DE4040793A1 - Elektronisch geregelter lungenautomat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch geregelten Lungen­ automaten für die Verwendung in Druckgasatemgeräten (auch im Überdruckbetrieb).

Elektrisch schaltbare Ventile sind hinreichend bekannt. Sie sind durch ein elektrisches Signal ansteuerbar und werden zumeist durch Elektromotoren oder -magneten betätigt, erfordern also ein je nach Ventilparametern entsprechend hohes Maß an Stellenergie.

Im Gegensatz zu rein mechanisch betätigten Ventilen sind mit ihnen in Abhängigkeit von Schließkräften, Schließwegen und Größen der bewegten Massen ziemlich hohe Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeiten zu erzielen.

Unter einem Servoventil versteht man ein über ein Hilfsventil angesteuertes Hauptventil, wobei aufgrund der inneren Ver­ stärkung (Servoprinzip) die dafür notwendige Stellenergie äußerst gering und unabhängig von der Auslegung des Haupt­ ventils ist.

Dieses Prinzip findet zunehmend Eingang in die Atemtechnik, da sich praktisch hohe Luftlieferleistungen bei geringsten Atemwiderständen erreichen lassen.

Problematisch bei diesen für, die Atemtechnik konstruierten Servoventilen ist es, Ventilschwingungen zu vermeiden bzw. einzuschränken und eine entsprechende Ansprechgeschwindigkeit zu gewährleisten. Die Ansprechgeschwindigkeit beeinflußt maßgeblich die Fähigkeit des Lungenautomaten, Einatemspitzen - besonders in Extremsituationen - abzufangen.

Die Erfindung zielt darauf, unter Anwendung des Servoprinzips einen Lungenautomaten zu schaffen, der bei einfacherem mechanischen Aufbau bezüglich Atemwiderständen und Ansprech­ geschwindigkeit eine Verbesserung des bekannten Standes der Technik darstellt.

Das wird dadurch erreicht, daß das Hilfsventil eines ent­ sprechenden Servoventils elektrisch angesteuert und elektro­ magnetisch oder mittels eines piezoelektrischen Stell­ elementes betätigt wird.

Im Aufbau und in der Wirkungsweise entspricht der erfindungs­ gemäße Lungenautomat nahezu den herkömmlichen Lösungen nach dem Servoprinzip. Der entscheidende Unterschied besteht darin, daß die mechanische Baugruppe Atemmembran/mechanisch betätigtes Hilfsventil ersetzt wird durch die weniger träge elektromechanische Baugruppe Drucksensor/elektronischer Regler/elektromechanisch betätigtes Hilfsventil. D.h. der Weg von der Regelabweichung (Druckschwankung im Atemdruck­ raum) zur Stellgröße (Betätigung des Hilfsventils) führt nicht mehr über Atemmembran und einen vermittelnden Mechanismus zum Hilfsventil, sondern über den Drucksensor und den elektronischen Regler direkt zum elektromechanischen Hilfsventil.

Gibt es im Atemdruckraum eine Abweichung vom Sollwert (z. B. Umgebungsdruck oder darüber - Überdruckbetrieb -), so wandelt der Drucksensor diese in ein elektrisches Signal, dieses wird vom elektronischen Regler (analog oder digital) verarbeitet, wobei dieser dann das Hilfsventil entsprechend ansteuert.

Die Verwendung eines solchen Lungenautomaten bei konstantem Umgebungsdruck erfordert lediglich einen (Absolut-) Druck­ sensor; für den Betrieb in wechselndem Umgebungsdruck sind entweder mindestens ein Differenzdrucksensor oder mindestens zwei Absolutdrucksensoren notwendig.

Die für das Zuschalten des Überdruckbetriebes vorhandene mechanische Stelleinheit entfällt, statt dessen kann der Überdruckbetrieb über den elektronischen Regler per Hand oder automatisch geschaltet werden.

Beispiel

Auf der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Blockschalt­ bild und

Fig. 2 einen Gestaltungsvorschlag des erfindungsge­ mäßen Lungenautomaten.

Bei diesem ist der Steuerraum StR im Zwischendruckraum ZDR, in welchem über dem Zwischendruckanschluß 6 der vom Druck­ minderer aufrechterhaltene Zwischendruck pz anliegt, ange­ ordnet. Der Steuerraum StR wird von der Membran 1, die auf der Lochscheibe 3 sitzt und der Membranhalterung 2 gebildet und ist über die Dosierbohrung 9 ständig mit dem Zwischendruckraum ZDR verbunden. In der axialen Verlänger­ ung der Membranhalterung 2 findet sich das Hilfsventil 4 das im geöffneten Zustand den Steuerraum StR über die Meßkammer 12 und die Ausgleichsbohrung 13 mit dem Atem­ druckraum ADR verbindet. Es wird über den Elektromagneten 5 vom Elektronikbaustein 10, der die Signale des Druck­ sensors 7 verarbeitet, angesteuert. Bei am Zwischendruck­ anschluß 6 anliegendem Zwischendruck pz und geschlossenem Hilfsventil 4 baut sich im Steuerraum StR Zwischendruck pz auf und die Membran 1 wird auf die Bohrungen der Loch­ scheibe 3 gepreßt und verschließt sie damit. Der Luftstrom zum Gerätenutzer ist gesperrt.

In der Einatemphase registriert der Elektronikbaustein 10 mit Hilfe des Drucksensors 7 in der über Ausgleichsbohrung­ en 13 mit dem Atemdruckraum ADR verbundenen Meßkammer 12 Druckabfall und öffnet mittels des Elektromagneten 5 das Hilfsventil 4 Das hat einen Druckabfall im Steuerraum StR zur Folge, die Membran 1 wird von der Lochscheibe 3 gehoben und der Luftstrom kann über den Atemanschluß 8 zum Nutzer strömen. Durch den bei der Ausatmung im Atemdruckraum ADR und damit auch in der Meßkammer 12 entstehenden Überdruck, schließt der elektronische Regler 10 das Hilfsventil 4 wieder und der Luftstrom wird gesperrt.

Für den Überdruckbetrieb wird lediglich der Sollwert des elektronischen Reglers 10 entsprechend verstellt. Hier ist auch eine solche Regelung möglich, die die Höhe des Überdrucks anforderungsgemäß (z. B. je nach Intensität der Ein­ atemspitzen) regelt.

Die notwendige Energieversorgung stellt insofern kein Problem dar, als aufgrund des angewandten Servoprinzips für die Be­ tätigung des Hilfsventils (Durchströmquerschnitt 0.1 . . . 0.2 mm) nur eine sehr geringe Stellenergie erforderlich ist.

Verwendete Abkürzungen und Bezugszeichen:

pa Atemdruck
pz Zwischendruck
ADR Atemdruckraum
StR Steuerraum
ZDR Zwischendruckraum
 1 Membran
 2 Membranhalterung
 3 Lochscheibe
 4 Hilfsventil
 5 Elektromagnet
 6 Zwischendruckanschluß
 7 Drucksensor
 8 Atemanschluß
 9 Dosierbohrung
10 Elektronikbaustein/elektronischer Regler
11 (evtl. externe) Stromversorgung
12 Meßkammer
13 Ausgleichsbohrung

Claims (4)

1. Elektronisch geregelter Lungenautomat für Druckgasatem­ geräte, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Servoventil aufweist, dessen Hilfsventil (4) über einen elektro­ nischen Regler (10) angesteuert und elektromechanisch betätigt wird, wobei dafür dem elektronischen Regler (10) von einem Drucksensor (7) entsprechende Signale zugehen.

2. Elektronisch geregelter Lungenautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regelung analog oder digital erfolgt.

3. Elektronisch geregelter Lungenautomat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (4) elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigt wird.

4. Elektronisch geregelter Lungenautomat nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler (10) mit einem oder mehreren Absolutdrucksensoren und/oder einem oder mehreren Differenzdrucksensoren arbeitet.