DE2715003B2 - Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten - Google Patents

Description

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

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

Es ist ein Druckentlastungsveniil im Zusammenhang mit tragbaren Beatmungs- oder Gaszufuhranlagen bekannt. \^:.s besitzt in einem Gehäuse eine Ventilkammer, die über eine Einlaßöffnung mit dem Beatmungsgerät und über Auslaßöffnungen in ι der Atmosphäre verbunden ist, (n der Ventilkammer enthalt es ein Ventilschließglied, das diese gegenöber dem Atemgerät abschließt. Das Ventilschließglied wird durch ein Rückstellorgan, z. B, einen Magneten, auf der Auslaßöff-ϊ nung gehalten. Es hebt sich erst nach dem Oberschreiten eines bestimmten Atemgasdruckes von dem Ventilsitz an der Einlaßöffnung ab und gibt damit die Verbindung zwischen dem Beatmungsgerät und der Atmosphäre frei. Um sicherzustellen, daß die den Überdruck

in auslösende Atemgasmenge auch wirklich in die Atmosphäre abfließt, ist das Ventilschließglied mit einer Verzögerungseinrichtung versehen. Diese besteht aus einem Balg, dessen eines Ende mit dem Ventilschließglied verschlossen ist und dessen anderes Ende offen an

π eine mit einer Öffnung versehene Zwischenwand an eine zweite Kammer angeschlossen ist Auf dieser Öffnung wiederum befindet sich abhebbar und automatisch rückstellbar eine mit einer kleineren Öffnung versehene Platte. Die zweite Kammer ist durch

>ii Öffnungen mit der Atmosphäre verbunden. Das Druckentlasiungsventii tritt in Funktion, wenn in dem Beatmungsgerät der vorgesehene Druck überschritten wird. Die Haltekraft des Rückstellorgans reicht dann nicht mehr, so daß das Ventilschließglied sich von der

2'· Einlaßöffnung löst, wobei der Balg zusammengedrückt wird Dies ist nach schnellem Ausblasen der Balginnenluft durch die nach Abheben der Platte zur zweiten Kammer hin große Öffnung leicht möglich. Nach dem Zusammendrücken des Balges geht die Platte wieder in

«ι ihre Ausgangsstelh'ng zurück. Die Zuluft zum Balg, die notwendig ist, um ihn sich wieder ausdehnen zu lassen und um dann das Ventilschließglied wieder auf seinen Ventilsitz zu bringen, kann nun nur durch die kleine Öffnung in der Platte einströmen. Das endgültige

r» Verschließen erfolgt damit erst nach einer Verzögerung. Die kleine Öffnung ist so dimensioniert, daß in der Zeit bis zur endgültigen Ausdehnung des Balges die überdosierte Atemgasmenge abströmen kann.

Dieses bekannte DruckenilastUiigsventil soll die

ι» Abslrömung des Atemgases durch eine indirekte Maßnahme, nämlich durch die Verzögerung, sicherstellen. Es kann dabei auf die wirkliche Atemgasmenge keine Rücksicht nehmen. Eine individuelle, für empfindliche Personen notwendige Anpassung ist nicht möglich

v, (DE-PS 14 91 737).

Ein anderes bekanntes Beatmungs- oder Narkosebealmungsgerät mit einem pulsierenden Druck erzeugenden Druckerzeuger besitzt in den beiden Leilungszweigen zwischen dem Druckerzeuger und dem Anschlußteil

vi zum Anschluß an die Lungen eines Patienten jeweils ein Rückschlagventil, von denen das erste nur einen Durchtritt des Atemgases zum Anschlußteil und das zweite nur einen Durchtritt zurück zum Druckerzeuger gestattet. An die Leitung vom Druckerzeuger zum

v· ersten Rückschlagventil ist ein Flüssigkeitssiphon angeschlossen, der als Sicherheitsventil wirkt. Mit ihm soll ein Ansteigen des Atemgasdruckes, bedingt durch eine Überdosierung oder auch eine mögliche Blockierung des Gasstromes auf der Auslaßseite über einen

" vorbestimmten Wert hinaus verhindert werden. Ein kurzzeitiges Überschreiten des Atemgasdruckes kann jedoch manchmal unter besonderen Voraussetzungen erwünscht sein. Dies bekannte Beatmungs- und Narkosegerät löst die Aufgabe, nach der ein kurz/.eili-

'> ges Andauern eines bestimmten Überdruckes zugelassen, ein schädliches langandaticnides Aufrechterhalten jedoch verhindert ist. Dazu ist ein zusätzliches Sicherheitsventil vorgesehen. Das übliche Sicherhcits-

ventil kann aber auch auf einen größeren Überdruck eingestellt werden, welcher auch kurzzeitig nicht überschritten werden darf; es öffnet sofort Das zusätzliche Sicherheitsventil ist dann niedriger eingestellt und öffnet verzögert Das zusätzliche Sicherheitsventil besitzt in einer Kammer eine vom Druck in der Ausatemleitung beaufschlagte Druckmembran, mit der über zentrale Schäfte ein Membranventil gesteuert wird. Die Druckmembran läßt sich bei Oberdruck nur gegen eine Druckfeder bewegen und das Membranventil nur gegen eine Druckfeder öffnen. Bei einem unerwünschten Überdruck in der Ausatemleitung wird nach entsprechender Bewegung der Druckmembran das Membranventil geöffnet. Damit kann Atemluft nach außen abblasen. Durch entsprechend dimensionierte Durchströmungsöffnungen für die abströmende Atemluft erfolgt dann ein verzögerter Druckabbau. Mit einem Druckgleichgewicht zwischen dem Druck in der Ausatemleitung und der Druckfedern an den Membranen schließt das Membranventil wieder. Sicherheitsventile in der Bauart als Flüssigkeitssiphon verlangen für eine sichere Funktion eine laufende Überwachung ihres Flüssigkeitsstandes, sie müssen waagerecht ausgerichtet sein. Für transportable Geräte sind flüssigkeitsgefüllte Bauelemente besonders umständlich. Es darf auch nicht außer acht gelassen werden, daß Flüssigkeiten Nährboden für Bakterien sein können. Durch die Druckfedern an den Membranen werden Atemgasmenge und Druck in der Atemgasleitung voneinander abhängig. Es kann auf die wirkliche Atemgasmenge keine Rücksicht genommen werden (DE-PS 14 91 698).

Eine bekannte Gasmengen-Dosiereinrichtung für Beatmungsgeräte besitzt einen starren Behälter, dessen Innenraum durch eine bewegliche Trennwand in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt wird. Die erste Kammer steht mit einer Beatmungsleitung zum Atemtrakt des Patienten und mit einer Beatmungsgasquelle in Verbindung, die einen konstanten Strom des Beatmungsgases abgibt. Die zweite Kammer wird vom Beatmungsgerät her periodisch mit einem Treibgasstrom gefüllt und wieder entlastet. Dadurch wird das in der ersten Kammer angesammelte Beatmungsgas in die Beatmungsleitung und zum Atemtrakt des Patienten gedrückt. Die Beatmungsleitung ist mit einem Überdruckventil verschen, das auf den Reatmungsspitzendruck eingestellt ist. Für längere Zeiträume darf dieser Druck nicht erreicht werden. Deshalb ist als Sicherung gegen Fehlfunkiion eine weitere Ventileinrichtung mit der ersten Kammer verbunden, die vom Druck des Bcatmungsgases in der ersten Kammer und dem Druck des Treibgases in der zweiten Kammer derart beaufschlagt ist, daß das Be.itmungsgas aus der ersten Kammer wenigstens zum Teil entweichen kann, wenn der Druck im Batmungsgas den Druck im Treibgas um einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Sicherung soll bei einem fehlerhaften Ausbleiben des Treibgases wirksam werden und dann verhindern, daß bei gefüllter erster Kammer und weiterem konstanten Zustrom des Beatmungsgases ein unzulässiger Druck in der Bealmungsleilung entsieht.- Nachteilig ist, daß der Sichcrhcitsdruck im Beatmungsgas auf den wechselnden Treibgasdruck bezogen im und damit keinen bestimmten Wert besitzt, sondern in einem weiteren Bereich schwanken kann. Im Falle eines fehlerhaften ständigen Wcilcrslrömens des Treibgases, das mit seinem Druck immerhin auch den Bca'mungsspitzcndruck hervorruft, erfolgt eine Entlastung dos ßeatmungsgases durch die weitere Ventileinrichtung erst bei einem noch höheren

Druck, so daß für diesen Fall die angestrebte Sicherheitswirkung verfehlt wird (DE-OS 25 IO 841).

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

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

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

In Ausbildung der Erfindung besitzt die Ventilmembran einen in den Ventilsitz hineinragenden Strömungskörper, der in weiterer Ausbildung ein Rotationsparaboloid sein kann. Mit dieser Lösung wird die gewünschte Abführung einer größeren Atemgasmenge ohne Druckerhöhung im System unterstützt. Die beim Abheben der Ventilmembran in Abhängigkeit vom abfallenden Druck in der Schließdruckkammer freiwerdende Ventilöffnung in axialer Richtung wird durch die parabolische Form des Strömungskörpers auch zur Breite hin größer. Diese gewählte Ausführung ist besonders günstig.

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

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

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

Fig. I die schematische Anordnung des Druckbegrenzungsvenlils in einem Beatmungsgerät.

Fig. 2 das Druckbegrenzungsventil mit getrennt zugeführtem I lilfsgasstrom,

F i g. J das Druckbegrenzungsventil mit Entnahme des I lilfsgassiromes ais der Aicmgasführung.

In F i g. I pumpt die Balgpumpe 1 im durch die Steuerung 2 über Magnetventil 3, Injektor 4 und Flow-Einstclknrrichtung 5 bestimmten Rhythmus ein Atemgas gemiil.t der durch den Mischer 6 vorgegebenen

Zusammensetzung iliiidi ein Baktericnfilicr 7 in die Lunge 8 des Patienten. Während der Inspiratinnsphase ist das Magnetventil 3 geöffnet. Der am Ausgang des Injektors 4 erzeugte Druck schließt dabei die Membran ventile 9 und 10. die während der Exspirationsphasc wegen des geschlossenen Magnetventils 3 und des dadurch am Ausgang des Injektors 4 nicht mehr vorhandenen Druckes geöffnet sind. Dann kann das Atemgas aus der Lunge 8 über das Membranventil 10 entweichen. Gleichzeitig füllt sich die Balgpumpe I, angetrieben durch das Eigengewicht des Inspirationsbalges 11, mit frischem Atemgas aus dem Bakterienfilter 7 und Mischer 6, wobei die im Gehäuse der Balgpumpe 1 vorhandene Luft über ein Rückschlagventil 12 aus dem geöffneten Membranventil 9 entweicht.

Das Druckbegrenzungsventil 13 als Gegenstand der Erfindung enthält in dem Gehäuse 45 voneinander ffptrpnnl Hip Vpntillfammpr Ift ur»n Hpr Hiirrh Hi<» ics der Drossel 24 zur Öffnung des Steuerventils 21, 22 ein. Durch das Abströmen des llilfsgases ims der Schlicßdruckkammer 37 bildet sich ein Gleichgewicht /wischen den Drücken über und unter der Vcntilmembran 23 aus. Das Ventil 23, 39 ist also entsprechend geöffnet. Änderungen dieses Gleichgewichts werden durch entsprechende Reaktion des .Steuerventils 21, 22 ausgeglichen, so daß der Druck des Atemgases entsprechend der Empfindlichkeit der Einrichtung konstant bleibt.

Um sicherzustellen, daß bei dem Aiisführungsbeispiel gemäß Fig. I auch zu Beginn der Inspiration kein Atemgas über das Ventil 23,39 entweicht, wurden in die Zuleitung zur Drossel 24 ein Rückflußverhinderer 25 und ein Druckspeicher 26 eingeschaltet, wobei der Druckspeicher 26 in seinem Volumen so bemessen ist. daß der Druck über der Ventilmembran 23 bis zum

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

Der maximale Druck in der Einatemgasführung wird durch das Druckbegrenzungsventil 13 bestimmt. Dieser Druck wird durch Verändern der Vorspannkraft der Feder 14 mittels Spindel 15 und Mutter 16 stufenlos auf die gewünschten Werte eingestellt: dabei wird der eingestellte Wert durch einen an der Spindel 15 befestigten Zeiger 17 auf einer Skala angezeigt. Der Anschlag 18 begrenzt den Drehbereich des Zeigers 17 auf knapp 360°. Solange der Beatmungsdruck, der über die Leitung 19 in der Steuerdruckkammer 38 auf die Steuermembran 20 für das Steuerventil 21, 22 einwirkt, die Vorspannkraft der Feder 14 nicht überwindet, hält der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 verschlossen. Der Druck der Ventilmembran 23 auf den Ventilsitz 39 bleibt erhalten und damit das Ventil 23, 39 geschlossen. Erreicht oder übersteigt der Beatmungsdruck die Vorspannkraft der Feder 14. so gibt der Steuerventilkegel 21 die Ventilöffnung 22 mehr oder weniger frei. Der Druck auf die Ventilmembran 23 stellt sich dann entsprechend dem Verhältnis des Querschnithohen Wert gehalten wird. Die Drossel 24 kann auch, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, direkt über geeignete Druckreduziereinrichtungen, wie Druckminderer 27 und/oder Kaskade, bestehend aus den Drosseln 28 und 29, aus dem Druckluftnezt versorgt werden.

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

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der zur Betätigung des Druckbegrenzungsventil 13 erforderliche Hilfsgassirom über die Bohrung 31 dem in der Einlaßöffnung 32 anstehenden Atemgas entnommen. Der Querschnitt der Bohrung 33 entspricht der Drossel 24, so daß nich über der Ventilmembran 23 in Abhängigkeit von der öffnung des Steuerventils 21, 22 ein der jeweiligen Öffnung des Ventils 23, 39 entsprechender Druck aufbaut. Um sicherzustellen, daß das Ventil 23,39 auch zu Beginn der Inspiration über die Dichtung 34 geschlossen ist, ist die Ventilmembran 23 mit einer der Deckwand 40 anliegenden Druckfeder 35 belastet. Die Vorspannkraft ist so bemessen, daß der notwendige öffnungsdruck des Ventils 23,39 kleiner ist als der kleinste mittels Spindel 15 einstellbare Atemgasdruck.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   U Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in Beatmungsgeräten mit einer Ventilkammer, die über eine Einlaßöffnung mit dem Beatmungsgerät und über Auslaßöffnungen mit der Atmosphäre verbunden ist, mit einem Ventilschließglied, das eine Membran ist, welche von einem Steuerglied aus betätigt wird, das eine durch eine Feder vorgespannte Steuermembran aufweist, die mit ihrer einen Seite eine Steuerdruckkammer, die mit Atemgasdruck beaufschlagt ist, und mit ihrer anderen Seite eine zur Atmosphäre offene Abströmkammer abschließt, und das sich bei einem bestimmten Druck von seinem Ventilsitz an der Einlaßöffnung abhebt und damit das Beatmungsgerät mit der Atmosphäre verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ventilmembran (23) die Ventilkammer(36) von einer Schließdruckkammer (37), der über eine Drossel (24, 33) ein Himgasstrom zugeführt wird, abgeteilt ist, deren Deck wand (40) ein Steuerventil (21,22) zu der mit einer Atmosphärenöffnung (41) versehenen Abströmkammer (42) enthält und daß der durch diese hindurchgeführte Stößel (43) des axial beweglichen Steuerventilkegels (21) bis zu der Steuermembran (20) geleitet iji.
2. 2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmembran (23) einen in den Ventilsitz (39) hineinragenden Strömungskörper (30) besitzt.
3. 3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jier Strömungskörper (30) eine Rotationsparaboloid ist.
4. 4. Druckbegrenzungsventil iv?ch einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (24) in einer Hilfsgaszuführleitung (44) angeordnet ist.
5. 5. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel durch eine Bohrung (33) im Strömungskörper (30) gebildet ist.
6. 6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ventilmembran (23) und der Deckwand (40) eine Druckfeder (35) angeordnet ist.