oder F2 gedreht wird, wird das Nockenrad 35 um eine Teilung in Richtung F1 oder F2 gedreht, um die Spiralkur­ venfläche 33, mit der die Nase 39a des Basisendabschnitts 39 der Feder 36 in Eingriff steht, zu veranlassen, sich um eine Teilung zu verändern und die Stellung in Richtung D des Basis­ endabschnitts 39 der Feder 36 herbeizuführen, so daß sich die Kraft, mit der das Ventil 20 in Richtung D durch die Feder 36 mit Druck beaufschlagt wird, um einen einer Teilung entspre­ chenden Betrag ändert und der Solldruck ΔP der Druckregelven­ tilvorrichtung 3 ebenfalls in einem einer Teilung entsprechen­ den Ausmaß erhöht oder verringert wird.

Nach Erfassen und Bestätigen des Solldrucks ΔP der Druckregel­ ventilvorrichtung 3 durch die Solldruckdetektorvorrichtung 4 wird der Solldruck ΔP der Druckregelventilvorrichtung 3 von der Solldruckeinstellvorrichtung 5 geändert und eingeregelt. Typischerweise erfolgt die Einregelung des Solldrucks ΔP nach seiner Erfassung, so daß es möglich ist, die Elektromagnete 81, 82, 83 und 84 in den Hauptkörper 72 der Solldruckdetektor­ vorrichtung 4 integral aufzunehmen. In dem Fall, in dem der Solldruck bereits vorher bekannt ist, ist es möglich, nur den Solldruck ΔP zu ändern und einzuregeln.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine Druckregelventilvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein diese Ventilvorrichtung verwendendes Ventil­ system. Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform sind die Vorrichtungen, Geräte, Positionen und Elemente, die hinsichtlich ihrer Funktionen im wesentlichen gleich oder ähnlich denen der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungs­ form sind, mit den gleichen Bezugszeichen, denen ein A nach­ gestellt ist, gekennzeichnet. Die Komponenten, die die glei­ chen Bezugszeichen mit Ausnahme des Buchstaben A tragen wie diejenigen der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform, haben also im wesentlichen die gleiche Funktionsweise wie die der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4, sofern nicht ausdrück­ lich in dieser Beschreibung erläutert oder mit Ausnahme der Fälle, in denen ein Unterschied aus der Beschreibung der Vor­ richtung oder des Systems nach Fig. 5 bis 7 offensichtlich ist. Hinsichtlich der Bewegungsrichtungen und der durch Sym­ bole in Form von Großbuchstaben angegebenen Bedingungen, wer­ den die gleichen Kennzeichen beibehalten, sofern eine Überein­ stimmung gegeben ist.

Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Druckregelventilvorrich­ tung 3A enthält ein Ventilgehäuse oder ein Hauptkörper 10A der Ventilvorrichtung eine Kammer 14A zwischen eintritts- und aus­ trittsseitigen Leitungen 11A und 12A sowie einen Druckrege­ lungsmechanismus 30A zur Regelung der Größe M einer Öffnung 17A zwischen einem Ventilsitzelement 13A und einem Kugelventil 20A. Der Differenzdruck ΔP zwischen dem Druck P (der gleich ist P0 + ΔP) an der stromaufwärtigen Seite des Strömungskanals 17A der Ventilvorrichtung 3A und dem Druck P0 an dessen strom­ abwärtiger Seite hängt von der Größe M der Öffnung 17A ab und wird eindeutig bestimmt zu ΔP = ΔP(M). Durch Variieren der Größe M der Öffnung 17A ist es also möglich, den Druck an der stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Seite (P0 + ΔP) oder (P - ΔP) einzustellen, indem der Druck an der stromabwärtigen oder stromaufwärtigen Seite als Referenz herangezogen wird. Der Hauptkörper 10A der Ventilvorrichtung wird ebenfalls da­ durch gebildet, daß eine Vielzahl Abschnitte zusammengebaut werden, so daß verschiedene Elemente in der Kammer 14 ange­ ordnet werden können.

In der Bodenwand 18A des Hauptkörpers 10A der Ventilvorrich­ tung ist ein kegelstumpfförmiges Loch 18A1 einer ersten Strö­ mungskanalausbildung vorgesehen, dessen Umfangsfläche durch­ gehend mit der Sitzfläche 15A des Ventilsitzabschnitts 13A verbunden ist, sowie ein Loch 18A3 mit großem Durchmesser einer zweiten Strömungskanalausbildung, das sich über einen Stufenabschnitt 18A2 zur Kammer 14A erstreckt, und ein Ab­ schnitt 14A mit Innengewinde ist in der Umfangswand der zwei­ ten Strömungskanalausbildung 18A3 so angeordnet, daß er sich praktisch über deren gesamte Länge erstreckt.

Der Druckregelungsmechanismus 30A enthält einen Mittelwel­ lenabschnitt 32A, der sich integral und nach unten von der obersten Wand 19A des Hauptkörpers 10A der Ventilvorrichtung aus erstreckt, ein bewegliches Element 35A, das drehbar um seine Mittelachse EA relativ zum Wellenabschnitt 32A ist, ein Schaltrad 40A, das integral mit dem rotierenden Element 35A ausgeformt ist, Gleitstücke 51A und 52A, die mit dem Schaltrad 40A in Eingriff kommen können, und eine Rückhaltefeder 63A in Form eines Hebels.

Das rotierende Element 35A hat einen Abschnitt 35A1 mit Außen­ gewinde, der in Schraubeingriff mit dem Abschnitt 18A4 mit Innengewinde in der Bodenwand 18A des Hauptkörpers 10A der Ventilvorrichtung steht, und das rotierende Element 35A und das mit diesem integrale Schaltrad 40A, können sich entspre­ chend der Drehung in den Richtungen D1 und D2 in den Richtun­ gen F1 und F2 drehen. Im rotierenden Element 35A und dem mit diesem integralen Schaltrad 40A ist eine Mehrzahl (beispiels­ weise vier in dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel) sich axial erstreckender Verbindungsbohrungen oder innere Strömungskanäle 91 ausgeformt, die es dem Strömungskanal 18A5 in den Bohrungen 18A1 und 18A3 gestatten, mit der Kammer 14 zu kommunizieren. Des weiteren ist im mittleren Abschnitt des rotierenden Ele­ ments 35A ein Wellenabschnitt 35A2 ausgebildet, der in Rich­ tung der Achse EA zum Ventilsitzabschnitt 13A weist. Die unte­ re Stirnfläche 35A3 des Wellenabschnitts 35A2 trägt das Kugel­ ventil 20A, das mit dieser durch einen Strom der durch den Rückenmarksflüssigkeit mit dem Differenzdruck ΔP oder dgl. in Kontakt gebracht wird, und bestimmt den Betrag, um den das Kugelventil 20A in Richtung der Achse EA abgehoben wird, wo­ durch die Größe M der Öffnung 17A in Zusammenwirken mit dem kegelstumpfförmigen Loch 18A1 bestimmt wird. Wird das rotie­ rende Element 35A in Richtung D1, D2 entsprechend dem Dreh­ winkel in Richtung F1, F2 versetzt, wird die Stirnfläche 35A3 ebenfalls entsprechend in Richtung D1, D2 versetzt, wodurch der Betrag, um den das Kugelventil 20A in Richtung D1 abge­ hoben wird, vergrößert oder verringert, die Größe M der Öff­ nung 17A vergrößert oder verringert und der Solldruck der Ven­ tilvorrichtung 3A erhöht oder verringert wird.

Das Schaltrad 40A ist integral im oberen Abschnitt des rotie­ renden Elements 35A (Fig. 5) ausgeformt, und die Klauen 41A des Schaltrades 40A können mit Eingriffsklinken 55A, 56A und 57A, 58A der Gleitstücke 51A und 52A in Eingriff gebracht wer­ den, die sich entlang der Bodenwand 18A der Kammer 14A (Fig. 6) bewegen können. In diesem Beispiel haben die Eingriffs­ klinken 55A, 56A, 57A und 58A Eingriffsflächen 55aA, 56aA, 57aA und 58aA, um die relevante Klaue 41A des Schaltrades 40 zu drehen, und Arretierflächen 55cA, 56cA, 57cA und 58cA für das vordere Ende 41aA der Klaue 41A.

Des weiteren hat bei diesem Beispiel der Hauptkörperabschnitt 53A des Gleitstücks 51A zwei Führungsbohrungen oder Langlöcher 53aA1 und 53dA2, in die Führungsstifte 6laA und 6lbA mit Spiel eingesetzt sind, so daß das Gleitstück in Richtungen B1 und B2 gleiten kann, und der Hauptkörperabschnitt 54A des Gleitstücks 51A hat zwei Führungsbohrungen oder Langlöcher 54dA1 und 54dA2, in die Führungsstifte 62aA und 62bA mit Spiel einge­ setzt sind, so daß das Gleitstück in Richtungen B1 und B2 gleiten kann. Auch in diesem Fall dienen die Endabschnitte 53bA und 53 cA des Hauptkörperabschnitts 53A des Gleitstücks als Magnetstruktur mit Magnetpolen gleicher Polarität wie die benachbarten Endabschnitte 54bA und 54cA des Hauptkörperab­ schnitts 54A des Gleitkörpers, die als Magnetstruktur dienen.

Der als Rückhaltefeder dienende Rückhaltehebel 63A hat einen Basisendabschnitt 66A mit großer Dicke in Richtung D, der in einer Ausnehmung 18A6 einer komplementären Form in der Boden­ wand 18A des Hauptkörpers 10A der Ventilvorrichtung mittels Stiften 64A1 und 64A2 eingebettet und fixiert ist, und einen elastischen Armabschnitt 65A an der Basisstirnseite, der eine geringe Dicke in Richtung D und eine kleine Breite hat. Ein bogenförmiger elastischer Armabschnitt 67A am vorderen Ende des Rückhaltehebels 63A ist schräg angehoben, so daß sich der Abschnitt 67A1 im Abstand zur Gleitzone des Gleitstücks 51A befindet und bei Annäherung an die vordere Stirnfläche 68A in Richtung D1 positioniert ist, verläuft oberhalb der oberen Oberfläche 18A8 der Bodenwand 18A der Kammer 14A und dann parallel zur oberen Oberfläche 18A8 der Bodenwand 18A der Kammer 14A bis zum Eingriffsabschnitt 68A am vorderen Ende. Der Eingriffsabschnitt 68A am vorderen Ende des Rückhalte­ hebels 63A steht mit einer Klaue 41A des Schaltrades 40A an einer Position in Eingriff, wo er dem Basisendabschnitt 66A bezogen auf die Mittelachse EA diametral gegenüber liegt.

Bei diesem Ventilsystem 1A kann die Steuerung der Rotations­ stellung des rotierenden Elements 35A, das als Mittler für den Eingriff der Eingriffsklinken 55A, 56A, 57A und 58A der Gleit­ stücke 51A und 52A mit den Klauen 41A des Schaltrades 40A dient, durch die selektive Erregungssteuerung der Elektromag­ nete 81A, 82A, 83A und 84A, die die Solldruckeinstellvorrich­ tung 5A bilden, auf die gleiche Weise erfolgen wie im Fall des in Fig. 4 etc. dargestellten Ventilsystems 1. Des weiteren wird bei dieser Ventilvorrichtung 3A wie im Fall der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ventilvorrichtung 3 selbst in einem un­ gleichmäßigen Magnetfeld wie das Hauptfeld in Z-Richtung eines MRI-Apparats oder in einem geneigten Magnetfeld keine Drehung des rotierenden Elements 35A verursacht. Des weiteren unter­ bindet oder hemmt bei diesem Ventilsystem 3A wie im Fall der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ventilvorrichtung 3 der Rückhaltehebel 63A die freie Drehung des Schaltrades 40A und des damit integral ausgeformten rotierenden Elements 35A. Anders als im Fall der Ventilvorrichtung 3, bei der der Betrag des Solldrucks durch den Wert der elastischen Kraft der Feder 36 bestimmt wird, wird bei dieser Ventilvorrichtung 3A der Betrag des Solldrucks durch die Stellung des rotierenden Elements 35A in Richtung D bestimmt, wodurch es möglich ist, die Ferti­ gungstoleranzen der Vorrichtung zu verringern. Des weiteren ist es möglich, die Gefahr sekulärer Änderungen wie eine Ände­ rung der Federkonstante aufgrund einer Zustandsverschlechte­ rung der Feder auf ein Minimum zu senken.

In der oberen Oberfläche des Schaltrades 40A ist eine ring­ förmige Nut ausgeformt, in der die untere Hälfte eine ring­ förmigen Dauermagneten 70A eingepaßt und gesichert ist. Wie beispielsweise in Fig. 7A und 7B dargestellt ist dieser ring­ förmige Dauermagnet 70A diametral magnetisiert, und ein Ende 70A1 bezogen auf die diametrale Richtung T bildet einen N-Pol, während das andere Ende 70A2 einen S-Pol bildet.

Die Solldruckdetektorvorrichtung 4A weist in ihrer unteren Oberfläche oder im unteren Abschnitt des Hauptkörpers 72A einen hochgerichteten Magnetsensor 74A1 in X-Richtung und einen Magnetsensor 74A2 in Y-Richtung auf, die so ausgeführt sind, daß sie selektiv nur Magnetfelder zweier orthogonaler Achsrichtungen erkennen, nämlich der X- und Y-Achsrichtung. Aus einer relativen Rotationsstellung, in der die Richtung T mit der Richtung A zusammenfällt, schwanken also typischer­ weise der vom Magnetsensor 74A1 in X-Richtung erhaltene Detek­ torausgang Vx des Magnetfeldes und der vom Magnetsensor 74A2 in Y-Richtung erhaltene Detektorausgang Vy wie in Fig. 7C dar­ gestellt gemäß dem Rotationswinkel θ des Dauermagneten 70A in Richtung F2 als Resultat der Drehung des Schaltrades 40A und des rotierenden Elements 35A in Richtung F2. Durch Erfassen von Vx und Vy ist es also möglich, den Solldruck ΔP zu diesem Zeitpunkt zu erfassen. Auf Basis dieses Detektorwertes wird also der Solldruck der Ventilvorrichtung 3A durch Verwenden der Solldruckeinstellvorrichtung 5A eingeregelt. Es ist mög­ lich, eine andere Positionsdetektorvorrichtung zur Durchfüh­ rung der Positionierung in der Weise vorzusehen, daß die mitt­ lere Position R der Magnetsensoren 74A1 und 74A2 in X- und Y- Richtung mit der Mittelachse EA des rotierenden Elements 35A zusammenfällt, und daß z. B. die Richtung der Y-Achse des Hauptkörpers 72A der Detektorvorrichtung mit der Richtung B1 zusammenfällt.

Claims (17)

1. Druckregelventilvorrichtung mit
einem rotierenden Element, das in der Lage ist, sich im Innern eines Hauptkörpers der Ventilvorrichtung um eine Mit­ telachse zu drehen, um den Solldruck für ein Ventil zu ändern, und
einem Rotationssteuerungsmechanismus zur Steuerung der Rotation des rotierenden Elements,
wobei der Rotationssteuerungsmechanismus mindestens eine Dauermagnetstruktur enthält, die von einem Hauptkörper der Ventilvorrichtung so gehaltert wird, daß sie eine lineare Pen­ deltranslationsbewegung im Hauptkörper der Ventilvorrichtung ausführen kann, sowie einen Versatzübertragungsmechanismus zum Drehen des rotierenden Elements in eine der Richtung der Translation der Dauermagnetstruktur entsprechenden Richtung.

2. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rotationssteuerungsmechanismus ein Paar Dauermagnetstrukturen enthält und der Versatzübertragungsmechanismus so aufgebaut ist, daß dann, wenn ein externes Magnetfeld, das im wesentlichen das gleiche ist, an das Paar Dauermagnetstrukturen angelegt wird, einander ausgleichende umgekehrte Drehmomente auf das rotie­ rende Element wirken.

3. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Rotationssteuerungsmechanismus ein Paar Dauermagnetstrukturen enthält, die einander in diametraler Richtung bezogen auf die Mittelachse des rotierenden Elements im wesentlichen gegenüber liegen, und die in der Lage sind, eine Translationsbewegung im wesentlichen parallel zu einer die diametrale Richtung schnei­ denden Richtung auszuführen, wobei die Strukturen jeweils Magnetpole gleicher Polarität an einem Ende und an der gleichen Seite bezogen auf die Richtung, in der die Translationsbewe­ gung möglich ist, haben und
einen Versatzübertragungsmechanismus, der bewirkt, daß sich ein benachbarter Abschnitt des rotierenden Elements in einer Richtung entsprechend der Richtung der Translationsbewe­ gung einer Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen bewegt, und der bewirkt, daß sich ein benachbarter Abschnitt des ro­ tierenden Elements in einer Richtung entsprechend der Richtung der Translationsbewegung der anderen Struktur des Paares Dau­ ermagnetstrukturen bewegt.

4. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Versatzübertragungsmechanismus ein mit dem rotierenden Element integral ausgeformtes Schaltrad enthält und eine mit jeder Dauermagnetstruktur verbundene Eingriffsklinke zum Eingriff mit einem benachbarten Abschnitt einer Klaue des Schaltrades, wenn jede Dauermagnetstruktur eine Translationsbewegung aus­ führt.

5. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Rotationssteuerungsmechanismus eine Rückhaltefeder mit einem Endabschnitt für den Rückhalteeingriff enthält, dessen eines Ende mit dem Hauptkörper der Ventilvorrichtung in Eingriff steht, um mit der Eingriffsklinke der Dauermagnetstruktur zu­ sammenzuarbeiten, um das rotierende Element zu einer inter­ mittierenden Drehung zu veranlassen, und dessen anderes Ende elastisch gegen die Klinke des Schaltrades gepreßt wird, und
die Rückhaltefeder so aufgebaut ist, daß sie die Drehung des rotierenden Elements am Ende des Endabschnitts des Rück­ halteeingriffs mit einer schwachen Rückhaltekraft hemmt, wo­ durch die Drehung des rotierenden Elements aufgrund des Paares Dauermagnetstrukturen möglich ist.

6. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 3, bei der jede Dauermagnetstruktur ein Langloch hat, in das ein im Hauptkör­ per der Ventilvorrichtung ausgeformter Führungsstift ein­ greift, um ein Gleiten in einer Richtung zu ermöglichen.

7. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Rotationssteuerungsmechanismus ein Paar Dauermagnetstrukturen enthält, die einander in diametraler Richtung bezogen auf die Mittelachse des rotierenden Elements im wesentlichen gegenüber liegen, und die in der Lage sind, eine Translationsbewegung im wesentlichen parallel zu einer die diametrale Richtung schnei­ denden auszuführen, wobei die Strukturen jeweils Magnetpole gleicher Polarität an einem Ende und an der gleichen Seite be­ zogen auf die Richtung, in der die Translationsbewegung mög­ lich ist, haben und
einen Versatzübertragungsmechanismus, der bewirkt, daß sich ein benachbarter Abschnitt des rotierenden Elements in der einen oder der anderen Richtung bei der Translationsbewe­ gung einer Struktur des Paares Dauermagnetstrukturen in die eine oder die andere Richtung bewegt, und der bewirkt, daß sich ein benachbarter Abschnitt des rotierenden Elements in die eine oder die andere Richtung bei der Translationsbewegung der anderen Dauermagnetstruktur in die eine oder die andere Richtung bewegt.

8. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, die des wei­ teren aufweist:
eine Solldrucksignalgeneratoreinrichtung, die in einer Richtung parallel zur Rotationsachse entsprechend der Rota­ tionsstellung des rotierenden Elements versetzt wird.

9. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, die des wei­ teren aufweist:
eine Solldrucksignalgeneratoreinrichtung, die entspre­ chend der Rotationsstellung des rotierenden Elements um die Rotationsachse gedreht wird.

10. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Druck, bei die Schließung des Ventildurchflußkanals durch das Ventil aufgehoben wird, gemäß einer Änderung der Rotations­ stellung des um Mittelachse rotierenden Elements geändert wird.

11. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Größe der Öffnung des Ventildurchflußkanals, der vom Ventil gedrosselt wird, gemäß einer Änderung der Rotationsstellung des um Mittelachse rotierenden Elements geändert wird.

12. Druckregelventilvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Hauptkörper der Ventilvorrichtung aus einem Material besteht, das in einem MRI-Bild nicht sichtbar ist.

13. Solldruckeinstellvorichtung mit:
einer Magnetfeldgeneratoreinrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes an die Dauermagnetstrukturen einer Druckregelven­ tilvorrichtung gemäß Anspruch 1, um die Dauermagnetstruktur zu veranlassen, eine Translationsbewegung auszuführen, durch die das rotierende Element gedreht wird.

14. Solldruckeinstellvorichtung mit:
einer Magnetfeldgeneratoreinrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes an jede Struktur eines Paares Dauermagnetstruk­ turen einer Druckregelventilvorrichtung gemäß Anspruch 1 und Unteranspruch 2 in der Weise, daß die Drehmomente in gleicher Richtung auf das rotierende Element wirken.

15. Solldruckeinstellvorichtung mit:
einer Magnetfeldgeneratoreinrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes an jede Struktur eines Paares Dauermagnetstruk­ turen einer Druckregelventilvorrichtung gemäß Anspruch 8 und Unteranspruch 2 in der Weise, daß die Drehmomente in gleicher Richtung auf das rotierende Element wirken.

16. Solldruckeinstellvorichtung nach Anspruch 13, bei der die Magnetfeldgeneratoreinrichtung einen Elektromagnet aufweist.

17. Solldruckeinstellvorichtung nach Anspruch 14, bei der die Magnetfeldgeneratoreinrichtung einen Elektromagnet aufweist.