DE2322084A1 - Logische pneumatische zelle mit der funktion nein - Google Patents

Description

DIPLOMINGENIEUR HELMUT LAMPRECHT

PATENTANWALT Z 3 Z Z 0 P

8 MÜNCHEN S · CORNELIUSSTRASSE 42 · TELEFON 24O775

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SOClETE MINERVE S. A. Ibis-3 rue Barbes 92400 Courbevoie Frankreich

Logische pneumatische Zelle mit der Funktion NEIN

Die Erfindung betrifft eine logische pneumatische Zelle mit der Funktion NEIN, insbesondere für pneumatische Atemgeräte, mit einem Gehäuse, in dem vier Öffnungen ausgebildet sind und zwar ein Einlaß, ein Auslaß und eine Entleerungsöffnung, die alle drei in eine Einlaßkammer münden, in der sich ein beweglicher Ventilkörper befindet, der geeignet ist, mit zwei einander gegenüberliegenden Ventilsitzen zusammenzuwirken, deren einer dem Einlaß und deren anderer der Entleerungsöffnung zugeordnet ist, sowie eine vierte Öffnung als Steueröffnung, die mit einer Steuerkammer in Verbindung steht, in der sich ein durch Druck verformbares Element befindet, das mit einem Betätigungsglied verbunden ist, das zur Einwirkung auf den Ventilkörper geeignet ist, um diesen von dem der Entleerungs-

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POlTtCHfCKKONTO MUNCHCN Ο·Ο4β-806

DIUTiCHI SANK MUNCHIN, FROMBNAOBfLATS. KONTO-NH. 1β/Ι0·94 TBLB«nAMMBSQA«LB« kAWCLAIM· MUBNOHKN

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Öffnung zugeordneten Ventilsitz abzuheben und auf den dem Einlaß zugeordneten Ventilsitz zu bewegen.

Die Erfindung betrifft zwar insbesondere eine derartige Zelle für pneumatische Atemgeräte, sie ist jedoch nicht ausschließlich für diesen Anwendungszweck bestimmt.

Man kennt bereits eine logische pneumatische Zelle oder ein logisches pneumatisches Relais mit der Funktion NEIN, deren Gehäuse vier Öffnungen aufweist, nämlich einen Einlaß zur Verbindung mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Gases, einen Auslaß zum Anschluß an das Leitungssystem eines Verbrauchers, einer Entleerungsöffnung für den Austritt in die Atmosphäre und einer Steueröffnung, die mit einer Steuerdruckquelle verbindbar ist. In diesem Gehäuse ist eine Einlaßöffnung vorgesehen, in der ein beweglicher Ventilkörper angeordnet ist, der in diesem Fall durch eine Kugel gebildet wird, die sich auf den einen oder den anderen der beiden Ventilsitze legen kann, die die Öffnungen umgeben, die mit dem Einlaß oder der Entleerungsöffnung in Verbindung stehen. Die den Ventilkörper bildende Kugel wird normalerweise unter dem Einfluß des am Einlaß vorhandenen Gasdruckes gegen den Ventilsitz gedrückt, der die Entleerungsöffnung umgibt und es besteht normalerweise eine Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, das heißt die Zelle bildet ein normalerweise offenes Ventil. Die den Ventilkörper bildende

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ORIGINAL INSPECTSQ

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Kugel kann durch ein Betätigungselement, das mit einer verformbaren Membran verbunden ist, die in einer mit der Steueröffnung in Verbindung stehenden Steuerkammer angeordnet ist, von diesem Sitz abgehoben und auf den Sitz gedrückt werden, der die Öffnung umschließt, die mit dem Einlaß in Verbindung steht. Wenn, der Gasdruck aus der den Steuerdruck liefernden. Gasquelle einen ausreichenden Wert erreicht, wird die Membran zurückgedrückt und das daran befestigte Betätigungselement wirkt auf die Kugel ein, um die Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu unterbrechen, d. h. mit anderen Worten die Zelle in einen geschlossenen Zustand zu kippen. Es erscheint also bei Abwesenheit eines Strömungsmittelsignals an der Steueröffnung ein Drucksignal (logisches Signal EINS) am Auslaß der Zelle, während beim Auftreten eines Strömungsmittelsignals (Signal EINS) an der Steueröffnung kein Signal (Signal NULL) am Auslaß erscheint. Eine solche Zelle hat eine NEIN-Funktion oder eine Umkehr-Funktion.

Alle derzeit bekannten logischen Zellen mit der Funktion NEIN können nur durch auf einem festen Niveau liegende Impulse gesteuert werden. Die Schwelle des Steuerdrucks, bei der die Zelle umkippt ist beim öffnen und beim Schließen die gleiche, was gewisse Beschränkungen zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und eine Zelle der beschriebenen Art zu schaffen, die durch einen progressiv veränderlichen Druck

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steuerbar ist und zwei deutlich unterschiedene Kippschwellen aufweist und zwar in diesem Falle für den Übergang vom geöffneten zum geschlossenen Zustand und umgekehrt.

Zu diesem Zweck besteht die Erfindung bei der eingangs beschriebenen logischen pneumatischen Zelle darin, daß der dem Einlaß zugeordnete Sitz einen kleineren Querschnitt besitzt, als der der Entleerungsöffnung zugeordnete Sitz und daß der bewegliche Ventilkörper zwei Abschnitte aufweist, die quer zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers unterschiedliche Abmessungen besitzen, nämlich einen ersten Abschnitt mit kleiner Querabmessung und dazu bestimmt, mit dem dem Einlaß zugeordneten Sitz zusammenzuwirken, und einen zweiten Abschnitt mit großer Querabmessung und dazu bestimmt, mit dem der Entleerungsöffnung zugeordneten Sitz zusammenzuwirken.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der bewegliche Ventilkörper aus zwei frei in der Einlaßkammer angeordneten Kugeln besteht, nämlich einer Kugel mit kleinem Durchmesser, die dem dem Einlaß zugeordneten Sitz zugeordnet ist und einer ^gel mit großem Durchmesser, die dem der Entleerungsöffnung zugeordnetem Sitz zugeordnet ist und die derart angeordnet ist, daß sie der Einwirkung des mit dem verformbaren Element verbundenen Betätigungsgliedes ausgesetzt ist.

Die erfindungsgemäße logische, pneumatische Zelle dient nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als Grundbestandteil eines pneumatischen Beatmungsgerätes, das

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vollständig pneumatisch gesteuert wird, dank der Existenz der zwei bestimmten Steuerdruckschwellen, an denen das Umkippen der jeweiligen Zelle zwischen den beiden Zuständen stattfindet, die sie einnehmen kann.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße logische, pneumatische Zelle mit der Funktion NEIN,

Fig. 2 ein Schaltbild eines pneumatischen Atemgerätes unter Verwendung der erfindungsgemäßen logischen Zelle,

Fig. 3 ein Axialschnitt durch den Trigger oder das Steuerventil für das Atmungsgerät gemäß Fig. 2,

Fig. 4 und Fig. 5

pneumatische Teilschaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen des Steuerkreises für ein pneumatisches Atmungsgerät.

Die in Fig. 1 dargestellte logische, pneumatische Zelle mit der Funktion NEIN umfaßt ein Gehäuse 1 in dem vier Mündungen ausgebildet sind, nämlich ein Einlaß E für unter Druck stehendes Gas, ein Auslaß S, eine Steueröffnung C und eine Entleerungsöffnung P.

Der Einlaß E und der Auslaß S stehen mit einer Einlaßkammer in Verbindung, in der zwei Kugeln 3 und 4 mit unterschiedlichen

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Durchmessern angeordnet sind. Die Kugel 3 mit kleinem Durchmesser bildet einen beweglichen Ventilkörper, der mit einem Ventilsitz 5 mit kleinem Durchmesser a unter Zwischenschaltung einer Dichtung zusammenwirken kann. Die andere Kugel 4 mit großem Durchmesser bildet ebenfalls einen beweglichen Ventilkörper, der mit einem anderen Ventilsitz 6 mit dem Durchmesser b unter Zwischenschaltung einer Dichtung zusammenwirken kann, wobei der Durchmesser b größer ist, als der . Durchmesser a des Ventilsitzes 5.

Der Ventilsitz 5 mit kleinem Durchmesser a befindet sich an der Ausmündung einer vom Einlaß E ausgehenden Leitung 7 in die Einlaßkammer 2.

Der andere Ventilsitz 6 mit großem Durchmesser b befindet sich an der Stelle, wo die Einlaßkammer 2 mit einer Entleerungskammer 8 in Verbindung steht, die ihrerseits über die EntleerungsÖffnung P mit der Atmosphäre in Verbindung steht,

In der Entleerungskammer 8 befindet sich ein Betätigungsglied 9, das fest mit einer elastischem Membran 11 verbunden ist, die die Entleerungskammer 8 von einer Steuerkammer 12 trennt, die mit der Steueröffnung C verbunden ist. Das Stellglied 9 umfaßt einen Stößel, der sich quer durch den Sitz 6 erstreckt und die Kugel 4 mit großem Durchmesser betätigen kann.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Kugeln 3 und 4 durch einen beweglichen Ventilkörper ersetzt sein, der zwei Ab-

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schnitte aufweist, die in Durchmesserrichtung unterschiedliche Abmessungen aufweisen, wie z. B. ein Stufenkolben, wobei die beiden unterschiedlichen Abschnitte mit den entsprechenden Ventilsitzen 5 und 6 zusammenwirken können.

Die Wirkungsweise der beschriebenen logischen, pneumatischen Zelle mit der Funktion NEIN ist wie folgt:

Der Einlaß E wird mit einer Druckgasquelle P₁ verbunden und der Auslaß S mit einem nicht dargestellten, zu betreibenden Kreis, während die Steueröffnung C mit einer veränderbaren SteuerdruckqueUa und die EntleerungsÖffnung P mit der Atmosphäre verbunden ist.

Falls an der Steueröffnung C kein Gasdruck ausgeübt wird, d. h. wenn ein Steuersignal NULL vorhanden ist (entsprechend dem Fehlen von Druck) , so wird die Kugel 3 mit kleinem Durchmesser unter dem Einfluß des Druckes p, des am Einlaß E anstehenden Gases von ihrem Sitz abgehoben, so daß die logische Zelle geöffnet ist und eine Verbindung zwischen dem Einlaß E und dem Auslaß S besteht. Man erhält somit am Auslaß S einen dem Eingangsdruck p, gleichen Druck, wenn man den Druckabfall vernachlässigt. Die Kugel 4 mit großem Durchmesser wird auf ihren Sitz 6 gedrückt und die Verbindung zwischen dem Auslaß S und der EntleerungsÖffnung P ist dadurch unterbrochen.

Falls der Steuerdruck an der Steueröffnung C und in der Steueröffnung 12 erhöht wird, wird über die Membran 11 und den Stößel 9 eine Kraft auf die Kugel 4 mit großem Durchmesser ausgeübt,

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die bestrebt ist, diese Kugel von ihrem Sitz 6 abzuheben.

Falls jedoch der Steuerdruck sich unter einem vorgegebenen Wert p₂ befindet, ist die durch den Stößel 9 auf die Kugel 4 zum Abheben von ihrem Sitz 6 ausgeübte Kraft nicht ausreichend, um der Kraft entgegenzuwirken, dfe durch den Speisedruck p.. in der Einlaßkammer 2 ausgeübt wird und bestrebt ist, die Kugel 4 auf ihren Sitz zu drücken.

Wenn der Steuerdruck den Wert p„ überschreitet, drückt der Stößel 9 die Kugel 4 von ihrem Sitz 6 und stellt damit eine Verbindung zwischen dem Auslaß S und der Entleerungsöffnung P her. Die Kugel 4 mit großem Durchmesser wird in Fig. 1 nach oben gedrückt und wirkt dabei mit der darüber befindlichen Kugel 3 mit kleinem Durchmesser zusammen, wodurch diese Kugel 3 auf den Sitz 5mit kleinem Durchmesser gedrückt wird. Die Verbindung zwischen dem Einlaß E und dem Auslaß S ist damit unterbrochen.

Mit anderen Worten: Falls an der Steueröffnung C ein logisches Strömungsmittelsignal EINS auftritt, befindet sich am Auslaß S keinerlei Druck, d. h. am Auslaß zeigt sich das logische Signal NULL. Die Verbindung zwischen den Öffnungen 3 und ? ermöglicht die Entleerung des an den Auslaß S angeschlossenen Verbrauchergerätes über die Entleerungsöffnung ?.

Falls der Steuerdruck beginnt^ unter den Wert p₉ abzusinken, bleibt die Kugel 3 mit kleinem Durchmesser trotzdem auf ihrem

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Ventilsitz 5, weil die Gegenkraft, die bestrebt ist, die Kugel 3 von ihrem Sitz 5 abzuheben und die dem Produkt aus dem Druck p, in der Leitung 7 und dem Querschnitt der Öffnung mit dem Durchmesser a am Sitz 5 entspricht, geringer ist, als die durch den Stößel 9 auf die beiden Kugeln 4 und 3 nach oben ausgeübte Kraft. Dies bleibt so, bis der Steuerdruck einen Wert p₃ erreicht, der unter p₂ liegt und bei dem die das Abheben der Kugel 3 von ihrem Sitz 5 anstrebende Kraft größer ist, als die Kraft, die durch den Stößel 9 unter dem Einfluß des Druckes p₃ ausgeübt wird.

Zu diesem Zeitpunkt hebt sich die Kugel 3 von ihrem Sitz 5 und es entsteht wieder eine Verbindung zwischen dem Einlaß E und dem Auslaß S, während die Kugel 4 mit großem Durchmesser auf ihren Sitz 6 gedrückt wird und die Verbindung zwischen dem Auslaß S und der EntleerungsÖffnung P schließt. Die in Fig. 1 gezeigte logische, pneumatische Zelle liefert damit ein Strömungsmittelsignal EINS (Auftreten von Druck) am Auslaß S, sobald der Steuerdruck sich unter einer maximalen oder SchließschwelIe befindet, welche mit dem Wert ρ übereinstimmt. Sie liefert am Auslaß S ein Strömungsmittelsignal NULL, sobald der Steuerdruck den Wert p~ der Schließschwelle erreicht oder überschreitet und sie liefert weiterhin ein Signal NULL, wenn der Steuerdruck den Wert p₂ der maximalen Schließschwelle unterschreitet, bis zu einem niedrigeren Wert p_ einer minimalen ÖffnungsschwelIe. Sie zeigt am Ausgang S ein logisches Signal EINS, wenn der Steuerdruck den Wert p~ oder einen niedrigeren Wert erreicht und sie zeigt weiter ein logisches Signal EINS wenn der Steuerdruck erneut zunimmt, bis er den Wert p« erreicht, bei dem die Zelle umkippt um ein Signal NULL zu zeigen und so fort,

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Die beschriebene logische Zelle besitzt zwei Schwellen mit verschiedener Funktion, nämlich eine Schließschwelle, die dem Steuerdruck p₂ entspricht und eine ÖffnungsschwelIe, die dem Steuerdruck p- unterhalb des Druckes p_ entspricht.

Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Anwendung einer erfindungsgemäßen logischen, pneumatischen Zelle mit der Funktion NEIN auf ein automatisches Atmungsgerät mit konstanter aber regelbarer Frequenz gezeigt, bei dem die Einatmungsphase durch einen Patienten während der Gesamtdauer des Atmungszyklus ausgelöst werden kann.

Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Atmungsgerät umfaßt im wesentlichen zwei pneumatische Zellen 13 und 14 mit der Funktion NEIN, von denen wenigstens eine, nämlich die Zelle 13, in der vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Art ausgeführt ist. Die Zelle 13 ist die Hauptzelle, die die Frequenz des Betriebsablaufes des Atmungsgerätes bestimmt, also die Dauer der Einatmungs- und Ausatmungsphasen, während die andere Zelle 14 eine Verstärkerzelle darstellt. Die Eingänge E der beiden Zellen 13 und 14 sind gemeinsam mit dem Ausgang eines Druckminderventils 15 verbunden, das an eine Druckgasquelle 16 angeschlossen ist. Das Druckminderventil 15 dient dem Zweck, beispielsweise einen Speisedruck für die Zellen 13 und 14 zu liefern, der auf 1,5 bar beschränkt ist, und zwar ausgehend von einer Druckgasquelle mit einem Druck von beispielsweise 3 bar. Ein Rückschlagventil 17 ist zwischen dem Eingang E der Zelle 13 und dem Ausgang des Druckminderventils 15 eingeschlossen.

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Der Auslaß S der Steuerzelle 13 ist direkt mit dem Steuereingang C der Verstärkerzelle 14 verbunden, deren Auslaß S mit einer Atemmaske 18 unter Zwischenschaltung eines ferngesteuerten' Beatmungsventils 19 verbunden ist. Dieses Ventil 19 ist mit dem Auslaß S der Verstärkerzelle 14 durch zwei parallele Leitungen 21 und 22 verbunden, wobei die Leitung 21 eine direkte Steuerleitung zum Schließen des Atemventils 19 bildet, während ein regelbarer Hahn 23 in die andere Leitung 22 eingefügt ist und durch den Patienten bedienbar ist.

Der Auslaß S der Steuerzelle 13 ist mit seinem Steuereingang C mit einem pneumatischen Zeitgeberkreis verbunden, der insgesamt mit 24 bezeichnet ist. Dieser Kreis umfaßt ein veränderbares Speichervolumen 25, dessen Volumen durch einen äußeren Knopf 26 veränderbar ist. Das veränderbare Speichervolumen 25 steht einerseits direkt mit dem Steuereinlaß C der Steuerzelle 13 in Verbindung, andererseits mit dem Auslaß S der Steuerzelle, und zwar unter Zwischenschaltung einer Einschnürung oder einer regelbaren Drosselstelle 27. Der Zeitgeberkreis 24 umfaßt einen zur regelbaren Drossel 27 parallel geschalteten Seitenzweig, der in Reihe eine weitere regelbare Drossel 28 und ein Ventil 29 umfaßt, das eine verformbare Membran 29a besitzt, die eine obere S_teuerkammer 29b , die mit dem Auslaß S der Zelle 13 verbunden ist, und eine untere Kammer 29c mit einer Auslaßöffnung 29d bildet, wobei die öffnung 29d mit der Drossel 28 verbunden ist und durch die Membran 29a verschlossen werden kann, sowie eine Entleerungsöffnung 29e. ^r

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Das Atmungsgerät umfaßt unter anderem einen Trigger oder ein Steuerventil, von dem eine Ausführungsform mehr im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist. Der Trigger besitzt ein zweiteiliges Gehäuse 32, in dessen Innerem eine verformbare Membran 33 angeordnet ist, wodurch zwei Kammern 34 und 35 gebildet werden. Die obere Kammer 35 innerhalb des Gehäuses 32 steht über eine Öffnung 36 mit einer Leitung 37 in Verbindung, die mit dem ferngesteuerten Atmungsventil 19 verbunden ist, sowie mit einem Druckmesser 38. Außerdem ist in der Kammer 35 eine Feder 39 angeordnet, deren Spannung durch einen Knopf 41 einstellbar ist, wobei die Feder 39 mittels einer Zwischenplatte auf die Membran 33 drückt.

In der unteren Hälfte des Gehäuses 32 ist eine Kammer 43 ausgebildet, in der liegend ein Ventilkörper 44 angeordnet ist, der die Verbindung zwischen einer unteren Zutrittsöffnung 45 und einer seitlichen Auslaßöffnung 46 unterbrechen oder freigeben kann. In die Kammer 43 ragt das untere Ende des Schaftes eines vertikal angeordneten Stößels 47, dessen oberer Kopf sich in der unteren Kammer 34 befindet, die durch die Membran 33 begrenzt wird und die nach außen über eine Öffnung 40 geöffnet ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind der Stößel 47 und die Feder 39 zueinander fluchtend ausgerichtet, wobei sie sich zu beiden Seiten der Membran 33 befinden, jedoch seitlich etwas gegen die zur Membran 33 senkrechte Symmetrieachse x-y der Membran versetzt. Die Zutrittsöffnung 45 ist direkt mit dem Auslaß S der Steuerzelle 13 verbunden, sowie mit dem Steuereinlaß C der Verstärkerzelle 14,

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während die Auslaßöffnung 46 über ein Rückschlagventil 48 mit dem veränderlichen Volumen 25 des Zeitgeberkreises 24 verbunden ist.

Die Funktionsweise des beschriebenen Atmungsgerätes ist wie fofet:

Wenn das Atmungsgerät in Betrieb gesetzt wird, tritt an der Steueröffnung C der Steuerzelle 13 kein Druck auf und deshalb wird in der Steuerzelle 13 eine Verbindung zwischen dem Einlaß E und dem Auslaß S hergestellt. Sobald Druckgas am Auslaß S der Steuerzelle 13 auftritt, strömt es über die regelbare Drosselstelle 27 um das veränderliche Volumen 25 anzufüllen. Das Ventil 29 wird dagegen unter dem Einfluß des Druckgases am Auslaß S der Zelle 13 auf seinen Sitz zurückgedrückt, derart, daß die regelbare Drosselstelle 28 sich nicht auswirken kann um die Dauer der Anfüllung des Speichervolumens 25 zu steuern. Wenn Gas unter Druck (logisches Signal EINS) an der SteurÖffnung C der Verstärkerzelle 14 auftritt, unterbricht letztere aufgrund ihrer Funktion NEIN die gesamte Verbindung zwischen ihrem Einlaß E und ihrem Auslaß S. Die Folge ist, daß die Atemmaske 18 nicht mit Gas versorgt wird.

Nach einer gewissen Zeit erreicht der Druck in dem Speicher 25 mit veränderbarem Volumen den Wert ρ der dem Umkippen der Steurzelle 13 in den geschlossenen Zustand entspricht. In diesem Augenblick wird eine Verbindung im Inneren der Zelle 13 zwischen ihrem Auslaß S und der Entleerungsöffnung P hergestellt. Der

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Speicher 25 beginnt damit sich einerseits über die erste regelbare Drosselstelle 27 und andererseits über die zweite Drosselstelle 28 und das Ventil 29, das sich dann öffnet, zu entleeren. Wenn der Ausgang S der Zelle 13 mit der Atmosphäre verbunden wird, ist an der Steueröffnung C der Verstärkerzelle 14 kein Druck vorhanden, so daß sich letztere öffnet, d. h. eine Verbindung zwischen ihrem Einlaß E und dem Auslaß S herstellt. Das über das Druckminderventil 15 gelieferte Druckgas, das beispielsweise einen Druck von 1,5 bar aufweist, strömt dann durch die Zelle 14, über den einstellbaren Hahn 23, die Leitung 22, das ferngesteuerte Atmungsventil 19 und die Atemmaske 18. Dies stellt die Einatmungsphase dar.

Wenn der Druck im Speicher 25 auf den Wert p„ fällt, der der unteren ÖffnungsschwelIe der Zelle entspricht, kippt diese erneut in eine geöffnete Stellung um. Es erscheint am Ausgang S der Zelle 13 ein Druck, der das Schließen der Verstärkerzelle veranlaßt. Mit diesem Augenblick wird die Maske 18 nicht mehr versorgt und der Patient atmet aus. Der Speicher 25 beginnt sich wieder über die regelbare Drosselstelle 27 zu füllen und der Zyklus beginnt von Neuem.

Der Atmungszyklus wird so durch eine Aufeinanderfolge von Einatmungs- und Ausatmungsphasen gebildet, deren relative Dauer geregelt werden kann durch Betätigung der regelbaren Drosselstellen 27 und 28.

Das Rückschlagventil 17 ist vorgesehen, um einen konstanten

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Speisedruck am Einlaß E der Steuerzelle aufrechtzuerhalten. Wenn die Verstärkerzelle 14 offen ist und das Druckgas durch die Verstärkerzelle strömt, ergibt sich ein Druckabfall am Ausgang des Druckminderventils 15, beispielsweise von 1,5 auf 1,2 bar. Wenn das Rückschlagventil 17 nicht vorgesehen ist, würde dies zu einer Beeinflußung der Betriebscharakteristik und zu einem Umkippen der Zelle 13 aufgrund der Veränderung des Speisedrucks führen.

Es wird nun die Betriebsweise des beschriebenen pneumatischen Atmungsgerätes für den Fall erläutert, daß es durch den Patienten angefordert wird. In diesem Fall ist es notwendig, den durch die einstellbare Drossel 27 gegebenen Widerstand kurzzuschließen, um eine sofortige Füllung des veränderbaren Speichers 25 zu verursachen und sofort in die Einatmungsphase einzutreten. Diesem Zweck dient der Trigger 31. Solange vom Patienten keine Anforderung ausgeht, d. h. solange kein Unterdruck in der Atemmaske 18 auftritt, wird der bewegliche Ventilkörper 44 auf seinem Sitz durch den Stößel 47 festgehalten, der seinerseits durch die Feder 39 unter Druck steht, und zwar unter Zwischenschaltung der Membran 33. Der Ventilkörper 44 unterbindet damit jegliche Verbindung zwischen der Zutrittsöffnung 45 und der Auslaßöffnung 46. Wenn der Patient jedoch durch die Maske 18 einatmet, entsteht ein Unterdruck in der Leitung 37, der durch den Druckmesser 38 angezeigt wird und der auf die obere Kammer 35 des Triggers 31 übertragen wird. Die Membran 33 bewegt sich dadurch nach oben entgegen der Einwirkung der Feder 39 und gibt den Stößel 47 frei, der die Öffnung des Ventilkörpers 44 erlaubt.

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Das unter Druck stehende Gas am Auslaß S der Steuerzelle 13 strömt dadurch über die Zutrittsöffnung 45 in die Kammer 43 und von dort über die Auslaßöffnung 46 in den Speicher 25 mit veränderbarem Volumen. Dadurch wird dieser sofort gefüllt. Sobald der Druck im Speicher 25 den Wert ρ erreicht, kippt die Steuerzelle 13 um, der Druck am Ausgang S der Steurzelle verschwindet, was zur Folge hat, daß die Versorgung des Triggers 31 unterbrochen wird. Daran schließt sich automatisch eine Einatmungs- bzw. eine Einblasphase an.

Das Rückschlagventil 48 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß sich der Speicher 25 sofort über den Trigger 31 entleert, sobald das Signal vom Ausgang der Steuerzelle 13 verschwindet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform eines pneumatischen Atemgerätes, bei der mit der Ausführungsform nach Fig. 2 übereinstimmende Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, ist der Auslaß S der Steuerzelle 13 mit einer Eingangsöffnung 51 eines mit einer verformbaren Membran 53 versehenen Ventils 52 verbunden. Dieses Ventil umfaßt eine Ausgangsöffnung 54, die normalerweise mit der Einlaßöffnung in Verbindung steht und durch die Membran 53 abgedeckt werden kann. Die Auslaßöffnung 54 ist über eine einstellbare Drosselstelle 27 mit einem Speicher 25 mit veränderbarem Volumen verbunden. Das Ventil 52 umfaßt außerdem eine Steueröffnung 55, die mit dem Auslaß der Verstärkerzelle 14 verbunden ist.

Der Auslaß S der Steuerzelle 13 und die Steueröffnung C der Verstärkerzelle 14 sind, wie es auch bei der Schaltungsan-

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Ordnung nach Fig. 2 der Fall ist, mit dem im Volumen veränderbaren Speicher 25 verbunden,und zwar unter Zwischenschaltung eines Ventils 29 und einer einstellbaren Drosselstelle 28. Das Ventil 29 besitzt eine Membran 29a, die das Ventil in zwei Kammern unterteilt, nämlich eine obere Kammer 29b, die mit den Zellen 13 und 14 verbunden ist, sowie eine untere Kammer 29c, die eine zentrale Öffnung 29d aufweist, die mit der Drosselstelle 28 verbunden ist und durch die Membran 29a abgedeckt werden kann, sowie eine seitliche Öffnung 29e, die nach außen führt.

Die Funktionsweise des in Fig. 4 gezeigten Steuerkreises für ein pneumatisches Atemgerät ist wie folgt: Soblad am Auslaß S der Steuerzelle 13 ein Druck auftritt, der das Schließen der Verstärkerzelle 14 verursacht, füllt sich der Speicher 25 progressiv über das Ventil 52, weil die Membran 53 die Öffnung 54 nicht abdeckt, da am Auslaß S der Verstärkerzelle 14 kein Druck vorhanden ist. Wenn der Wert p₂ des Steuerdruckes mit der maximalen Kippschwelle für die Öffnung übereinstimmt, kippt die Verstärkerzelle 14 in den geöffneten Zustand, während die Steuerzelle 13 den geöffneten Zustand erreicht, was den Beginn der Einblas- bzw. Einatmungsphase darstellt. Der am Auslaß S vorhandene Druck der Verstärkungszelle wird dann in das Ventil 52 übertragen, wo er auf die Membran 53 einwirkt, die die öffnung 54 verschließt. Der Speicher 25 entleert sich dann über die einstellbare Drosselstelle 28 und das Ventil 29, das dann geöffnet ist, weil am Auslaß S der Steterzelle 13 kein D_ruck vorhanden ist. Wenn der Wert des Druckes im Speicher 25, d. h. am Steuereinlaß C der Steuer-

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zelle 13 unter den Wert p„ absinkt, der der Kippschwelle vom geschlossenen zum geöffneten Zustand entspricht, kippt die alle 13 in den geöffneten Zustand und es tritt am Auslaß S ein Druck auf, um von Neuem das Auffüllen des variablen Speichers 25 zu veranlassen und das Ventil 29 zu schließen, was das Öffnen der Verstärkerzelle 14 bewirkt. Der Zyklus beginnt dann wie vorher.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der Auslaß S der Steuerzelle 13 mit einer Öffnung 61 eines Ventils 62 verbunden, das eine verformbare Membran 63 aufweist. Diese Öffnung 61 steht normalerweise mit einer anderen Auslaßöffnung 64 in Verbindung, die durch die verformbare Membran abgedeckt werden kann und die mit einem Speicher 25 mit veränderbarem Volumen über eine einstellbare Drosselstelle 27 verbunden ist, wobei die beiden Öffnungen 61 und 64 auf der selben Seite der Membran 63 angeordnet sind. Auf der anderen Seite der Membran 63 befindet sich eine Kammer, die mit der Atmosphäre über eine Entleerungsöffnung 65 in Verbindung steht und über eine Öffnung 66, die durch die Membran 63 abdeckbar ist, un deine einstellbare Drosselstelle 28 mit dem Speicher 25 mit veränderbarem Volumen verbunden ist. Federn 69 sind bestrebt, die Membran 63 auf die Öffnung 64 zu drücken.

Die Anordnung nach Fig. 5 wirkt wie folgt:

Sobald am Auslaß S der Steuerzelle 13 ein Druck vorhanden ist, d. h. wenn die Verstärkerzelle 14 während des Ausatmungsvorgangs geschlossen ist, wird die Membran 63 gegen die Wirkung der Federn 69 zurückgedrückt und der Speicher25 mit veränderbarem Volumen füllt sich über die öffnung 64 und die einstellbare Drossel-

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stelle 27. Die zurückgedrückte Membran 63 verdeckt dann die Öffnung.66 und verhindert, daß sich der Speicher 25 in die Atmosphäre über die Entleerungsöffnung 65 entleeren kann.

Wenn dagegen der Druck am Auslaß S der Steuerzelle 13 verschwindet, d. h. während des Einblas- bzw. EinatmungsVorganges, drücken die Federn 69 die Membran 63 gegen die Öffnung 64 und verschließen diese, so daß sich der Speicher 25 über die einstellbare Drosselstelle 28 und die Öffnungen 66 und 65 entleeren kann.

- Ansprüche -

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Claims (9)

1. - 20 - 1677-78

   Ansprüche ;

   Logische, pneumatische Zelle mit der Funktion NEIN, insbesondere für pneumatische Atemgeräte, mit einem Gehäuse, in dem vier Öffnungen ausgebildet sind, und zwar ein Einlaß, ein Auslaß und eine Entleerungsöffnung, die alle drei in eine Einlaßkammer münden, in der sich ein beweglicher Ventilkörper befindet, der geeignet ist, mit zwei einander gegenüberliegenden Ventilsitzen zusammenzuwirken, deren einer dem Auslaß und deren anderer der Entleerungsöffnung zugeordnet ist, sowie eine vierte Öffnung als Steueröffnung, die mit einer Steuerkammer in Verbindung steht, in der sich ein durch Druck verformbares Element befindet, das mit einem Betätigungsglied verbunden ist, das zur Einwirkung auf den Ventilkörper geeignet ist, um diesen von dem der Entleerungsöffnung zugeordneten Ventilsitz abzuheben und auf den dem Einlaß zugeordneten Ventilsitz zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Einlaß zugeordnete Sitz (5) einen kleineren Querschnitt besitzt, als der der Entleerungsöffnung zugeordnete Sitz (6), und daß der bewegliche Ventilkörper zwei Abschnitte aufweist, die quer zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers unterschiedliche Abmessungen besitzen, nämlich einen ersten Abschnitt (3) mit kleiner Querabmessung und dazu bestimmt, mit dem dem Einlaß zugeordneten Sitz (5) zusammenzuwirken, und einen zweiten Abschnitt (4) mit großer Querabmessung und dazu bestimmt, mit dem der Entleerungsöffnung zugeordneten Sitz (6) zusammenzuwirken.

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2. 2. Logische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper aus zwei frei in der Einlaßkammer angeordneten Kugeln besteht, nämlaih einer Kugel (3) mit kleinem Durchmesser, die dem dem Einlaß zugeordneten Sitz (5) zugeordnet ist, und einer Kugel (4) mit großem Durchmesser, die dem der Entleerungsöffnung zugeordnetem Sitz (6) zugeordnet ist und die derart angeordnet ist, daß sie der Einwirkung des mit dem verformbaren Element (11) verbundenen Betätigungsgliedes (9) ausgesetzt ist.
3. 3. Zelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, als Bestandteil eine ^Atemgerätes mit konstanter aber regelbarer Frequenz und zwei verschiedenen Kippschwellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zellen jeweils zu einem Atemgerät zusammengefaßt sind, daß die erste Zelle (13) die Hauptzelle und die zweite Zelle (14) die Verstärkerzelle bildet, daß beide Zellen mit ihrem Einlaß (E) mit dem Auslaß eines Druckminderventils (15) verbunden sind, an das eine Druckgasquelle (16) angeschlossen ist, daß der Auslaß (S) der Hauptzelle (13) direkt mit der Steueröffnung (C) der Verstärkerzelle ( 14) verbunden ist, deren Auslaß (S) unter Zwischenfügung eines Ausatmung sventi Is (19) an eine Atemmaske (18) angeschlossen ist und daß der Auslaß (S) der als Steuerzelle dienenden Hauptzelle (13) mit deren Steueröffnung (C) über einen pneumatischen Zeitgeberkreis (24) verbunden ist.
4. 4. Zelle nach Anspruch 3 als Bestandteil eines pneumatischen Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeberkreis (24) einen Speicher (25) mit veränderbarem

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   Volumen umfaßt, der einerseits direkt mit der Steueröffnung (C) der Hauptzelle (13) und andererseits mit dem Auslaß (S) dieser Zelle über eine einstellbare Drosselstelle (27) verbunden ist.
5. 5. Zelle nach Anspruch 4 als Bestandteil eines pneumatischen Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeberkreis (24) einen in Reihe angeordneten Kreis aus einer zweiten einstellbaren Drosselstelle (28) und einem Ventil (29) umfaßt, wobei dieser in Reihe angeordnete Kreis als Nebenschluß parallel zur einstellbaren Drosselstelle (£7) angeordnet ist und wobei das Ventil (29) eine durch eine Membran abgegrenzte Steuerkammer aufweist, die mit dem Auslaß (S) der Hauptzelle (13) verbunden ist.
6. 6. Zelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5 als Bestandteil eines Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß (E) der Hauptzelle (B) und dem Auslaß des Druckminderventils (15) ein Rückschlagventil (17) angeordnet ist.
7. 7. Zellen nach einem der Ansprüche 3 bis 6 als Bestandteil eines Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trigger oder pneumatisches Steuerventil (31) vorgesehen ist, das ein Gehäuse 02) besitzt, in dem eine verformbare Membran (33) angeordnet ist, die eine untere Kammer (34) und eine obere Kammer (35) voneinander trennt, wobei die obere Kammer über eine Öffnung 06) mit einer Leitung (37) verbunden ist, die an ein Atemventil (19) angeschlossen ist, und daß

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   die untere Kammer mit der Atmosphäre durch eine Öffnung (40) und über eine Kammer (43) in Verbindung steht, in der ein fliegend angeordneter Ventilkörper &4) zwischen einer mit dem Auslaß (S) der Hauptzelle (13) und der Steueröffnung (C) der Verstärkerzelle (14) in Verbindung stehenden Speiseöffnung (45) und andererseits einer Auslaßöffnung (46) beweglich ist, die mit dem Speicher (25) mit veränderbarem Volumen des Zeitgeberkreises (24) verbunden ist, wobei der Trigger außerdem auf der einen und der anderen Seite der Membran (33) einen Stößel (47) und ein elastisches Vorspannelement (39) aufweist, die auf die Membran (33) einzuwirken geeignet sind undzueinander in axialer vertikaler Richtung ausgerichtet sind, jedoch etwas aus der rechtwinklig zur Membran (33) verlaufenden Symmetrieachse (x-y) versetzt sind, wobei der Stößel (47) direkt zwischen der unteren horizontalen Oberfläche der Membran (33) und der oberen horizontalen Stirnfläche des fliegend angeordneten Ventilkörpers (44) angeordnet ist.
8. 8. Zellen nach einem der Ansprüche 3 und 4 als Bestandteil eines Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Auslaß <$) der Haupt- bzw. Steuerzelle (13) und der einstellbaren Drosselstelle (27) vor dem Speicher (25) mit einstellbarem Volumen ein Ventil (52) mit verformbarer Membran (53) angeordnet ist, von dem eine Einlaßöffnung (51) mit dem Auslaß (S) der Hauptzelle (13) verbunden ist und von dem eine Auslaßöffnung (54) normalerweise mit der Einlaßöffnung (51) verbunden und durch die Membran (53) abdeckbar ist , sowie über die einstellbare Drosselstelle (27) mit dem Speicher (25)

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   mit veränderbarem Volumen verbunden ist, und daß eine Steueröffnung (55) des Ventils (52) mit dem Auslaß (S) der Verstärkerze He (14) verbunden ist.
9. 9. Zellen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, als Bestandteil eines pneumatischen Atemgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (62) mit einer verformbaren Membran (63) zwischen dem Auslaß (S) der Hauptzelle (13) und dem Speicher (25) mit veränderbarem Volumen angeordnet ist, daß eine Öffnung (61) des Ventils (62) mit dem Auslaß (S) der Hauptzelle (13) verbunden ist und normalerweise mit einer Auslaßöffnung (64) in Verbindung steht, die an den Speicher (25) über eine einstellbare Drosselstelle (27) angeschlossen ist, daß ein elastisches Organ (69) in der Kammer auf der anderen Seite der Membran (63) angeordnet ist, das bestrebt ist, die Membran (63) auf die Öffnung (64) zu drücken, und daß die Kammer mit der Atmosphäre über eine Entleerung sÖffnung (65) in Verbindung steht und über eine Öffnung (66) und eine einstellbare Drosselstelle (68) mit dem Speicher (25) mit veränderbarem Volumen verbunden ist.

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