DE2105106A1 - Flussregulator - Google Patents

Description

Flußregulator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flußregulator zum Einstellen erwünschter Flußwerte von durch Leitungen strömenden Medien, vorzugsweise für Systeme mit schneller Servo-Steuerung, wie z.B. Respiratoren od.dgl..

Bei schnellen Servo-Systemen im allgemeinen und bei Respiratoren mit Servo-Steuerung im besonderen, werden an die zum System gehörenden Flußregulatoren gewisse Forderungen gestellt. Wichtig ist, daß die Einstellgenauigkeit und Einstellgeschwindigkeit einzelner Flußwerte im gesamten Regulierbereich gleich groß und von äußeren Kräften, denen der Regulator ausgesetzt ist, unabhängig sind. Damit der Regulator mit der erforderlichen Geschwindigkeit steuern, d.h. beispielsweise aus dem geschlossenen Zustand heraus einen gewünschten Flußwert innerhalb des Regulierungsbereiches in weniger als 1/10 Sekunde einstellen kann, müssen Masse und Reibung der beweglichen Regulatorteile klein sein. Ein Flußregulator dieser Art muß weiterhin·

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betriebssicher arbeiten, d.h. es dürfen keine Staub-, FlÜ3sigkeitspartikel od.dgl. in das System eindringen, die die beweglichen Teile verklemmen oder in anderer Weise stören können. Der Regulator muß ferner so aufgebaut sein, daß seine mit dem strömenden Medium in Berührung stehenden Teile leicht zu säubern bzw. zu sterilisieren (z.B. durch Autoklavieren) sind. Eine Alternative hierzu ist, daß die Herstellungskosten der erwähnten Teile so niedrig liegen, daß sie zum Einmalgebrauch hergestellt werden können.

Flußregulatoren der genannten Art, welche die obengenannten Voraussetzungen erfüllen, waren bisher unbekannt. Man war bisher darauf angewiesen, z.B. konventionelle Kükenhähne zu verwenden; die Einstellung erwünschter Plußwerte wurde dabei durch Änderung des Durchflußquerschnittes im Ventil aufgrund einer Drehung des Ventilkükens im Ventilkörper erreicht. Es ist selbstverständlich, daß ein Kükenhahn als Flußregulator die genannten Forderungen wenig erfüllen kann, weil die Masse der zu bewegenden Teile (sowohl des Kükens als auch der für die Bewegung des schweren Kükens erforderlichen schweren Steuerorgane) groß und somit eine schnelle und genaue Einstellung der gewünschten Flußwerte nicht möglich ist. Bei einem Kükenhahn läßt es sich außerdem kaum vermeiden, daß Partikel zwischen das Küken und den Ventilkörper eindringen und dadurch die einwandfreie Funktion des Regulators gestört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flußregulator anzugeben, der die eingangs genannten Forderungen erfüllt und der sich somit vorteilhaft für schnelle Servo-Systeme, insbesondere für Respiratoren mit Servo-Steuerung, verwenden läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen flexiblen Schlauch als Leitung sowie eine auf den Umfang des Schlauches

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wirkende steuerbare Drosselvorrichtung für die Änderung des Durchflußquerschnittes des Schlauches.

Bei einer derartigen Lösung kann die Masse der zu bewegenden Teile verhältnismäßig klein gehalten werden, was zu einer relativ hohen Einstellgenauigkeit und Geschwindigkeit führt. Das Medium, dessen Fluß gesteuert wird, kommt ferner nur mit der Innenfläche des Schlauches, nicht jedoch mit der Drosselvorrichtung selbst in Berührung. Dadurch wird die Säuberung bzw. Sterilisation des Regulators wesentlich vereinfacht. Man braucht zu diesem Zweck lediglich den Schlauch zu reinigen (z.B. autoklavieren) oder aber man verwendet einen Schlauch nur jeweils für eine einzige Behandlung und wechselt ihn anschließend gegen einen neuen aus.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird eine motorgesteuerte Drosselvorrichtung verwendet. Zweckmäßig ist es dabei, die Drosselvorrichtung in Abhängigkeit von der Stufenbewegung eines Stufenmotors so zu steuern, daß bei gleichförmiger Bewegung des Motors der Fluß im Schlauch logarithmisch geändert wird.

Die logarithmische Änderung des Flusses trägt wesentlich dazu bei, daß ein Servo-System,zu dem ein Flußregulator gemäß der Erfindung gehört,stabil arbeitet. Zur Vermeidung von Instabilitäten muß nämlich die sog. "loop"-Verstärkung im gesamten Regulierbereich konstant sein, d.h. die Zeitdauer zum Zustandebringen einer gewissen prozentuellen Veränderung, in diesem Falle eines Flusses, muß stets gleich groß sein, und zwar unabhängig davon, wo die Veränderung im Regulierbereich erfolgt. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß die Stufenbewegung des Stufenmotors gleich- f förmig, die Größe der Bewegung der Drosselvorrichtung jedoch

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bei jeder Einwirkung des Stufenmotors von der momentanen Stellung der Drosselvorrichtung und damit von der absoluten Größe des Flusses abhängig ist.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert.

In der Figur ist mit 1 ein flexibler Schlauch für ein strömendes Medium bezeichnet, der beispielsweise die Ein- oder Ausatmungsleitung eines Respirators mit Servo-Steuerung darstellt. Der Schlauch 1 ist zwischen einem festen Anschlag 2 und einem am Umfang des Schlauches angreifenden Endteil 4 eines beweglichen Hebelarmes 3 gelagert, welcher Anschlag 2 und Hebelarm 3 eine Drosselvorrichtung für den Schlauch 1 bilden.

Der Hebelarm 3 ist an seinem Mittelteil schwenkbar an einem Achszapfen 5 gelagert. Das dem Endteil 4 entgegengesetzte Ende des Hebelarmes 3 weist einen Zapfen 6 auf, der in einem etwa nach einer logarithmischen Spirale geformten Schlitz 7 eines Kurvenkörpers 8 geführt ist. Der Kurvenkörper 8 ist fest mit der Drehachse 9 eines Stufenmotors 10 verbunden.

Die Steuerung des Stufenmotors 10 geschieht mittels Steuerimpulsen, die jeweils mit dem Eintreffen den Stufenmotor um eine gleich große Drehstufe weiterschalten (gleichförmige Stufenbewegung) . Aufgrund der gleichförmigen Stufenbewegung des Motors führt auch der Körper 8 eine stufenförmige Rotationsbewegung aus. Da der Abstand des Schlitzes 7 des Kurvenkörpers 8 von der Drehachse 9 des Motors 10 sich bezüglich der Achse 9 im Sinne des Uhrzeigers vergrößert, wird bei einer Drehung des Motors im Uhrzeigersinn auch der Hebelarm 3 im Uhrzeigersinn um den Achszapfen 5 geschwenkt.

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Je nach Größe einer solchen Schwenkung des Armes 3 wird der Schlauch 1 durch das Endteil 4 des Armes 3 mehr oder weniger stark gegen den festen Anschlag 2 gepreßt. Die dadurch erzeugte Querschnittsänderung des Schlauches 1 bewirkt eine entsprechende logarithmische Änderung des Flusses im Schlauch 1.

Zwischen einer Abzweigung 12 des Hebelarmes 3 und einem festen Punkt 13 am Stativ H des Flußregulators befindet sich eine Zugfeder 11. Diese Zugfeder soll die Drehung des Hebelarmes bei Drehung der Achse 9 und des Kurvenkörpers 8 im Sinne des Uhrzeigers entgegen der Wirkung der Elastizität des Schlauches und des Druckes des im Schlauch strömenden Mediums erleichtern.

Der Stufenmotor ist so beschaffen, daß er jedesmal, wenn er ein Steuersignal empfängt, eine Drehung von 3,5° ausführt. Seine maximale Stufenfrequenz beträgt mindestens 500 Hz. Der Schlitz 7 im Kurvenkörper 8 ist so ausgebildet und bezüglich der Achse 9 des Motors 10 derart angeordnet, daß eine Stufe innerhalb des Regulierbereiches einerVeränderung des Flusses von 10 % entspricht,und zwar unabhängig von der Größe des Flusses, d.h. die Flußveränderung erfolgt gemäß einer logarithmischen Funktion (abgesehen vom unteren Teil des Regulierbereiches, wo eine vollständige Zusammendrückung des Schlauches 1 zustandekommt).

Mit einem Regulator gemäß der Erfindung lassen eich Flußwerte zwischen 1 l/min und 128 l/min mit einer Genauigkeit von + 5 $> einstellen.

Der Schlauch 1 besteht vorzugsweise aus Silikongummi, der bezüglich Haltbarkeit, Einwirkung von hohen Temperaturen und der meistens korrosiven Medien gute Eigenschaften aufweist.

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Außerdem ist Silikongummi weich, ohne zusammenzukleben. Ein Zusammendrücken de3 Schlauches durch die Drosselvorrichtung 2, kann somit mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand erfolgen.

Die Erfindung läßt sich nicht nur vorteilhaft bei Respiratoren, sondern ganz allgemein bei Systemen mit Servo-Steuerung verwenden, bei denen eine genaue und schnelle Plußsteuerung erwünscht ist.

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Claims (1)

1. - 7 Patentansprüche

   MJ Flußregulator zum Einstellen erwünschter Flußwerte von durch Leitungen strömenden Medien, vorzugsweise für Systeme mit schneller Servo-Steuerung, wie z.B. Respiratoren od.dglo, gekennzeichnet durch einen flexiblen Schlauch (1) als Leitung sowie eine auf den Umfang des Schlauches (1) wirkende steuerbare Drosselvorrichtung (2, 3) für die Änderung des Durchflußquerschnitts des Schlauches. A

   ■ 2. Flußregulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine motorgesteuerte Drosselvorrichtung verwendet ist.

   3. Flußregulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Drosselvorrichtung (2, 3) in Abhängigkeit von de. Stufenbewegung eines Stufenmotors (10) geschieht.

   4ο Flußregulator· nach Anspruch 2 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerung der Drosselvorrichtung (2, 3) in der Weise, daß bei gleichförmiger Bewegung des Motors (10) der Fluß im Schlauch (1) logarithmisch geändert wird.

   5 ο Flußregulator nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung gebildet ist aus einem festen Anschlag (2) sowie einem an seinem Mittelteil schwenkbar gelagerten Hebelarm (3), dessen eines Ende (4) bei Auslenkung des anderen in Abhängigkeit von der Motorbewegung den Schlauch (1) gegen den festen Anschlag (2) drückt.

   6. Flußregulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Hebelarmes (3) mit dem Motor (10) über ein mechanisches Verbindungssystem (6 bis 9) in Wirkverbindung steht.

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   7. Flußregulator nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem aus einer mit der Achse (9) des Motors (10) fest verbundenen, entsprechend etwa einer logarithmischen Spirale geformten Führung (7) für das andere Ende des Hebelarmes (3) besteht.

   8. Flußregulator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (1) aus Silikongummi besteht.

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