DE2715003A1 - Druckbegrenzungsventil zur verwendung in beatmungsgeraeten - Google Patents

Description

Dräqerwerk Aktiengesellschaft

2400 Lübeck, Moislinger Allee 53-55

Dr 11 ckbeqrenzunqsventil zur Verwendung in Beatmungsqeraten

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DrM	L	e	r	W	e	r	k Aktiengesell	schaft
2400	ü	b	e	C	lc,	, Moislinger Allee	53-55

Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Es muß sichergestellt werden, daß der Patient, der an ein Beatmungsgerät angeschlossen ist, mit einer ausreichenden Atemgasmenge versorgt wird. Zur Ausschaltung von individuellen Schwankungen und von Undichtheiten im System wird normalerweise die Atemgasmenge überdosiert. Die überschüssige Atemgasmenge darf dabei nicht in dLe Lunge des Patienten geleitet werden, sie soll ohne Druckerhöhung aus dem System abgeleitet werden. Dies geschieht durch in der Atemgasleitung angeordnete, über den Druck gesteuerte Ventile.

Es ist ein Druckentlastungsventil im Zusammenhang mit tragbaren Beatmungs- oder Gaszufuhranlagen bekannt. Es besitzt in einem Gehäuse eine Ventilkammer, die über eine Einlaßöffnung mit dem Beatmungsgerät und über Auslaßöffnungen mit der Atmosphäre verbunden ist. In der Ventilkammer enthält es ein Ventilschließglied, das diese gegenüber dem Atemgerät abschließt. Das Ventilschließglied

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wird durch ein Rückstellorgan, z.B. einen Magneten, auf
der Auslaßöffnung gehalten. Es hebt sich erst nach dem
Überschreiten eines bestimmten Atemgasdruckes von dem
Ventilsitz an der Einlaßöffnung ab und gibt damit die
Verbindung zwischen dem Beatmungsgerät und der Atmosphäre frei. Um sicherzustellen, daß die den Überdruck auslösende Atemgasmenge auch wirklich in die Atmosphäre abfließt, ist das Ventilschließglied mit einer Verzögerungseinrichtung versehen. Diese besteht aus einem Balg, dessen eines Ende mit dem Ventilschließglied verschlossen
ist und dessen anderes Ende offen an eine mit einer Öffnung versehene Zwischenwand an eine zweite Kammer angeschlossen ist. Auf dieser Öffnung wiederum befindet sich abhebbar und automatisch rückstellbar eine mit einer kleineren Öffnung versehene Platte. Die zweite Kammer ist
durch Öffnungen mit der Atmosphäre verbunden. Das Druckentlastungsventil tritt in Funktion, wenn in dem Beatmungsgerät der vorgesehene Druck überschritten wird. Die Haltekraft des Rückstellorgans reicht dann nicht mehr, so daß das Ventilschließglied sich von der Einlaßöffnung

löst, wobei der Balg zusammengedrückt wird. Dies ist nach schnellem Ausblasen der Balginnenluft durch die nach Abheben der Platte zur zweiten Kammer hin große Öffnung
leicht möglich. Nach dem Zusammendrücken des Balges geht die Platte wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Zuluft zum Balg, die notwendig ist, um ihn sich wieder ausdehnen zu lassen und um dann das Ventilschließglied wieder auf seinen Ventilsitz zu bringen, kann nun nur durch die kleine Öffnung in der Platte einströmen. Das endgültige Verschließen erfolgt damit erst nach einer Verzögerung. Die kleine Öffnung ist so dimensioniert, daß
in der Zeit bis zur endgültigen Ausdehnung des Balges die überdosierte Atemgasmenge abströmen kann.

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Dieses bekannte Druckentlastungsventil soll die Abströmung des Atemgases durch eine indirekte Maßnahme, nämlich durch die Verzögerung, sicherstellen. Es kann dabei auf die wirkliche Atemgasmenge keine Rücksicht nehmen. Eine individuelle, für empfindliche Personen notwendige Anpassung ist nicht möglich. (DT-PS 14 91 737).

Ein anderes bekanntes Beatmungs- oder Narkosebeatmungsgerät mit einem pulsierenden Druck erzeugenden Druckerzeuger besitzt in den beiden Leitungszweigen zwischen dem Druckerzeuger und dem Anschlußteil zum Anschluß an die Lungen eines Patienten jeweils ein Rückschlagventil, von denen das erste nur einen Durchtritt des Atemgases zum Anschlußteil und das zweite nur einen Durchtritt zurück zum Druckerzeuger gestattet. An die Leitung vom Druckerzeuger zum ersten Rückschlagventil ist ein Flüssigkeitssiphon angeschlossen, der als Sicherheitsventil wirkt. Mit ihm soll ein Ansteigen des Atemgasdruckes, bedingt durch eine Überdosierung oder auch eine mögliche Blockierung des Gasstromes auf der Auslaßseite über einen vorbestimmten Wert hinaus verhindert werden. Sicherheitsventile in der Bauart als Flüssigkeitssiphon verlangen für eine sichere Funktion eine laufende Überwachung ihres Flüssigkeitsstandes, sie müssen waagerecht ausgerichtet sein. Für transportable Geräte sind flüssigkeitsgefüllte Bauelemente besonders umständlich. Es darf auch nicht außer acht gelassen werden, daß Flüssigkeiten Nährboden für Bakterien sein können. (DT-PS 14 91 698).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in zeitgesteuerten, volumenkonstanten Beatmungsgeräten sicherzustellen, daß der Druck im Atemgas auch bei geringen Abnahmen eine vorgewählte Druckhöhe nicht überschreitet.

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Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es mit einer einfachen und sicher arbeitenden Gerätekonstruktion möglich ist, praktisch ohne Druckerhöhung auch größere Mengen des Atemgases in der Einatemphase, die der Patient nicht abnimmt, nach außen abzuleiten. Dies wird möglich durch den sich abbauenden Druck in der Schließdruckkammer. Die Dosierung des Hilfsgasstromes ist derart, daß sich nach Öffnen des Steuerventils der Druck, bedingt durch den nur geringen Nachschub an Hilfsgas, schnell abbaut; damit kann sich die Ventilmembran überproportional im Vergleich zur Öffnung des Steuerventils vom Ventilsitz an der Einlaßöffnung zum Druckbegrenzungsventil abheben. Die nicht einzuatmende Atemgasmenge kann ohne weitere Druckerhöhung in der Einatemgasführung zur Atmosphäre abfließen.

Zur Einregulierung des in der Einatemgasführung gewünschten Druckes ist die Steuermembran durch eine mittels einer verstellbaren Spindel in der Spannkraft veränderliche Feder vorgespannt. Mit dieser Ausführung ist es einfach und doch mit großer Genauigkeit möglich, den Öffnungszustand des Steuerventils zu regulieren. Der Weg der Steuermembran, an der der Stößel des Steuerventils befestigt ist, resultiert aus der Druckdifferenz des höheren Drukkes im Atemgas gegenüber der Spannkraft der Feder.

In Ausbildung der Erfindung besitzt die Ventilmembran einen in den Ventilsitz hineinragenden Strömungskörper, der in weiterer Ausbildung ein Rotationsparaboloid sein kann. Mit dieser Lösung wird die gewünschte Abführung

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einer größeren Atemgasmenge ohne Druckerhöhung im System unterstützt. Die beim Abheben der Ventilmembran in Abhängigkeit vom abfallenden Druck in der Schließdruckkammer freiwerdende Ventilöffnung in axialer Richtung wird durch die parabolische Form des Strömungskörpers auch zur Breite hin größer. Diese gewählte Ausführung ist besonders günstig.

In weiterer Ausbildung kann die Drossel, ohne daß es sich auf die Ventilstellung an der Eingangsöffnung auswirkt, in einer getrennten Hilfsgasstromzuführleitung oder auch in einer Bohrung im Strömungskörper angeordnet sein. Mit der zuletzt genannten Ausführung wird in vorteilhafter Weise das Atemgas selbst als Hilfsgas benutzt; es entfällt damit für besondere Fälle der Zwang zu einer getrennten Leitung mit notwendiger Gasversorgung.

In der letzten Ausführung ist zwischen der Ventilmembran und der Deckwand eine Druckfeder angeordnet. Diese Druckfeder stellt sicher, daß die Ventilmembran auf jeden Fall bei Beginn der Einatmung auf dem Ventilsitz aufliegt. Die Druckfeder ist so bemessen, daß der Schließdruck der Ventilmembran auf dem Ventilsitz kleiner ist als die kleinste mittels der Spindel einstellbare Vorspannung der Steuermembran.

Ausführungsbeispiele des Druckbegrenzungsventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Anordnung des Druckbegrenzungsventils in einem Beatmungsgerät,

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Fig. 2 das Druckbegrenzungsventil mit getrennt zugeführtem Hilfsgasstrom,

Fig. 3 das Druckbegrenzungsventil mit Entnahme des Hilfsgasstromes aus der
AtemgasfUhrung.

In Fig. 1 pumpt die Balgpumpe 1 im durch die Steuerung 2 über Magnetventil 3, Injektor 4 und Flow-Einstellvorrichtung 5 bestimmten Rhythmus ein Atemgas gemäß der durch den Mischer 6 vorgegebenen Zusammensetzung durch ein Bakterienfilter 7 in die Lunge 8 des Patienten. Während der Inspirationsphase ist das Magnetventil 3 geöffnet. Der am Ausgang des Injektors 4 erzeugte Druck schließt dabei die Membranventile 9 und 10, die während der Exspirationsphase wegen des geschlossenen Magnetventils 3 und des dadurch am Ausgang des In- )r-Ktorr, 4 nicht mehr vorhandenen Druckes geöffnet sind. Oo η η κ'j η η dar; At^mqas aus der Lunge 8 über das Membranventil Y) entweichen. Gleichzeitig füllt sich die Balgpumpe 1, βnqetrieben durch das Eigengewicht des Inspirationr.bülqes 11, mit frischem Atemgas aus dem Bakterienfilter 7 und Mischer 6, wobei die im Gehäuse der Babpumpe 1 vorhandene Luft über ein Rückschlagventil 12 aus
dem geöffneten Membranventil 9 entweicht.

Das Druckbegrenzungsventil 13 als Gegenstand der Erfindung enthält in dem Gehäuse 45 voneinander getrennt die

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Ventilkammer 36, von der durch die Ventilmembran 23 die Schließdruckkammer 37 abgeteilt ist, darüber angeordnet die Abströmkammer 42 und wiederum darüber die Steuerdruckkammer 38. Die Ventilkammer 36 ist über das Ventil 23, 39 mit der Ventilmembran 23 und dem Ventilsitz 39 mit der Einlaßöffnung 32 mit dem Beatmungsgerät und über die Auslaßöffhung 46 mit der Atmosphäre verbunden.

Der maximale Druck in der Einatemgasführung wird durch das Druckbegrenzungsventil 13 bestimmt. Dieser Druck wird durch Verändern der Vorspannkraft der Feder 14 mittels Spindel 15 und Mutter 16 stufenlos auf die gewünschten Werte eingestellt; dabei wird der eingestellte Wert durch einen an der Spindel 15 befestigten Zeiger 17 auf einer Skala angezeigt. Der Anschlag 18 begrenzt den Drehbereich des Zeigers 17 auf knapp 360°. Solange der Beatmungsdruck, der über die Leitung 19 in der Steuerdruckkammer 38 auf die Steuermembran 20 für das Steuerventil 21,22 einwirkt, die Vorspannkraft der Feder 14 nicht überwindet, hält der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 verschlossen. Der Druck der Ventilmembran 23 auf den Ventilsitz bleibt erhalten und damit das Ventil 23, 39 geschlossen. Erreicht oder übersteigt der Beatmungsdruck die Vorspannkraft der Feder 14, so gibt der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 mehr oder weniger frei. Der Druck auf die Ventilmembran 23 stellt sich dann entsprechend dem Verhältnis des Querschnittes der Drossel 24 zur Öffnung des Steuerventils 21, 22 ein. Durch das Abströmen des Hilfsgases aus der Schließdruckkammer 37 bildet sich ein Gleichgewicht zwischen den Drücken über und unter der Ventilmembran 23 aus. Das Ventil 23, 39 ist also entsprechend geöffnet. Änderungen dieses Gleichgewichts werden durch entsprechende Reaktion des Steuerventils 21,22

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ausgeglichen, so daß der Druck des Atemgases entsprechend der Empfindlichkeit der Einrichtung konstant bleibt.

Um sicherzustellen, daß bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auch zu Beginn der Inspiration kein Atemgas über das Ventil 23, 39 entweicht, wurden in die Zuleitung zur Drossel 24 ein Rückflußverhinderer 25 und ein Druckspeicher 26 eingeschaltet, wobei der Druckspeicher 26 in seinem Volumen so bemessen ist, daß der Druck über der Ventilmembran 23 bis zum Beginn der nächsten Inspiration auf einem ausreichend hohen Wert gehalten wird. Die Drossel 24 kann auch, wie in Fig.l gestrichelt angedeutet, direkt über geeignete Druckreduziereinrichtungen, wie Druckminderer 27 und/oder Kaskade, bestehend aus den Drosseln 28 und 29, aus dem Druckluftnetz versorgt werden.

Zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen während der Öffnungsphase des Ventils 23,39 ist die Öffnungscharakteristik durch den als Rotationsparaboloid geformten Strömung s.kör per 30 so gestaltet, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung über den gesamten Arbeitsbereich annähernd konstant ist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der zur Betätigung des Druckbegrenzungsventils 13 erforderliche Hilfsgasstrom über die Bohrung 31 dem in der Einlaßöffnung 32 anstehenden Atemgas entnommen. Der Querschnitt der Bohrung 33 entspricht der Drossel 24, so daß sich über der Ventilmembran 23 in Abhängigkeit von der Öffnung des Steuerventils 21, 22 ein der jeweiligen Öffnung des Ventils 23, 39 entsprechender Druck aufbaut. Um sicherzustellen, daß das Ventil 23, 39 auch zu Beginn der In-

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spiration über die Dichtung 34 geschlossen ist, ist die Ventilmembran 23 mit einer der Deckwand 40 anliegenden Druckfeder 35 belastet. Die Vorspannkraft ist so bemessen, daß der notwendige Öffnungsdruck des Ventils 23,39 kleiner ist als der kleinste mittels Spindel 15 einstellbare Atemgasdruck.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   ί IA Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten mit einer Ventilkammer, die über eine Einlaßö^fiiunc! mit dem Beatmungsgerät und über Auäaßöffnuncen mit öec Atmosphäre verbunden ist, mit einem Veni Il scr.l ießgl ied, das sich bei einem bestimmten Druck •<~<in seinem Ventilsitz an der Einlaßöffnung abhebt und '.iamit das Beatmungsgerät mit der Atmosphäre verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließ— π L iod eine Ventil membran (23) ist,durch die in der Von M" ι «rammer (36) eine Schließdruckkammer (37), der übex '-ine Drossel (24) ein Hi 1 fsgasstrom zugeführt wird, abgeteilt ist, deren Deckwand (40) ain Steuerventil (21, 22) zu einer über eine Öffnung (41) :'.ur Atmosphäre offenen Abströmkammer (42) enthält .;ni daß der durch diese hindurchgeführte Stößel (43) des axial beweglichen Steuerventilkegels (21) bis zu ainer Steuermembran (20), die eine darunter angeordnete, über eine Leitung (19) mit dem Atemgaadruck beju-schlag te Steuerdruckkammer (38) abschließt, geleitet ist.
2. 2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermembran (20) durch eine nie'eis einer verstellbaren Spindel (15) in der Spannkraft veränderliche Feder (14) vorgespannt
3. 3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch ge-Konnzeichnet, daß die Ventilmembran (23) einen in ;en Ventilsitz (39) hineinragenden Strömungskörper (30) besitzt.

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   4, 2715Ü03
4. 4. Druckbegrenzungsventil 1 nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (30) ein Rotationsparaboloid ist.
5. 5. Dnickbegrenzunqsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (24) in einer Hilf sgaszuf ü'nrleitunq (44) angeordnet ist.
6. 6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel durch eine Bohrung (33) im Strömunqskörper (30) gebildet ist.
7. 7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch aekennzeichnet, daß zwischen der Ventil membran (23) und der Deckwand (40) eine Druckfeder (35) angeordnet ist.

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