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Diese
Erfindung betrifft Sauerstofftherapiegeräte zur Zufuhr von atembarem
Gas, zum Beispiel Sauerstoff, zu Patienten.
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Die
Sauerstofftherapie wird in medizinischen Anwendungen in breitem
Umfang verwendet und wird in Krankenhäusern, mit einem Sauerstofftherapievermögen an den
meisten Krankenhausbetten, in sehr breitem Umfang angewandt. Jedoch
verschwenden viele bekannte Sauerstofftherapievorrichtungen bis
zu 2/3 des von der Vorrichtung abgegebenen Sauerstoffs, auf Grund
der Tatsache, dass die Vorrichtung während des Zeitraums, wenn der Patient
ausatmet, einen Strom abgibt. Es gibt insofern eine weitere Verschwendung,
als nur der zu Beginn eines Atemzuges abgegebene Sauerstoff tief
in die Lungen gelangt, wo er absorbiert wird. Außerdem sind der Bedarf des
Patienten und die verfügbaren Einstellungen
häufig
schlecht aufeinander abgestimmt; zum Beispiel könnte es sein, dass eine Person,
die 2,5 l/min benötigt,
wegen der geringen Anzahl von verfügbaren Einstellungen 4 l/min
bekommen muss. Die Erfindung betrifft somit insbesondere eine Sauerstoffeinsparvorrichtung
für Sauerstofftherapiegeräte, welche
Vorrichtung danach trachtet, diese Sauerstoffverschwendung zu verringern.
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Viele
Patienten sind zur Mobilität
von Sauerstoff abhängig
und müssen
somit Flaschen tragen, die typischerweise ein paar Stunden reichen.
Eine Sauerstoffeinsparvorrichtung kann verwendet werden, um zu bewirken,
dass dieselbe Flasche länger reicht,
oder um zu bewirken, dass eine viel kleinere und leichtere Flasche
die existierende Zeit abdeckt.
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Es
gibt eine Reihe von Sauerstoffeinsparvorrichtungen auf dem Markt,
die auf eine von zwei Arten funktionieren. Eine erste ist eine elektrisch
betriebene Vorrichtung, die während
des Ausatmens ein Gasreservoir aufbaut, und, wenn der Patient einzuatmen
beginnt, für
einen Moment ein Ventil öffnet,
wobei ein Sauerstoffimpuls in den ersten Teil des eingeatmeten Atemzugs
abgegeben wird. Eine Veränderung
der Abgabemenge erfolgt durch Betätigung der Einheit bei jedem
zweiten Atemzug, jedem dritten Atemzug oder jedem vierten Atemzug.
Diese spart Sauerstoff, weist jedoch eine begrenzte Anzahl von Einstellungen
auf und benötigt
Batterien und eine zugehörige
Schaltungsanordnung. Zudem weisen solche Einheiten normalerweise
zusätzliche
Steuerungen auf, die für
Menschen, welche die Sauerstofftherapie nutzen, unerwünscht sind.
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Eine
zweite Vorrichtung ist eine, die einschließt, was tatsächlich ein
Anforderungsventil ist, mit einer Membran, um die Abnahme des Drucks beim
Einatmen zu erfassen, was (sagen wir durch Vorsteuerbetätigung)
ein Ventil für
den Hauptstrom öffnet,
und es schließt,
wenn das Ausatmen endet. Diese Art Vorrichtung muss eine den Patienten
versorgende Zwillingsröhre
aufweisen, weil der Widerstand der Röhre während des Strömens (sagen
wir 500 mm H2O) ein Vielfaches der Größenordnung
des Signals ist, somit zu groß ist,
um das kleine Unterdrucksignal (sagen wir 3 mm H2O)
zur Membran durchzulassen, und so die Membran schließen würde. Beispiele
solcher Vorrichtungen sind im US Patent Nr. 4,054,133 und in der
Internationalen Patentanmeldung Nr. WO 96/40336 beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird eine
pneumatisch betriebene oder betätigte
Einsparvorrichtung für
die Zufuhr von atembarem Gas zu einem Patienten bereitgestellt,
wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einlassöffnung zur Aufnahme einer Druckgaszufuhr
und eine Auslassöffnung
zur Abgabe einer Druckgaszufuhr über
eine Kanüle
zum Patienten, eine die Einlassöffnung
mit der Auslassöffnung
verbindende Ventileinrichtung, eine Stellorganeinrichtung, um zu
bewirken, dass sich die Ventileinrichtung öffnet, so dass in dem Fall,
dass der Patient einatmet, Gas zum Patienten zugeführt wird,
eine Einrichtung, um zu überwachen,
ob der Patient einatmet oder ausatmet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Kanüle
eine einzelne Röhre
umfasst, welche die Auslassöffnung
mit dem Patienten verbindet, dass die Stellorganeinrichtung betätigbar ist,
um die Ventileinrichtung zu steuern, um während des Einatmens atembares
Gas von der Einlassöffnung
aus in einer Reihe von Impulsen von voreingestellter Dauer zur Auslassöffnung zu
liefern, so dass zwischen Impulsen ein Überwachungszeitraum definiert
wird, dass die Überwachungseinrichtung
eine Einlassleitung aufweist, die mit der Auslassöffnung verbunden
ist, wodurch der Gasdruck an der Auslassöffnung während des Überwachungszeitraums überwacht
werden kann, so dass es der Überwachungseinrichtung ermöglicht wird,
auf fortgesetztes Einatmen zu prüfen,
wobei die Stellorganeinrichtung eine Einrichtung aufweist, die mit
der Überwachungseinrichtung
verbunden ist, um zu bewirken, dass sich in dem Fall, dass der Patient
während
des Überwachungszeitraums
noch einatmet, die Ventileinrichtung öffnet, um die Gaszufuhr zum
Patienten wiederherzustellen.
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Allgemein
gesprochen, wird das atembare Gas Sauerstoff sein, und zur Bequemlichkeit
wird dies über
die gesamte nachfolgende Beschreibung angenommen. Jedoch sind andere
Gase als Sauerstoff und Mischungen von Sauerstoff mit anderen Gasen
oder Dämpfen
möglich.
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Die Überwachungseinrichtung
ist vorzugsweise betreibbar, um den Auslassdruck während des Ausatmens
ununterbrochen zu überwachen
und ihn in regelmäßigen, im
Abstand angeordneten Zeitintervallen abzutasten, die ausreichend
klein sind, um bei der Umschaltung der Ventileinrichtung in die
Offenstellung während
des Einatmens keine Verzögerung zu
verursachen.
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Am
Ende jedes Impulses kehrt die Ventileinrichtung in den geschlossenen
Zustand zurück,
wenn jedoch an diesem Punkt die Überwachungseinrichtung
noch anzeigt, dass ein Einatmen stattfindet, wird die Stellorganeinrichtung
das Ventil sofort wieder öffnen,
um es zu erlauben, dass der Sauerstoffimpuls beginnt. Dieses Öffnen und
Schließen
der Ventileinrichtung wird bis zu einem solchen Zeitpunkt andauern,
zu dem am Ende eines Impulses die Überwachungseinrichtung anzeigt,
dass das Ausatmen begonnen hat. Während des Ausatmens bleibt
die Ventileinrichtung in der ersten Stellung – d. h. geschlossen.
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Somit
erhält
der Patient während
des Einatmens einen gepulsten Sauerstoffstrom. Typischerweise weist
jeder Impuls eine voreingestellte Dauer von etwa 0,5 Sekunden auf.
Während
des Ausatmens wird kein Sauerstoff zugeführt, was somit zu einer signifikanten
Sauerstoffersparnis gegenüber
konventionellen Sauerstofftherapievorrichtungen führt, die
keine Sauerstoffeinspartechniken nutzen.
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Diese
Erfindung gestattet die Verwendung von Einzelröhren-Kanülen
und Einzelröhren-Gesichtsmasken,
wie sie bei konventionellen Sauerstofftherapievorrichtungen (ohne
Sauerstoffeinsparvorrichtung) verwendet werden. Bekannte Sauerstoffeinsparvorrichtungen
machen von zwei zum Patienten führende
Röhren
Gebrauch, einer, um den Sauerstoff zuzuführen, und einer, um den Status
des Atmungszyklus zu überwachen.
Die Vorrichtung der Erfindung ist somit imstande, vorhandene (Einzelröhren-)Kanülen zu nutzen,
die für
den Patienten bequemer sind, und nicht dazu führen, dass die Versorgung an
einen bestimmten Hersteller gebunden ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Auslassöffnung eine Zwei-Wege-Öffnung und
lässt daher sowohl
den ausströmenden
Sauerstoff zum Patienten durch und empfängt ein Drucksignal, das aus dem
ausgeatmeten Atemzug aus dem Patienten resultiert. Die Überwachungseinrichtung
ist betätigbar, um
den Druck an der Auslassöffnung
zu überwachen,
und überwacht
somit unvermeidlich sowohl den Sauerstoffdruck während des Einatmens und den
Druck beim Ausatmen. Vier Zustände
an der Auslassöffnung
können
identifiziert werden:
- 1) Die Ventileinrichtung
ist geschlossen und ein Ausatmen findet statt. In diesem Fall ist
der überwachte
Druck wahrscheinlich relativ hoch, womit bewirkt wird, dass die
Stellorganeinrichtung die Ventileinrichtung im geschlossenen Zustand
hält.
- 2) Die Ventileinrichtung ist geschlossen und ein Einatmen findet
statt. In diesem Fall ist der überwachte
Druck relativ gering, und wahrscheinlich in Bezug zum Atmosphärendruck
ein leichter Unterdruck, und dies bewirkt, dass die Stellorganeinrichtung
die Ventileinrichtung für
die voreingestellte Dauer öffnet.
- 3) Die Ventileinrichtung ist offen und ein Ausatmen findet statt.
Dieser Zustand ist nur möglich, wenn
die Verzögerungseinrichtung
die Ventileinrichtung für
die voreingestellte Dauer offen hält und der Patient während dieses
Zeitraums vom Einatmen zum Ausatmen übergegangen ist. Sobald sich
die Ventileinrichtung am Ende der voreingestellten Dauer schließt, wird
der Zustand zu dem Zustand (1) oben zurückkehren und wird so bleiben,
bis wieder ein Einatmen beginnt.
- 4) Die Ventileinrichtung ist offen und ein Einatmen findet statt.
In diesem Fall ist der überwachte Druck
infolge des Drucks des zum Patienten zugeführten Sauerstoffs relativ hoch,
jedoch bleibt das Ventil trotzdem für den Rest der voreingestellten
Dauer im offenen Zustand.
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Aus
dem Obigen wird ersichtlich, dass es mit der "Einzelröhren" -Anordnung wichtig ist, dass die Sauerstoffzufuhr
während
des Einatmens in regelmäßigen Zeitintervallen
unterbrochen wird, um es der Überwachungseinrichtung
zu erlauben, auf fortgesetztes Einatmen zu prüfen. Während der Zufuhr von Sauerstoff
zum Patienten wird der geringe Unterdruck beim Einatmen durch den
Druck des Sauerstoffs selbst übertönt, und
erst wenn die Zufuhr gestoppt wird, ist die Überwachungseinrichtung imstande,
korrekt zu erkennen, ob der Patient einatmet oder ausatmet.
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Vorzugsweise
umfasst die Ventileinrichtung ein bewegliches Element, das zwischen
einer ersten Stellung, in der die Ventileinrichtung geschlossen
ist, und einer zweiten Stellung, in der die Ventileinrichtung offen
ist, beweglich ist, und wobei die Stellorganeinrichtung beim Erfassen
eines Einatmens betätigbar
ist, um das bewegliche Element aus der ersten Stellung in die zweite
Stellung zu bewegen, und wobei die Verzögerungseinrichtung betätigbar ist,
um zu bewirken, dass sich das bewegliche Element über einen
Zeitraum gleich dem voreingestellten Zeitraum aus der zweiten Stellung
zurück
in die erste Stellung bewegt.
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Das
bewegliche Element kann eine Reihe von Formen annehmen, zum Beispiel
eine Membran oder einen Kolben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung nimmt das bewegliche Element die Form eines Kolbens
an, der innerhalb eines Zylinders beweglich ist, und ist ausgleichenden
Kräften
ausgesetzt, wie zwischen einer Vorspanneinrichtung, zum Beispiel
einer Feder, einerseits und dem Druck aus der Stellorganeinrichtung
andererseits. Bevorzugt ist der Druck aus der Stellorganeinrichtung
ein Gasdruck, der an der zur Vorspanneinrichtung entgegengesetzten
Seite des Kolbens angelegt wird. Die Stellorganeinrichtung umfasst
somit eine Einrichtung zur Veränderung
des am Kolben angelegten Gasdrucks, was zu einer Bewegung des Kolbens,
entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung, aus der ersten Stellung
in die zweite Stellung, oder umgekehrt, führt. Zum Beispiel ist bei einer
Ausführungsform
die Einrichtung zur Veränderung
des Gasdrucks betätigbar,
um den Gasdruck auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu erhöhen, womit der
Kolben entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung bewegt wird, wobei
diese Bewegung in diesem Fall aus der ersten (geschlossenen) Stellung
in die zweite (offene) Stellung erfolgt. Bei einer anderen Ausführungsform
ist die Einrichtung zur Veränderung des
Gasdrucks betätigbar,
um den Gasdruck auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu verringern, womit
es ermöglicht
wird, dass sich der Kolben durch die Kraft der Vorspanneinrichtung
bewegt, wobei in diesem Fall diese Bewegung aus der ersten (geschlossenen)
Stellung in die zweite (offene) Stellung erfolgt.
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Vorzugsweise
umfasst die Einrichtung zur Veränderung
des Gasdrucks eine weitere Ventileinrichtung, die betätigbar ist,
um einen Gasdruck zu der entgegengesetzten Seite des Kolbens zuzuführen oder
von dieser abzuführen.
Die Ventileinrichtung kann von einer beliebigen geeigneten Art sein,
zum Beispiel ein Membranventil oder ein kolbenbetätigtes Ventil.
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So
sind bei einer Ausführungsform
Einrichtungen vorgesehen, um die entgegengesetzte Seite des Kolbens
entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung mit einem ausreichenden
Druck in die erste Stellung zu drücken, um die zuerst erwähnte Ventileinrichtung
normalerweise in der geschlossenen Stellung zu halten, wodurch die
Sauerstoffzufuhr zum Patienten unterbrochen wird. Eine Verringerung
des Drucks am Auslass, die für
ein Einatmen bezeichnend ist, bewirkt, dass sich die weitere Ventileinrichtung öffnet, was
die entgegengesetzte Seite des Kolbens belüftet, womit der Druck verringert
und es der zuerst erwähnten
Ventileinrichtung ermöglicht
wird, in die offene Stellung umzuschalten. Dies wiederum führt zu einem
höheren
Druck an der Auslassöffnung, welcher
höhere
Druck bewirkt, dass sich die weitere Ventileinrichtung wieder schließt, womit
die Entlüftung
unterbrochen wird. Unterdessen fährt
die Druckbeaufschlagungseinrichtung fort, Gas zur entgegengesetzten
Seite des Kolbens zuzuführen,
so dass sich nach einem Zeitraum, der durch die Geschwindigkeit
bestimmt wird, mit der die Druckbeaufschlagungseinrichtung imstande
ist, Gas zur entgegengesetzten Seite des Kolbens zuzuführen, die
zuerst erwähnte
Ventileinrichtung wieder schließt,
womit die Zufuhr zum Patienten unterbrochen wird, und der Zyklus
wiederholt sich. Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Vorzugsweise
schließt
die Druckbeaufschlagungseinrichtung eine Drossel ein, so dass dieser
Zeitraum verlängert
wird. In der Praxis ist ein Zeitraum von etwa 0,5 Sekunden typisch.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
umfasst die Stellorganeinrichtung zwei Ventile, die im Tandem wirken:
ein erstes Ventil dient dazu, den Druck an der Auslassöffnung zu erfassen.
Ein zweites Ventil ist betätigbar,
um das Anlegen eines Gasdrucks an der entgegengesetzten Seite des
Kolbens zu schalten. In diesem Fall betätigt das erste Ventil, das
zum Beispiel ein Membranventil sein kann, das zweite Ventil, das
zum Beispiel ein kolbenbetätigtes Ventil
sein kann, um einen Gasdruck zur entgegengesetzten Seite des Kolbens
der zuerst erwähnten Ventileinrichtung
zuzuführen,
oder nicht, je nachdem. Die genaue wechselseitige Beziehung zwischen
dem ersten und zweiten Ventil und der zuerst erwähnten Ventileinrichtung wird
nachfolgend ausführlicher
erläutert.
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In
der Gaszufuhr zu der zuerst erwähnten Ventileinrichtung
kann ein Reservoir enthalten sein, um zu Beginn des Einatmungszeitraums
einen Impuls von höherem
Druck bereitzustellen. Das Reservoir wird vorzugsweise über eine
Drossel gespeist, so dass das Reservoir und die Drossel im Tandem
arbeiten, um es zu ermöglichen,
die Eigenschaften des höheren
Drucks zu Beginn des Einatmens nach den Anforderungen auf Maß zu schneidern.
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Damit
die Erfindung besser verständlich wird,
wird nun eine Ausführungsform
derselben lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Die 1 bis 4 Schnittansichten sind, die jeweils
eine von vier verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulichen;
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5 eine Kurve der Strömungsmenge über die
Zeit für
die Ausführungsformen
aus den 1 und 2 ist; und
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6 eine Kurve ähnlich 5 ist, jedoch im Hinblick
auf die Ausführungsformen
aus den 3 und 4.
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Bezug
nehmend auf 1, umfasst
die Sauerstoffeinsparvorrichtung einen Block 40, in dem
eine Reihe von Durchlässen
oder Kanälen
ausgebildet sind, welche die drei Grundkomponenten der Vorrichtung
miteinander verbinden, die ein Membranventil 42, ein druckbetätigtes Ventil 36 und
ein Vorsteuerventil 37 sind.
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Sauerstoff
wird der Vorrichtung aus einem Sauerstoffvorrat, zum Beispiel einer
Sauerstoffflasche (nicht dargestellt), an einer Einlassöffnung 17 zugeführt und
wird entlang der Kanäle 16 und 17 zum druckbetätigten Ventil 36 bzw.
zum Vorsteuerventil 37 aufgeteilt. Die Zufuhr zum druckbetätigten Ventil 36 erfolgt über eine
veränderbare
Drossel 26. Ein weiterer Kanal 14 bringt die eingegebene
Zufuhr über eine
Drossel 15 zu einer Kammer 33 und dann zum Eingang
des Membranventils 42. Die Drossel 15 kann veränderbar
gemacht werden, zum Beispiel in Form von mehreren wählbaren Öffnungen.
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Die
Niederdruckausgabe zum Patienten erfolgt über eine Zwei-Wege-Auslassöffnung 1 zu
einer Einröhren-Kanüle oder
einer Einröhren-Gesichtsmaske
(nicht dargestellt).
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Das
Vorsteuerventil 37 umfasst einen T-förmigen Einlasskolben 7,
der sich in einer Stufenbohrung 12 bewegt und durch eine
Schraubenfeder 11 zum oberen Ende der Bohrung hin vorgespannt
ist. Der Kolben ist in Bezug zum weiteren bzw. engeren Teil der
Bohrung 12 durch "O"-Ringe 8 und 9 abgedichtet.
Hochdruckluft tritt unterhalb des Kolbens 7 über eine
Einlassdüse 13 in
das untere Ende der Bohrung 12 ein, und Niederdruckluft
tritt über
einen Kanal 18 aus der Bohrung 12 aus. Ein Sitz 10 aus elastischem
Material, wie Nylon, ist am unteren Ende des Kolbens 7 ausgebildet
und dient dazu, die Düse 13 zu
verschließen,
was die Strömung
durch diese hindurch verhindert oder beschränkt, wenn sich der Kolben 7 in
oder nahe seiner untersten Stellung befindet.
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Der
Raum oberhalb des Kolbens 7 bildet die zuvor erwähnte Kammer 33,
die eine Auslassverbindung mit einer Einlassdüse 6 zum Membranventil 42 aufweist.
Das Membranventil umfasst eine Membran 3, die über den
Auslass zur Düse 6 verläuft und
diesen normalerweise verschließt.
Die Membran 3 erstreckt sich über eine Membrankammer 35 und
unterteilt die Kammer in einen oberen, mit Druck beaufschlagten
Teil, der durch einen Kanal 2 mit der Öffnung 1 verbunden
ist, sowie einen unteren, nicht mit Druck beaufschlagten Teil, der
an der Öffnung 34 zur Atmosphäre hin entlüftet wird.
Die Kraft, und daher der Druck, die nötig sind, um die Membran 3 vom Auslass
der Düse 6 abzuheben,
können
mittels einer Feder 5 und einem Gewindehandrad 4 verändert werden.
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Das
druckbetätigte
Ventil 36 umfasst einen T-förmigen Auslasskolben 20,
der sich in einer Stufenbohrung 19 bewegt und mittels einer
Schraubenfeder 21 zum unteren Ende der Bohrung hin vorgespannt
ist. Der Kolben ist in Bezug zum weiteren bzw. engeren Teil der
Bohrung 19 durch "O"-Ringe 22 und 23 abgedichtet.
Hochdruckluft tritt am unteren Ende der Bohrung 19 unterhalb
des Kolbens 20 über
eine Einlassdüse 25 ein,
und Niederdruckluft tritt von unterhalb des Kolbens 20 über einen
Kanal 30 zur Öffnung 1 hin
aus. Ein Sitz 24 aus elastischem Material, wie Nylon, ist
am unteren Ende des Kolbens 20 ausgebildet und dient dazu,
die Düse 25 zu
verschließen, wobei
er die Strömung
durch diese hindurch verhindert oder beschränkt, wenn sich der Kolben 20 in oder
nahe seiner untersten Stellung befindet.
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Der
Kopf des Kolbens 20 unterteilt die Bohrung 19 in
eine obere Kammer 33 und eine mittlere Kammer 41.
Die obere Kammer 33 wird mittels einer unbehinderten Entlüftung 31 bei
atmosphärischem Druck
gehalten, und die mittlere Kammer 41 wird über einen
Kanal 28 und eine Drossel 29 zum Kanal 30 hin
entlüftet.
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Die
Funktionsweise der Sauerstoffeinsparvorrichtung wird nun ausführlich erläutert.
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Während des
Einatmens saugt der Patient Sauerstoff von der Auslassöffnung 1 her
an und durch die Einzelröhren-Kanüle oder Einzelröhren-Gesichtsmaske.
Während
des Ausatmens gelangt der Strom, den der Patient erzeugt, durch
die Einzelröhre
zurück
nach unten zur Auslassöffnung 1 und
gelangt weiter den Einlasskanal 2 hinauf zum oberen Teil
der Membrankammer 35. Der vom Patienten abgegebene Strom
beaufschlagt die Membran 3 mit Druck und drückt die
Membran 3 auf die Vorsteuerdüse 6. Dies verschließt die Öffnung in
der Vorsteuerdüse 6 wirkungsvoll,
womit ein Strom aus ihr unterbunden wird. Infolge des Unterbindens
des Stroms durch die Vorsteuerdüse 6 wird
der Druck innerhalb der Kammer 33 ansteigen, womit der
Einlasskolben 7 entgegen der Kraft der Schraubenfeder 11 nach
unten gedrückt
wird. Die Kammer 33 wird durch einen Strom von der Einlassöffnung 17 mit Druck
beaufschlagt, der durch die Drossel 15 beschränkt wird.
Der Kolben 7 wird somit auf die Einlassdüse 13 gedrückt, und
der Strom durch diese wird vom Nylonsitz 10 verhindert.
Dies bedeutet, dass keinerlei Strom durch den Kanal 18 aus
dem Vorsteuerventil 37 zur mittleren Kammer 41 des druckbetätigten Ventils 36 vorhanden
ist.
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Während des
Zeitraums, in dem der Patient ausatmet, wird der Auslasskolben 20 im
druckbetätigten
Ventil 36 durch die Kraft der Schraubenfeder 21 in
der unteren Stellung gehalten, womit die Auslassdüse 26 vom
Nylonsitz 24 verschlossen wird. Während sich der Kolben 20 in
dieser Stellung befindet, dichtet er wirkungsvoll gegen jeglichen
Strom zum Auslasskanal 30 hin ab, und die mittlere Kammer 41 wird
durch den Entlüftungskanal 28 entlüftet.
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Wenn
der Patient durch die Einzelröhren-Kanüle oder
Einzelröhren-Gesichtsmaske
einatmet, dann wird innerhalb der Membrankammer 35 ein
kleiner Unterdruck erzeugt, was ein Anheben der Membran 3 bewirkt.
Der zum Anheben der Membran 3 benötigte Druck kann verändert werden,
indem man das Handrad 4 dreht. Wenn das Handrad 4 in
eine Richtung gedreht wird, um es in den Körper zu schrauben, dann wird
der zum Anheben der Membran 3 benötigte Unterdruck vergrößert. Infolge
des Anhebens der Membran 3 kann nun ein Strom durch die
Vorsteuerdüse 6 hindurchtreten,
was wiederum bewirkt, dass der Druck innerhalb der Kammer 33 des
Vorsteuerventils 37 abfällt.
Jeglicher Strom, der durch die Vorsteuerdüse 6 hindurchtritt,
wird durch die Entlüftungsöffnung 34 zur
Atmosphäre
entlüftet. Dieser
Druckabfall in der Kammer 33 erlaubt, dass sich der Einlasskolben 7 nach
oben bewegt, womit die Dichtung zwischen der Einlassdüse 13 und
dem Nylonsitz 10 aufgehoben wird. Dies wiederum gestattet
es, dass der Einlassstrom aus der Einlassöffnung 17 durch den
Kanal 18 in die mittlere Kammer 41 des druckbetätigten Ventils 36 strömt, womit
ein Druckanstieg in der Kammer 41 bewirkt wird. Dies bewirkt, dass
sich der Auslasskolben 20 von der Einlassdüse 25 am
unteren Ende des Kolbens 20 im druckbetätigten Ventil 36 nach
oben bewegt, womit ein Sauerstoffstrom aus der Einlassöffnung 17 durch
den Kanal 27 und die Drossel 24 zur Einlassdüse 25 ermöglicht wird.
Die Drossel ermöglicht
einen verstellbaren Strom zum Patienten von 0 bis 15 Litern/min
durch die Auslassdüse 25 sowie
durch den Kanal 30 und die Auslassöffnung 1, durch die
Einzelröhren-Kanüle oder
Einzelröhren-Gesichtsmaske
zum Patienten.
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Der
Druckanstieg im Kanal 30 wird im oberen Teil der Membrankammer 35 erfasst
und bewirkt, dass die Membran die Düse 6 erneut verschließt. Dies
wiederum erhöht
den Druck in der Kammer 33, was bewirkt, dass sich der
Kolben 7 nach unten bewegt und somit die Zufuhr durch die
Düse 13 zum
Kanal 18 in die mittlere Kammer 41 des Ventils 36 unterbricht.
Die ankommende Sauerstoffzufuhr zur mittleren Kammer 41 wird
somit beendet. Unterdessen entweicht Sauerstoff in der Kammer 41 kontinuierlich mit
einer gesteuerten Strömungsmenge über den Entlüftungskanal 28 und
die Drossel 29 zum Kanal 30. Sobald die ankommende
Sauerstoffzufuhr infolge des Verschließens des Vorsteuerventils 7 in
der gerade beschriebenen Weise beendet wird, beginnt dieses Entweichen
einen kontinuierlichen Abfall des Drucks in der Kammer 41 und
folglich durch die Kraft der Schraubenfeder 21 eine Bewegung
des Kolbens 20 in Abwärtsrichtung
zu verursachen. Schließlich wird
der Strom durch die Einlassdüse 25 unterbrochen,
und der Strom aus der Einlassöffnung 17 zur Auslassöffnung 1 endet.
Das Ventil 36 beinhaltet somit effektiv eine Zeitverzögerungsfunktion,
die in der Praxis auf ungefähr
0,5 Sekunden eingestellt wird, womit es ermöglicht wird, dass über diesen
Zeitraum Sauerstoff zum Patienten strömt. Nach dem Schließen des
druckbetätigten
Ventils 36 wird der Druck im Kanal 2 vom Vorsteuerventil 37 in
der oben beschriebenen Weise erfasst.
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Was
als Nächstes
passiert, hängt
davon ab, ob der Patient noch einatmet, oder begonnen hat, auszuatmen.
Wenn der Patient noch immer einatmet, dann wird der Druck im oberen
Teil der Kammer 35 abfallen, und die Membran 3 wird
wieder im Wesentlichen sofort angehoben, was es ermöglicht,
den Strom zum Patienten wiederaufzunehmen. Wenn der Patient jetzt
ausatmet, dann wird das Membranventil 42 nicht wiederbetätigt, was
bewirkt, dass der Strom zum Patienten endet. Dies bedeutet, dass
es während
des Zeitraums, in dem der Patient einatmet, eine Reihe von Sauerstoffströmungsimpulsen
zum Patienten gibt. Dies ist in 5 deutlich
dargestellt. Dieser Vorgang entspricht weitgehend der Wirkung der
konventionellen (Doppelröhren-)
Sauerstofftherapie, während
er mit gegenwärtigen
Einzelröhren-Kanülen und
Einzelröhren-Gesichtsmasken
kompatibel bleibt.
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Nunmehr
Bezug nehmend auf 2,
ist dort eine zweite Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Dort wo es angemessen ist, sind wieder
dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
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Die
in 2 dargestellte Sauerstoffeinsparvorrichtung
umfasst ein Membranventil 42 und ein Vorsteuerventil 37,
die beide im Wesentlichen so aufgebaut sind, wie oben unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben, so
dass eine weitere Erläuterung
weggelassen wird. Die veränderliche
Drossel ist in dem von der Einlassöffnung 17 zur Düse 13 führenden Einlasskanal
angebracht. Der Kanal 18, der die Abgabe des Vorsteuerventils
aufnimmt, ist direkt zur Zwei-Wege- Auslassöffnung 1 geführt, und
der Kanal 2, der mit dem oberen Teil der Membrankammer 35 kommuniziert,
ist von ihm abgezweigt.
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Die
Funktionsweise wird aus der oben angegebenen Beschreibung von 1 ersichtlich, wobei der
Hauptunterschied darin besteht, dass die 0,5-Sekunden-Verzögerung mittels
der Drossel 15 erzielt wird, welche die Zeit steuert, die
benötigt
wird, um die Kammer 33 wieder mit Druck zu beaufschlagen.
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Kurz
gesagt, stellt beim Ausatmen der im oberen Teil der Kammer 35 erfasste
positive Druck sicher, dass die Düse 6 geschlossen bleibt,
und der von der Einlassöffnung 17 über den
Kanal 14 und die Drossel 15 zugeführte Druck
in der Kammer 33 ist relativ hoch. Infolgedessen wird der
Kolben 7 nach unten gedrückt, und der elastische Sitz 10 schließt die Düse 13,
womit die Zufuhr zum Patienten unterbrochen wird.
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Beim
Einatmen bewirkt der niedrigere Druck im oberen Teil der Kammer 35,
dass die Düse 6 freigelegt
wird, und die Kammer 33 wird zur Atmosphäre hin entlüftet, womit
der Druck in der Kammer abgesenkt und bewirkt wird, dass der Kolben 7 angehoben wird,
womit das Vorsteuerventil geöffnet
und es mittels der veränderlichen
Drossel 26 ermöglicht
wird, dass Sauerstoff, wie oben beschrieben, mit einer gesteuerten
Strömungsmenge
von der Einlassöffnung 17 zur
Auslassöffnung 1 gelangt.
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Der
resultierende Druckanstieg im Kanal 18 wird im oberen Teil
der Kammer 35 erfasst, und somit schließt sich das Membranventil 42.
Sobald dies stattfindet, beginnt der von der Einlassöffnung 17 über den
Kanal 14 und die Drossel 15 zugeführte Druck
in der Kammer 33 anzusteigen. Während der Druck in der Kammer 33 ansteigt,
bewegt sich der Kolben 7 nach unten, und schließlich verschließt der elastische
Sitz 10 die Düse 13,
womit der Strom ungefähr
0,5 Sekunden nach seinem Beginn unterbrochen wird.
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Was
als Nächstes
passiert, hängt
davon ab, ob der Patient noch einatmet, oder begonnen hat, auszuatmen.
Wenn der Patient noch immer einatmet, dann öffnet sich das Membranventil 42 wieder,
womit der Strom durch das Vorsteuerventil 37 wieder für weitere
0,5 Sekunden gestartet wird. Wenn der Patient jetzt ausatmet, dann
bleibt das Membranventil bis zum nächsten Einatmen geschlossen.
Es gilt die in 5 dargestellte
Strömungskurve.
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Die
Ausführungsformen
der 1 und 2 erreichen im Wesentlichen
dasselbe Ziel, jedoch verwendet die Ausführungsform der 2 weniger Komponenten. Die Ausführungsform
der 1 hat den Vorteil,
dass das Ventil 37 nur einen Vorsteuerstrom zum Membranventil 42 zuführen muss,
so dass sein Kolben kleiner gemacht und das Volumen der Kammer 33 kleiner
gemacht werden kann, womit die Zeit verkürzt wird, in der die Membran
offen sein muss, um umzuschalten.
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Wie
oben erwähnt,
kann es Vorteile haben, zu Beginn des Einatmungszyklus eine höhere Strömungsmenge
zuzuführen,
wobei dies in 6 graphisch
dargestellt ist. Die Ausführungsformen
der 3 und 4, die ungefähr äquivalent
zu den 1 bzw. 2 sind, sollen dies erreichen.
Wiederum sind dort, wo dies angemessen war, gleiche Bezugszeichen
verwendet worden, und die nachfolgende Beschreibung beleuchtet nur
die Unterschiede.
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Bei
der Ausführungsform
der 3 ist die Vorrichtung
aus 1 durch Hinzufügen eines
Reservoirs 38 im Eingang zum druckbetätigten Ventil 36 modifiziert
worden. Die Verbindung zwischen dem Reservoir 38 und der
Einlassöffnung 17 erfolgt
nicht über
irgendwelche Ventile, so dass sich das Reservoir während des
gesamten Einatmungs-/Ausatmungszyklus frei auffüllen kann. Weil jedoch der
Ausatmungszeitraum viel länger
ist als die einzelnen (0,5 Sekunden) Einatmungszeiträume, kann
sich das Reservoir während
des Ausatmens stärker
als während der
kurzen Einatmungszeiträume
auffüllen.
Wenn sich das Ventil 36 öffnet, wird Sauerstoff sowohl
aus der Einlassöffnung 17 und
aus dem Reservoir 38 zur Düse 25 zugeführt. Jedoch
erfolgt die Zufuhr vorzugsweise aus dem Reservoir, während der
Reservoirdruck der höhere
der beiden Drücke
ist, und dadurch kann durch sorgfältige Abstimmung des Fassungsvermögens des
Reservoirs 38 mit dem durch die veränderliche Drossel 26 erzeugten
Strömungswiderstand
ein abgegebener Strom ähnlich
demjenigen, der in 6 dargestellt
ist, erreicht werden.
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Bei
der Ausführungsform
der 4 ist das Reservoir 38 zwischen
die veränderliche
Drossel 26 und die Düse 13 geschaltet.
Seine Funktionsweise in Verbindung mit der Drossel 26 wird
ohne weitere Erläuterung
ersichtlich.
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Bei
alternativen Ausführungsformen
zu den 3 und 4 wird die Abgabe aus dem
Reservoir 38 zu einer zweiten Düse (nicht dargestellt) geführt, getrennt
von der Düse 25 aus 3 oder der Düse 13 aus 4, die jedoch so angeordnet
ist, dass sie durch den jeweiligen Sitz 24 oder 10 verschlossen wird.
Die Reservoirzufuhr wird somit von der Zufuhr aus der Einlassöffnung 17 getrennt,
und dies würde eine
Kombination von Eigenschaften ermöglichen, um eine gewünschte Atmungsspur
zu erreichen.
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Die
Düsenanordnungen 10/13 und 24/25 müssen nicht
von der dargestellten Form sein; zum Beispiel kann jede Anordnung
die Form einer Öffnung
annehmen, wobei ein verjüngter
Bolzen in ihr sitzt, um die Öffnung
selektiv zu verschließen.