DE1566580B2

DE1566580B2 - Zyklussteuerung für ein Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE1566580B2
Application number: DE1566580A
Authority: DE
Inventors: Morton Forrest Palm Springs Bird
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-12-14
Filing date: 1967-12-13
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR1547967A; FR1547968A; DE1566579B1; GB1212527A; US3467092A; GB1212528A; DE1566580A1; US3530890A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zyklussteuerung für ein Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bereits bekannten Zyklussteuerung dieser Gattung (GB-PS 10 31049) sind die Dauer der Ausatmungsphase und die Dauer der Einatmungsphase mittels getrennter Ventile, aber nicht unabhängig voneinander steuerbar.

Es ist ferner eine als Servosteuereinrichtung zur Beeinflussung einer Mediumströmung, die eine Leitung durchfließt, ausgebildete Zyklussteuereinrichtung mit unabhängig voneinander steuerbaren Zykluszeiten bekannt. Dabei ist die zur Steuerung verwendete Gasströmung von der zu beeinflussenden Mediumströmung völlig getrennt (US-PS 27 60 511).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zyklussteuerung für ein Beatmungsgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Steuerung der Zyklen bzw. Atmungsphasen mit einer besonders geringen Anzahl von Bauteilen bewirkt wird, so daß die Herstellungskosten kleiner, die Wartungserfordernisse geringer und die Zuverlässigkeit größer sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung sind in den Ansprüchen 1,3 und 4 angegeben.

Eine Zyklussteuerung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie von verhältnismäßig unerfahrenem Personal bedient werden kann und eine geringe Anzahl von Einstellknöpfen aufweist.

In der nachstehenden Beschreibung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Beatmungsgerätes mit der mit der banspruchtsn Zyklussteuerung beschrieben und dargestellt In den Zeichnungen sind

F i g. 1 Eine Aufrißansicht eines Beatmungsgerätes nach der Erfindung,

F i g. 2 Ein Aufrißquerschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig.3 Eine vergrößerte, schematische Darstellung des in F i g. 1 und 2 dargestellten Beatmungsgerätes.

Ganz allgemein besteht die Zyklussteuerung aus einer ersten und einer zweiten Patrone. Jede der Patronen besteht aus einem Körper mit einem darin befindlichen Strömungskanal und einem in bezug auf diesen Strömungskanal zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung einstellbaren Ventil in diesem Körper. In der geöffneten Stellung gestattet das Ventil den Durchgang eines Strömungsmittels durch den Strömungskanal und verhindert diesen in der geschlossenen Stellung. Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche das Ventil in nachgebender Weise in die geschlossene Stellung drückt. Innerhalb des Körpers ist eine Membran gelagert und mit dem Ventil verbunden. Der Körper weist eine Kammer auf, die sich auf einer Seite der Membran befindet und zur Aufnahme eines Strömungsmittels dient, das eine der nachgebenden Vorrichtung entgegengesetzt gerichtet; Kraft auf die Membran ausüben kann. Der Körper trägt eine Einstellvorrichtung, um das Einströmen eines unter Druck stehenden Strömungsmittels in die Kammer zu steuern, welches einen Druck auf die Membran ausüben und das Ventil gegen die Kraft der nachgebenden Vorrichtung in eine geöffnete Stellung drücken kann. Das Beatmungsgerät ist außerdem mit Vorrichtungen versehen, um ein unter Druck stehendes Strömungsmittel zu dem Strömungskanal der ersten Patrone und zu der Einstellvorrichtung der ersten Patrone zu leiten. Eine Leitung verbindet die Kammer der ersten Patrone mit dem einen Ende des Strömungskanals in der zweiten Patrone. Das andere Ende des Strömungskanals in der zweiten Patrone kann durch eine Vorrichtung zur freien Atmosphäre hin entlüftet werden. Eine Einstellvorrichtung für den Strömungsmitteldruck ist durch eine Leitung mit dem anderen Ende des Strömungskanals in der ersten Patrone und mit der Einstellvorrichtung der zweiten Patrone verbunden. In der zweiten Patrone befindet sich ein Entlüftungsventil, das mit der Kammer der zweiten Patrone in Verbindung steht. Eine Leitung verbindet das andere Ende des Strömungskanals in der ersten Patrone mit dem Entlüftungsventil, um dieses während der Zeit geschlossen zu halten, in der unter Druck stehende Luft oder ein Gas durch den Strömungskanal in der ersten Patrone strömt.

Das Beatmungsgerät besteht in der in den Zeichnun-

gen gezeigten Weise aus einem äußeren Gehäuse Il aus Metall, das von einem rechteckigen Kasten 12 mit einer Rückwand 13 gebildet ist, die durch Schrauben 14 mit dem Kasten verbunden ist.

Innerhalb des Gehäuses ist eine EinatT.ungspatrone 16, eine Ausatmungspatrone 17 und eine Einstellvorrichtung für den Strömungsmitteldruck 18 befestigt Außerdem befinden sich in dem Gehäuse 11 eine Einstelleinheit 19 für die Einatmungszeit und eine Einstelleinheit 21 für die Ausatmungszeit Ein Einlaßstutzen 23 mit einem porösen Filterkegel 20 aus Messing ist ebenfalls an dem Gehäuse 11 angebracht und kann mit einer Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel, z. B. Preßluft mit einem Druck von 3,5 at verbunden werden. Weiterhin befindet sich an dem Gehäuse U ein Auslaßstutzen 24. Die Zufuhr von Luft zum Einlaßstutzen wird durch ein Absperrventil 26 gesteuert

Die Einatmungspatrone 16 und die Ausatmuagspatrone 17 sind im wesentlichen gleich ausgebildet. Beide weisen einen Körper 31 auf, in welchem ein Stempel 32 verschiebbar geführt ist Die eine Seite einer Membran

33 liegt an einer Membranplatte 27 an, die ihrerseits gegen den Stempel 32 stößt und diesen verschieben kann. Der ringförmige Außenrand der Membran 33 ist zwischen dem Körper 31 und einem Aufsatz eingeklemmt, der auf den Körper aufgeschraubt ist. Der Aufsatz 34 ist so ausgebildet, daß zwischen der Membran 33 und dem Aufsatz 34 eine Kammer 36 gebildet ist. Die Kammer 28 auf der anderen Seite der Membran 33 steht über eine Entlüftungsöffnung 29 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Membran 33 und der Stempel 32 werden durch eine Feder 37 in nachgebender Weise in Richtung des Aufsatzes 34 gedrückt. Das eine Ende der Feder 37 stößt gegen das Ventilglied 38, das auf dem Stempel 32 angeordnet ist, und das andere Ende der Feder stößt gegen eine Kappe 39, die am anderen Ende in den Körper 31 eingeschraubt ist. Das Ventilglied 38 trägt eine O-Ring-Dichtung, welche auf einer glatten Fache oder einem Ventilsitz 40 aufsitzen kann, die ein Teil des Körpers 31 ist. In Körper 31 befindet sich ein Paar von Gewindebohrungen 41 und 42, die mit einem Strömungskanal 43 in Verbindung stehen, der an den Bohrungen 41 und 42 vorbeigeführt ist. Der Strömungskanal 43 ist durch eine O-Ring-Dichtung gegenüber der Kammer 28 abgedichtet. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird der Durchfluß den Strömungskanal 43 durch das Ventilglied 38 gesteuert, welches mit dem Ventilsitz 40 in Eingriff kommen kann und in bezug auf diesen zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist. In dem Aufsatz 34 ist ein Paar von Gewindebohrungen 44 und 46 angeordnet. Die Bohrung 44 steht mit einem Durchlaß 47 in dem Aufsatz 34, und die Bohrung 46 steht mit einem Durchlaß 48 in dem Aufsatz 34 in Verbindung. Der Durchlaß 48 steht durch eine öffnung 49 in dem Aufsatz 34 mit der Kammer 36 in Verbindung.

Die Einstelleinheit 19 für die Einatmungszeit und die Einstelleinheit 21 für die Ausatmungszeit sind gleicherweise im wesentlichen identisch ausgebildet und dienen als Einstellvorrichtungen, wie im Nachstehenden erläutert ist. Jede dieser beiden Einheiten besteht aus einem Körper 51, der in den Aufsatz 34 eingeschraubt ist. In den Körper 51 ist ein Nadelventil 52 eingeschraubt, das in einen Durchlaß 53 des Körpers 51 eingeführt ist. Der Durchlaß 53 steht mit dem Durchlaß 47 in dem Aufsatz

34 in Verbindung. Der Körper 51 weist einen Hohlraum oder eine Kammer 56 auf, die mit dem Durchlaß 54 verbunden ist welcher seinerseits in einen Ringraum 55 mündet der mit dem Durchlaß 48 des Aufsatzes 34 in Verbindung steht Der Ventildurchlaß 53 bildet eine Verbindung zwischen dem Durchlaß 47 und der Kammer 56. Wenn das Nadelventil 52 in eine geöffnete Stellung bewegt wird, stehen die Durchlässe 53 und 54 über die Kammer 56 miteinander in Verbindung. Auf den Körper 51 ist eine Mutter 57 aufgeschraubt Auf dieser Mutter 57 ist ein Einstellknopf 58 befestigt, der

ι» fest mit dem Nadelventil 52 verbunden ist, das sich auf einer Seite mit der Mutter 57 und auf der anderen Seite mit dem Einstellknopf 58 in Eingriff befindet Die Patrone wird zusammen mit der zugehörigen Einstelleinheit durch eine Mutter 62 an dem Gehäuse 11

η befestigt

An der Ausatmungspatrone 17 sind Stutzen 66 und 67 in die Gewindebohrungen 41, bzw. 42 und Stutzen 68 und 69 in die Gewindebohrungen 44, bzw. 46 eingeschraubt An der Einatmungspatrone 16 sind

2n Stutzen 71 und 72 in die Gewindebohrungen 41, bzw. 42 und ein Stutzen 73 in die Gewindebohrung 46 eingeschraubt In die Gewindebohrung 44 der Einatmungspatrone 16 ist ein Entlüftungsventil 74 eingeschraubt Dieses Entlüftungsventil besteht aus einem Ventilkörper 76, der in die Bohrung 44 eingeschraubt ist. Der Ventilkörper 76 weist einen Durchlaß 77 auf, der mit der öffnung 49 und dem Durchlaß 48 in dem Aufsatz 34 in Verbindung steht. Der Durchlaß 77 mündet in eine mittige Bohrung 78 in dem Ventilkörper 76. Diese

jo Bohrung ist durch einen Durchlaß 79 in dem Ventilkörper zur Atmosphäre hin offen. Ein Ventil 81 ist in dem Ventilkörper 76 verschiebbar geführt und in bezug auf den Durchlaß 77 zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verschiebbar, um die

J5 Verbindung von dem Durchlaß 77 zu der Bohrung 78 und dem Durchlaß 79 freizugeben oder zu verschließen. Das Ventil 31 ist mit einem Dichtungsring 84 versehen, der mit einem glatten Ventilsitz 85 in dem Ventilkörper 76 in Eingriff kommen kann. Eine Membran 86 wird durch einen Entlüftungsaufsatz 90 in dem Ventilkörper gehalten. Der Entlüftungsaufsatz 90 ist auf den Ventilkörper 76 aufgeschraubt. Die Membran 86 läßt sich mit einem oberen Flansch 82 des Ventils 81 in Berührung bringen, um das Ventil zu schließen.

Zwischen dem Entlüftungsaufsatz 90 und der Membran 86 befindet sich eine Kammer 87, die mit einem Durchlaß 88 in dem Entlüftungsaufsatz 90 verbunden ist. Der Entlüftungsaufsatz 90 weist einen Nippel 89 auf, an dem ein Schlauch mit dem Ventilkörper verbunden werden kann.

Die Einstellvorrichtung 18 für den Strömungsmitteldruck besteht aus einem Ventilkörper 91, in den ein Nadelventil 92 eingeschraubt ist. Das Nadelventil dient dazu, einen Strömungskanal 93 zu sperren, der durch den Ventilkörper verläuft und in die Gewindebohrungen 94 und 96 in dem Ventilkörper mündet. In die Bohrungen 94 und 96 sind Stutzen 97, bzw. 98 eingeschraubt. Das Nadelventil 92 ist mit einem Einstellknopf 101 für seine Einstellung versehen, das

bo dem bereits beschriebenen Einstellknopf 58 gleich ist. Der Ventilkörper 91 ist durch eine Mutter 102 an dem Gehäuse 11 befestigt.

Die zur Verbindung der verschiedenen Stutzen miteinander dienende Schlauch- oder Rohrleitung ist in

f>5 der Darstellung von F i g. 3 durch strichpunktierte Linien schematisch angedeutet.

Es soll nun die Arbeits- und Anwendungsweise des Beatmuneseerätes kurz beschrieben werden. Es sei

angenommen, daß Luft oder Sauerstoff unter einem geeigneten Druck, beispielsweise 3,5 at, zu dem Absperrventil 26 geleitet wird und dieses Ventil geöffnet ist, so daß die unter Druck stehende Luft in den Einlaßstutzen 23 gelangt. Von diesem Einlaßstutzen geht die Luft zu den Stützen 67 und 68 der Ausatmungspatrone 17. Es sei weiterhin angenommer, daß zu diesem Zeitpunkt sich die Ausatmungspatrone 17 und die Einatmungspatrone 16 beide in der geschlossenen Stellung befinden und die Ausatmungsphase ι» gegeben ist. Zunächst wird die Ausatmungspatrone 17 betätigt. Die Einstelleinheit 21 für die Ausatmungszeit läßt das durch den Stutzen 68 eintretende Gas in einerbestimmten, einstellbaren Menge durch den Durchlall 47, die Kammer 56, den Ringraum 55, den Durchlaß 48, r> den Durchlaß 49 in die Kammer 36 auf der einen Seite der Membran 33 einströmen. Die zur Füllung der Kammer 36 und zur Verschiebung des Stempels 3'Λ durch die Membran benötigte Zeit, damit das an dem Stempel befindliche Ventilglied 38 gegen die Kraft der >» Feder 37 von dem Ventilsitz 40 abgehoben wird, ist durch die Einströmgeschwindigkeit in die Kammer 3(i bestimmt, welche ihrerseits durch die Stellung dej; Nadelventils 52 bestimmbar ist. Die Stellung de·; Nadelventils 52 wiederum wird durch die Einstellung 2Ί des Einstellknopfes 58 vorgegeben.

Nach Beendigung der Ausatmungszeit wird der Stempel 32 durch den Druck des Gases auf die Membran 33 verschoben und hebt das Ventilglied von seinem Ventilsitz 40 ab, so daß das durch den Stutzen 67 κ> einströmende Gas in den Strömungskanal 43 einströmen und durch diesen zu dem Stutzen fifi gelangen kann Der Stutzen 66 gibt das Gas an drei verschiedene Stellen ab. Einmal gelangt das Gas zum Stutzen 98 der Einstellvorrichtung 18 für den Strömungsmitteldruck, ir si die es durch den Stutzen 98 eintritt. Bei geöffneterr Nadelventil 92 geht es durch den Stutzen 97 zu dem am Behälter 11 befindlichen Auslaßstutzen 24 und durch diesen hindurch zu dem gewünschten Anwendungsort, Beispielsweise kann das Gas, entsprechend den ■»< > Vorschlägen der gleichzeitig eingereichten, auf der Priorität aus der US-Anmeldung, Ser.Nr. 6 01 769 vom 14. Dezember 1966 beruhenden Anrr.Jdung zum Betrieb einer /enturi-Anordnung zur Einleitung der Beatmung bei einem Anästesiegerät oder einem Wiederbelegungsgerät benutzt werden. Das von Stutzen 66 abgegebene Gas gelangt außerdem zu Stutzen 73 der Einatmungspatrone 16. Es wird gleichfalls zu Nippel 89 des Entlüftungsventisl 74 geführt, um die Memgran 86 unter Druck zu setzen und das Ventil 81 so lange in der geschlossenen Stellung zu halten, wie das Ventil der Ausatmungspatrone geöffnet ist.

Das zum Stutzen 73 gelangende Gas geht durch die Einstelleinheit 19 für die Einatmungszeit, in welcher die durchgelassene Gasmenge eingestellt wird und in welcher es durch den Durchlaß 47, den Durchlaß 53, die Kammer 56, den Durchlaß 54, den Ringraum 55 und den Durchlaß 48 in die Kammer 36 auf der einen Seite der Membran 33 gelangt. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Hohlraum oder die Kammer 36 gefüllt wird, hängt von der Einstellung des Einstellknopfes 58 ab. Sobald der innerha'b der Kammer 56 herrschende Druck hoch genug ist, um den Druck der Feder 37 zu überkommen, wird das Ventilglied 38 von seinem Ventilsitz 40 abgehoben und gestattet eine Verbindung zwischen den Stutzen 71 und 72, wodurch die Kammer 36 in der Ausatmungspatrone 17 über die Stutzen 69 und 72 mit den zur freien Atmosphäre führenden Stutzen 71 verbunden und auf diesem Wege entlüftet wird. Die Feder 37 drückt den Stempel 32 sofort wieder nach rechts, in bezug auf die Darstellung von F i g. 3, so daß das Ventilglied 38 wieder in Eingriff mit dem Ventilsitz 40 kommt und die Verbindung zwischen den Stutzen 66 und 67 unterbrochen wird und damit die Einatmungsphase beendet ist.

Sobald die Ausatmungspatrone geschlossen ist, kann kein Gas mehr zum Stutzen 66 gelangen und die Einstellvorrichtung 18 für den Strömungsmitteldruck erhält kein Gas mehr zugeführt. Ebenfalls gelangt kein Gas mehr zum Stutzen 73 oder zu dem Entlüftungsventil 74. Der Druck in der Kammer 36 der Einatmungspatrone 16 wird durch das Entlüftungsventil 74, die Einstellvorrichtung 18 für den Strömungsmitteldruck und durch den Auslaßstutzen 24 hindurch an das Gerät abgegeben, das mit dem Auslaßstutzen verbunden ist, wie z. B. eine Ventuir-Anordnung. Der Druck innerhalb der Kammer 36 ist hoch genug, um das Ventil 81 in eine geöffnete Stellung zu bewegen, damit das innerhalb der Kammer 36 befindliche Gas durch das Entlüftungsventil 74 entweichen kann. Sobald die Kammer 36 der Einatmungspatrone 16 zur freien Atmosphäre hin entlüftet wird, bringt die Feder 37 das Ventilglied 38 sofort wieder in einen Eingriff mit seinem Ventilsitz. Dann sind die Einatmungspatrone 16 und die Ausatmungspatrone 17 beide in der geschlossenen Stellung und der vorstehend beschriebene Zyklus wird wiederholt.

In den beschriebenen Beatmungsgerät können die Einatmungszeit und die Ausatmungszeit auf einfache Weise durch Betätigung der Einstellknöpfe 58 eingestellt werden, welche dazu dienen, die zum Füllen der Kammern 36 in den entsprechenden Patronen benötigte Zeit festzulegen. Somit lassen sich durch drei einfache Einstellungen, eine für die Einatmungszeit, eine für die Ausatmungszeit, und die dritte für die Steuerung der Strömungsdruckes, bzw. der abgegebenen Strömungsmittelmenge durch den Auslaßstutzen 24 alle für eine beliebig bestimmbaren Atmungsverlauf angestrebten Möglichkeiten erzielen. Das Verhältnis von Einatmungszeit zu Ausatmungszeit läßt sich durch einfaches Drehen der Einstellknöpfe verändern. Der maximale Einatmungsdruck kann auf einfache Weise einem bestimmten Atmungswidei stand der Lungen durch Drehen des Einstellknopfes der Einstellvorrichtung für den Strömungsmitteldruck angepaßt werden. Die Verwendung des Entlüftungsventils 74, das nur in einem verhältnismäßig kurzen Zeitintervall von beispielsweise einigen Millisekunden geöffnet ist ermöglicht, daß die Einatmungs- und die Ausatmungszeit so miteinander zusammenwirken, um die gewünschten Einatmungsund Ausatmungszeiten zu erhalten. Das Gerät arbeitet vollständig auf pneumatische Weise und kann daher auch für explosive Gase verwendet werden. Das unter Druck zugeführte Gas betätigt die Patronen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zyklussteuerung für ein Beatmungsgerät mit einer Quelle von unter Druck stehendem Beatmungsgas, von der aus eine Leitung zum Patienten, deren Gasdurchsatz mittels eines Ventils für den Beatmungsdruck einstellbar ist, freigegeben und geschlossen wird, und mit pneumatischen Steuergliedern, in welchen eine durch Federdruck vorgespannte, eine Kammer abschließende Membran ein Steuerventil betätigt, wobei die Zykluszeit durch Einstellventile in den zu der Membrankammer führenden Leitungen vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen identische Steuerglieder, eine Einatmungspatrone (16) und eine Ausatmungspatrone (17), vorgesehen sind, wobei der Eingang (67) des Steuerventils (35, 38,40} und der Eingang (68) des Einstellventils (28) der Ausatmungspatrone an der Gasquelle (Einlaßstutzen 23) angeschlossen sind, der Ausgang (66) des Steuerventils einerseits mit dem Patientenanschluß (24) und andererseits mit dem Eingang (73) des Einstellventils (19) und mit dem Steuereingang (88) eines Entlüftungsventils (74) am Ausgang der Membrankammer der Einatmungspatrone (16) verbunden ist, und die Membrankammer (36) der Ausatmungspatrone (17) über das Steuerventil in der Einatmungspatrone (16) entlüftet wird.

2. Zyklussteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (18) für den Gasdruck bzw. für die von dem Gerät während der Einatmungsphase abgegebene Gasmenge in der Leitung zwischen der Einatmungs- und der Ausatmungspatrone (16 bzw. 17) und dem Auslaßstutzen (24) des Gerätes, welche ein einstellbares Ventil (92) in einem Strömungskanai (93) aufweist.

3. Zyklussteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beirlen Steuerglieder (16 bzw. 17) eine Membrankammer (36) innerhalb eines zusammengesetzten zylindrischen Körpers (31, 40) aufweist, an dessen einem Ende das über einen Stößel (32) von der Membran (33) betätigte Steuerventil (38) mit einer Spannvorrichtung (37) und an dessen anderem Ende das einstellbare Ventil (92) angeordnet ist.

4. Zyklusstei'.erung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Ventil als Nadelventil (92) ausgebildet ist.