WO2020233889A1 - Valve arrangement for a ventilation device - Google Patents

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WO2020233889A1
WO2020233889A1 PCT/EP2020/059857 EP2020059857W WO2020233889A1 WO 2020233889 A1 WO2020233889 A1 WO 2020233889A1 EP 2020059857 W EP2020059857 W EP 2020059857W WO 2020233889 A1 WO2020233889 A1 WO 2020233889A1
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WO
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valve
control
pressure
gas
inspiration
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Application number
PCT/EP2020/059857
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Ullrich Hansmann
Original Assignee
Drägerwerk AG & Co. KGaA
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    • A61M2205/0294—Piezoelectric materials

Definitions

  • the present invention relates to a valve arrangement for a dosing device or a ventilation device, a dosing device, a ventilation device, a method for operating a dosing device or a ventilation device, and a method for providing electrical control signals for operating a dosing device or a ventilation device.
  • the ventilator can be designed as a ventilator for adult patients or children, as an emergency ventilator for use in rescue or rescue operations on land, at sea or in the air, or as a special, so-called neonatal ventilator for ventilating newborns.
  • Devices for ventilating a patient are known from the prior art.
  • the aforementioned ventilators, emergency ventilators, neonatal ventilators enable patients to be mechanically - mandatory or
  • Ventilators are preferably on
  • Carbon dioxide is reduced or restricted by the patient's own breathing activity.
  • Ventilation devices for performing mechanical ventilation according to the prior art are described in US Pat. No. 2,904,035, US Pat. No. 5,400,777, US Pat. No. 5,937,853, WO 2007/085110 A1.
  • Ventilation device used actuators in particular the valve arrangements and / or valves arranged therein, the flow directions between inhalation phase (inspiration) and exhalation phase (expiration) can be switched with the least possible delay.
  • Piezo actuators configured as piezo valves for example configured on the basis of piezo bending beam elements, are suitable for this purpose.
  • EP 0 943 353 A2 shows, for example, a method for operating a ventilator and a device for ventilation, wherein piezo technology is used as a proportional valve.
  • No. 5,314,118 shows a piezo-controlled nozzle resistor for pilot control of servo valves.
  • US 6,173,744 shows a piezoelectric valve.
  • the piezoelectric valve consists of a one-piece housing with a piezoelectric
  • Another object of the present invention is to provide a metering device.
  • Another object of the present invention is to specify a ventilation device with a metering device.
  • Another object of the present invention is to
  • Another object of the present invention is to
  • Another object of the present invention is to provide a
  • the task of providing a ventilation device is achieved with a
  • Ventilation device with the features of claim 13.
  • the object of providing a method for operating a metering device or ventilation device is achieved by a method for operating a metering device or ventilation device
  • the described embodiments and their features and advantages of the method for operating a dosing device or ventilation device or the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device can be transferred to the embodiments of the devices, that is to say the valve arrangements, dosing devices and ventilation devices, as well as the described embodiments of the devices (valve assemblies, dosing devices and ventilation devices) to the method for operating a Dosing device or ventilation device or the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device can be transmitted.
  • the methods can also be provided as a computer program or a computer program product, so that the scope of protection of the present application is also intended to extend to the computer program product and the computer program.
  • the valve arrangement has a control unit, a metering valve, a first control valve, a second control valve, and a first
  • Control gas inlet a second control gas inlet, formed with a first gas inlet and a second gas inlet.
  • the metering valve has a control gas line, a valve seat and a
  • Valve disc open The valve seat usually receives the valve disc over a large area, so that when the valve disc rests flat on the valve seat, the metering valve then has the operating state “Closed”.
  • the term “valve crater” is often used instead of the term “valve seat”.
  • the first control gas inlet is provided for a supply of a first one
  • the first pressure level can preferably be provided by a first pressure supply unit.
  • the second control gas inlet is designed to feed a provided second pressure level to the second control valve.
  • a pressure level can in particular also be provided that is essentially identical to a pressure level of the ambient air.
  • the second pressure level can alternatively or preferably from a second
  • Pressure supply unit are provided.
  • the first and second pressure supply units are, in particular, electrically driven ventilation fans or blowers, so-called blowers, which can be used, for example, as radial fans, radial compressors (blower, fan, compressor).
  • pressurized gas cylinders can be used as the first and second pressure supply unit.
  • the first pressure level is greater than the second pressure level.
  • the valve arrangement is designed as a so-called pneumatic half-bridge (H-Bridge) and has the following gas-carrying connections between the control valves, the control gas inlets and the control gas line, as well as with the
  • Valve disc and the metering valve with valve disc and valve seat.
  • the first control valve is arranged at the first control gas inlet.
  • the first control valve and the first control gas inlet are connected to one another to carry gas.
  • the second control valve is arranged at the second control gas inlet.
  • the second control valve and the second control gas inlet are connected to one another to carry gas.
  • the control gas line is connected to the first control valve and the second control valve in a gas-carrying manner.
  • connection designed as a gas path or gas path between the first gas inlet and the second gas inlet, wherein the metering valve is designed as an adjustable element and is provided to adjust and control gas quantities flowing through this gas path or gas path.
  • the first or the second pressure level can be fed to the valve disk by means of the control gas line.
  • the first control valve and the second control valve have piezoelectric elements. These piezoelectric elements can be activated by means of electrical excitation. The activation causes the first or the second pressure level to be supplied to the valve disk by means of the control gas line. Changes in the pneumatic state on the valve disc can be set by means of the pressure levels. Depending on whether the second or the first pressure level is supplied to the valve disk, the valve disk is pressed against the valve seat or moved in the direction of the valve seat, or the valve disk is at a distance from the valve seat. Depending on the state of the two control valves, there are different pneumatic states on the valve disc.
  • pneumatic states vary from a completely closed state (CLOSED) when the second pressure level is supplied to a completely open state (OPEN) when the first pressure level is supplied.
  • CLOSED completely closed state
  • OPEN completely open state
  • the position of the valve disc relative to the valve seat can be varied essentially proportionally to the pneumatic state resulting from the two pressure levels on the valve disc.
  • Any resulting pneumatic states between the first and second pressure levels can be set on the valve disc, which enables proportional dosing through the dosing valve.
  • the resulting pneumatic states or changes in the state of the valve disc and valve seat then result in pressures, pressure ratios (inspiratory pressure, expiratory pressure, airway pressures) and their changes, as well as flow rates (inspiratory flow, expiratory flow) and changes due to the pressures, pressure ratios and their changes these flow rates.
  • the control unit is designed to activate the control valves by means of electrical control signals assigned to the piezoelectric elements.
  • the control unit controls the electrical control signals in such a way that, by means of the piezoelectric elements in the control gas line, the first pressure level is given as a first pressure situation or the second pressure level is given as a second pressure situation.
  • the valve disk is arranged in cooperation with the valve seat in the metering valve in such a way as to be movable in relation to the valve seat depending on the existence of the first or second pressure situation, in order to enable a flow of a gas quantity between the first gas inlet and the second gas inlet.
  • valve disk In a state of the first pressure situation, the valve disk is moved away from the valve crater, so that the amount of gas flowing between the first gas inlet and the second gas inlet is enabled or increased. In a state of the second pressure situation, the valve disc is moved towards the valve crater so that the amount of gas flowing between the first gas inlet and the second gas inlet is reduced or blocked.
  • the control unit is equipped with functions for data processing, functions for the coordination of data volumes, as well as for the coordination of data calculations and function and calculation processes, which are for example in the form of source code in a higher programming language (C, Java, Algol, Fortran) or a machine language (assembler ) are present in a data memory (RAM, ROM, EEPROM) or storage medium (hard disk, USB stick) assigned to the control unit, designed to put the present invention into practice with activation of the piezoelectric elements by means of assigned electrical control signals.
  • a higher programming language C, Java, Algol, Fortran
  • assembler machine language
  • RAM random access memory
  • ROM read only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • storage medium hard disk, USB stick
  • the control unit has elements for data processing, calculation and sequence control, such as microcontrollers (pC), microprocessors (mR), signal processors (DSP), logic modules (FPGA, PLD), Memory modules (ROM, RAM, SD-RAM) and combinations thereof, for example in the form of an "embedded system".
  • microcontrollers pC
  • microprocessors mR
  • signal processors DSP
  • logic modules FPGA, PLD
  • Memory modules ROM, RAM, SD-RAM
  • the first pressure level is in the range of up to 2000 hPa above the
  • the second pressure level is in the area around the respective location-dependent ambient pressure of -40 hPa to 40 hPa.
  • the first pressure level provided is defined as a pressure in a range above ambient pressure from +0.5 hPa to +200 hPa, preferably in a range from +5 hPa to +100 hPa.
  • the second pressure level provided is a pressure in a range around ambient pressure from -40 hPa to +0.5 hPa,
  • the definitions of the first and also of the second pressure level relate to a typical ambient pressure.
  • the first and second pressure levels are to be interpreted as overpressure levels above the typical ambient air pressure range of 900 hPa to 1150 hPa, or the typical air pressure of the ambient air at 20 ° C at sea level of 1013 hPa.
  • a pressure sensor P3 is used to detect a third pressure level in or on the control gas line
  • the pressure sensor P3 is used to record a pressure measurement value in the control gas line, on the bellows element or on the valve disc and to one
  • valve arrangement there is at least one further pressure sensor Pi or P2 for detecting the first and / or second pressure level in or at the first control gas inlet and / or the second
  • Control gas inlet arranged.
  • the at least one further pressure sensor Pi or P2 is designed to detect a pressure measurement value in the first control gas inlet and / or the second control gas inlet and to provide the pressure measurement value to the control unit.
  • a metering device in the form of an inspiration valve is formed with two valve arrangements.
  • the metering device is designed with a valve arrangement with two control valves each.
  • a Breathing gas line provided for a gas-carrying connection with a living being.
  • the two control valves are arranged and connected to the breathing gas line in a gas-carrying manner in such a way that an inspiration valve is formed and provided with them.
  • the inspiration valve is designed for a metered supply of flow rates of breathing gases to a living being.
  • the breathing gas line is connected to the second gas inlet in a gas-carrying manner, so that it can be used with this metering device in the form of a
  • Inspiration valve is made possible, gas quantities provided at the first gas access via the inspiration valve as a metering valve by means of the second gas access and the
  • Breathing gas line can be arranged directly on the living being's mouth / nose area or by means of an inspiratory breathing hose approx.
  • a metering device in the form of an expiration valve is formed with two valve arrangements.
  • the metering device is designed with a valve arrangement with two control valves each.
  • Breathing gas line provided for a gas-carrying connection with a living being.
  • the two control valves are arranged and connected to the breathing gas line in a gas-carrying manner in such a way that an expiration valve is formed and provided with them.
  • the exhalation valve is used for a metered continuation of flow rates
  • Breathing gases are formed away from the living being.
  • the breathing gas line is connected to the first gas inlet in a gas-carrying manner, so that this metering device in the form of an expiration valve enables the living being provided by means of the first gas inlet and the breathing gas line, i.e. to forward exhaled gas quantities via the expiration valve as a metering valve and the second gas inlet.
  • This exhalation valve often also called exhalation valve, can be an essential element of the dosing device - with a very short one
  • the inspiration tube and expiration tube are often used as parts of the
  • Breathing gas line connected to one another on the patient side to form a hose system by means of a connecting element, the so-called Y-piece.
  • the living being is then contacted with the aid of a
  • Endotracheal tube Endotracheal tube, a breathing mask (nasal mask) or a tracheostoma
  • At least one of the control valves is designed as a control valve which is in an open state (N.O.) without electrical activation.
  • Valves that are in the open state without electrical or other (pneumatic, hydraulic) activation are referred to as so-called "Normally Open” (N.O.) valves.
  • At least one of the control valves is designed as a control valve, which is without an electrical
  • Activation is in a closed state (N.C.).
  • Valves which are in the closed state without electrical or other (pneumatic, hydraulic) activation are called "Normally Closed” (N.C.) valves.
  • the first control valve is in an open state (N.O.) without electrical activation
  • the second control valve is in a closed state (N.C.) without electrical activation.
  • Control valves an exhalation valve The first control valve is in a closed state (N.C.) without electrical activation, the second control valve is in an open state (N.O.) without electrical activation.
  • these two valve types can be used for configurations of metering valves in the metering device. Especially when it is to be ensured, for example in the event of a power failure, the metering valves in a safe
  • the control valve that is connected to the first gas inlet and the first control gas inlet i.e. the first control valve of the dosing device
  • the control valve which is connected to the second first control gas inlet, i.e. the second control valve of the metering device is designed as a "normally closed” (N.C.) valve.
  • the first pressure level is also given on the back of the valve disk, i.e. a pressure level which is equal to or greater than the ambient pressure so that the valve disk rests on the valve seat and thus a gas flow from the first gas inlet via the metering device and the second gas inlet and the breathing gas line to the living being is not possible.
  • the second control valve in a situation of a power failure, the second control valve must be in a state that no pressure equalization in the form of a gas flow from the first pressure level to the second pressure level is possible so that no pressure loss occurs on the valve disc.
  • the second control valve of the metering device is designed as a valve of the "normally closed” (NC) type, so even in the event of a signal failure or failure of the supply of the piezoelectric elements (voltage failure, power failure), the valve disc is only connected to applied to the first pressure level and reliably closes the inspiration valve. In this way, even in the event of a power failure of the electrical activation of the control valves, it can be ensured that no gas quantities from the first gas access via the
  • Dosing device as an inspiration valve can reach the living being through the second gas inlet by means of the breathing gas line.
  • control valve that is connected to the first control gas inlet, i.e. the first control valve of the metering device, is designed as a "normally closed” (NC) valve that control valve which is with the second control gas inlet is connected, so the second control valve of the
  • Dosing device designed as a valve from the "Normally Open” (N.O.). In this way it is ensured that the valve disc also has the second
  • Pressure level is given, i.e. a pressure level which is equal to or lower than the ambient pressure so that the valve disc does not rest on the valve seat and thus a gas flow from the living being is possible by means of the breathing gas line via the metering device and the first gas access to the second gas access. This means that even if the activation of the piezoelectric elements fails, the living being
  • exhaled gas quantities are relieved through the second gas inlet to the second pressure level, which for example and advantageously corresponds to the level of the ambient pressure.
  • Gas delivery unit suction blower
  • a practical implementation of such a safety circuit is, for example, such that the energy supply of the gas delivery unit (sucking blower) that generates the negative pressure is identical to the energy supply of the control valves, so that if the control valves fail, the idle states described above ensure a safe state for the patient, ie there is no delivery of quantities of inspiratory breathing gas to the patient.
  • the one that creates oppression is, for example, such that the energy supply of the gas delivery unit (sucking blower) that generates the negative pressure is identical to the energy supply of the control valves, so that if the control valves fail, the idle states described above ensure a safe state for the patient, ie there is no delivery of quantities of inspiratory breathing gas to the patient.
  • the gas delivery unit is thus stress-free and does not generate any negative pressure compared to the ambient pressure.
  • the gas delivery unit generating the negative pressure is also designed in such a way that expiratory gases can be breathed freely even when the blower is at a standstill, and the patient can thus exhale against the ambient pressure.
  • An alternative variant can be implemented by an additionally arranged safety valve arrangement, which on the one hand reduces the negative pressure generated by the second control valve of the expiratory valve if the power supply fails decouple and on the other hand enable the path of the patient's exhaled gases to the environment.
  • At least one further pressure sensor Pi, P 2 is used to detect a pressure on the first one
  • Control gas inlet and / or arranged at the second control gas inlet are Control gas inlet and / or arranged at the second control gas inlet.
  • the at least one further pressure sensor Pi, P 2 is used to detect a
  • Control unit trained.
  • two metering devices form a ventilation device.
  • One of the metering devices is designed as an inspiration valve and one of the metering devices is designed as an expiration valve.
  • Gas delivery unit for delivering flow rates of breathing gases by means of the breathing gas line to the living being in or on the ventilation device.
  • electrically driven units are used as the gas delivery unit
  • Ventilation fans or blowers which are designed, for example, as radial blowers, radial compressors (blowers, fans, compressors), can be considered.
  • pressurized gas cylinders or pressurized oxygen cylinders come as
  • Exhalation valve then pressure levels and flow rates, which are suitable for ventilation of the living being, generated and provided.
  • the breathing gas line has an end on the device side with an end on the device side
  • a connection with the living being then takes place via the line end of the breathing gas line on the patient side.
  • the end of the breathing gas line on the patient side often ends in a connecting element, the so-called Y-piece.
  • a breathing mask (nasal mask) or a tracheostoma (Tracheal cannula) the gas-carrying connection is established on the mouth / nose area or on the trachea of the living being.
  • the dosing device designed as an inspiration valve is designed such that a
  • Gas delivery unit is given, so that the first pressure level is provided by the gas delivery unit.
  • the gas delivery unit thus serves both for delivery and
  • the ambient pressure PAMB is used as the second pressure level
  • this embodiment enables the ventilation device to be implemented without the need for a further additional pressure supply unit.
  • the ventilation pressure PAW provided also serves as a control pressure Pi, P2 at the control valves for operating the metering valve with movement of the valve disc in relation to the valve seat of the inspiration valve and expiration valve.
  • an endotracheal tube, a tracheal cannula or a tracheostoma can be connected to the patient-side connection element.
  • a breathing mask can be connected to the connecting element on the patient side.
  • At least one first pressure sensor P c is arranged to detect a pressure in or on the breathing gas line.
  • the at least first pressure sensor P c is designed to detect a pressure measurement value, the so-called airway pressure PAW, in the breathing gas line and to provide the pressure measurement value PAW in the breathing gas line to the control unit. The acquisition of the pressure measured value PAW in the
  • Breathing gas line offers several advantages to the operation of the ventilator.
  • control unit can check the operating and / or switching status of the ventilation device on the basis of the measured pressure values Pc, PAW.
  • the control unit can also use the control lines on the basis of the pressure measured value PAW to select and control the control valves to be controlled in such a way that the flow rates can flow between the valve seat and the valve disc to the extent at the inspiration valve and expiration valve, so that the pressure PAW in the breathing gas line can be regulated Living beings can take place.
  • the regulation can make it possible to use the difference between a desired airway pressure (setpoint value) or course of the airway pressure (setpoint course, ventilation pattern, ventilation mode) and the recorded one
  • Pressure measured value PAW actual value
  • Airway pressure or the course of the airway pressure on the living being is continuously readjusted and set.
  • the control unit can also provide the airway pressure PAW for output on a display unit, in order in this way to give the user feedback with regard to the operating state affecting the living being.
  • At least one further pressure sensor PA, PB ZU is used to detect a pressure in or on at least one of the two metering devices
  • Control gas lines arranged.
  • the at least one pressure sensor PA, PB is designed to detect at least one pressure measurement value PA, PB on at least one of the control gas lines and to provide the at least one pressure measurement value to the control unit.
  • the acquisition of the measured pressure values PA, PB on at least one of the control gas lines offers several advantages for the operation of the ventilation device.
  • the control unit can check the operating and / or switching status of the control valves on the basis of the measured pressure values PA, PB and thus the functionality of the effect of the means of the
  • Control lines to the control valves record and monitor control values as a pneumatic effect on the valve disc of the inspiration valve and / or expiration valve. This is particularly advantageous when carrying out commissioning or self-tests, for example to check the electrical / pneumatic signal transmission.
  • control unit provides electrical control signals for the
  • Control valves of the inspiration valve ready that the first pressure situation is given for a state of inspiration on the valve disc.
  • the control unit provides the electrical control signals for the control valves of the expiration valve in such a way that the second pressure situation exists for a state of inspiration at the valve disc.
  • the control unit provides electrical control signals for the Control valves of the inspiration valve ready that the second pressure situation is given for a state of expiration on the valve disc.
  • the control unit provides the electrical control signals for the control valves of the expiratory valve in such a way that the first pressure situation is given for a state of inspiration at the valve disc.
  • Expiratory pause a set with target pressure situations with maximum values, minimum values or typical pressure profiles on the valve discs of the inspiration valve and expiration valve.
  • Control unit by means of a sequence control with the course of the ventilation
  • PEEP positive end expiratory pressure
  • corresponding electrical control signals are provided by the control unit for the control valves of the inspiration valve and the expiration valve in such a way that ventilation is enabled.
  • electrical control signals are to be understood as signals which directly or indirectly cause changes in the state of the piezoelectric elements.
  • the electrical control signals for actuating the control valves of the According to the embodiments of the method, the inspiration valve and the expiration valve are preferably provided by the control unit.
  • tables 1a, 1b and tables 2a, 2b show an exemplary and advantageous arrangement of two, each associated with two metering valves
  • Inspiration phases (Table 1a, Table 1b) and expiration phases (Table 2a, Table 2b), which can be implemented by a ventilation device.
  • FIG. 1 According to preferred embodiments, FIG. 1
  • Ventilation device selected an arrangement
  • this exemplary arrangement results in a “Normally Closed” (N.C.) functionality for the inspiration valve and a “Normally Open” (N.O.) functionality for the expiration valve.
  • N.C. Normally Closed
  • N.O. Normally Open
  • This exemplary arrangement has the advantage that if the electrical control of the control valves fails, quantities of breathing gas are not continuously conveyed to the patient and, moreover, the patient is able to exhale at any time if the electrical control of the control valves fails.
  • PV e Pressure level at the output of the control valve arrangement of the expiratory valve
  • the control valves in the arrangement are preferably operated in such a way that the control valves are, as it were, controlled continuously in a clocked manner.
  • This offers several advantages, on the one hand the advantage that there is a continuous flow rate from the first (upper) pressure level, which is preferably provided by the gas delivery unit, to the second (lower) pressure level, which is mostly based on ambient pressure or, in an optional embodiment, also a pressure difference of a few mBar, for example in a range from -20 hPa to 0 hPa in relation to the ambient pressure, there is a flow.
  • the entire gas-carrying system with the inspiration and expiration valve is continuously flushed with fresh gas, so that changes in the gas concentration, for example by adding variable amounts of oxygen to the gas delivery unit, take effect on the patient without any significant delay becomes.
  • Another advantage results for the control and in particular for a regulation of the piezoelectric elements, the piezoelectric elements are at one working point, so to speak, during clocked operation; even slight deviations in the deflection cause a variation in the cross flow and thus the patient's inspiration sequence and
  • piezoelectric elements can be taken into account. It results for the control of the ventilation due to the cross flow and the almost from to moving masses freely possible deflections of the piezoelectric elements, i.e. very fast response times in the range of 0.2 milliseconds to 2 milliseconds.
  • valve disc and valve seat are very seldom moved to the “fully open” and “fully closed” end positions against the pressure provided by the gas delivery unit.
  • the valves are controlled by means of open-loop and closed-loop control, taking pressure measurements into account
  • PV_i pressure level at the output control valve arrangement, inspiration valve
  • PV_e pressure level at the output of the control valve arrangement of the expiratory valve
  • control unit for a state of inspiration with the aid of the control signals at the control valves
  • Valve arrangement which forms an inspiration valve, acts a second pressure level, the first pressure level being greater than the second pressure level.
  • pressure situations on the valve disks with associated pressure levels within preferred ranges of pressure levels according to Tables 1a, 1b are provided by the control unit for a state of inspiration by activating electrical control signals.
  • Control signals a pressure level in a range from -5 hPa to 5 hPa in relation to the ambient pressure as control pressure on the valve disc of the inspiration valve in
  • Ventilation pressure between 5 and 100 hPa above ambient pressure.
  • a combination of pressure levels is set for a state of expiration with the aid of the control signals on the control valves, that via the control gas line on the valve disk of the valve arrangement, which forms an inspiration valve, a first pressure level is given and that a second pressure level acts via the control gas line on the valve disk of the valve arrangement, which forms an expiration valve, the first pressure level being greater than the second pressure level.
  • a method for operating a dosing device or ventilation device provides the following pressure situations on the valve disks with associated pressure levels within preferred ranges of pressure levels according to Tables 2a, 2b by activating electrical control signals by the control unit for a state of expiration.
  • Control signals a pressure level in a range from 5 hPa to 100 hPa
  • the pressure level acting on the valve disk of the expiratory valve can also be below -5 hPa, for example -20 hPa in relation to
  • Ambient pressure can be selected so that a negative expiratory pressure can also be set briefly as the ventilation pressure effective on the patient during the expiration phase.
  • FIGS. 1, 2, 3, 4a, 4b, 5a, 5b are schematic representations of FIG
  • FIG. 1 1 an alternative embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a valve arrangement 11.
  • Metering valve with a valve housing 10 has a valve disk 3 and a valve seat 4 in the interior.
  • the valve disc 3 is controlled via a control gas line 5, which is coupled to the valve disc 3 by means of a bellows element 5 '. This brings about a movement 9 of the valve disk 3 towards the valve seat 4 or away from the valve seat 4.
  • the movement 9 is pressure-controlled.
  • the metering valve 10 releases or blocks an air flow from a first gas inlet 6 to a second gas inlet 7.
  • the pressure-controlled control of the metering valve 10 is carried out by an arrangement of two control valves 21, 22.
  • the first control valve 21 has a valve seat 1 and a valve seat Valve drive 2 open.
  • the second control valve 22 has a valve seat 17 and a valve drive 18.
  • a control unit 12 is provided which, via control lines 19, 20, can execute an actuating movement A 21 on the first control valve 21 or an actuating movement B 22 ‘on the second control valve 22.
  • the first control valve 21 and the second control valve 22 are in a pneumatic series connection, in the form of a so-called pneumatic half-bridge (H-bridge, H-bridge) between a first control gas inlet 14 and a second
  • Control gas inlet 16 connected to one another so that the pressure control of the metering valve 10 takes place with a third pressure level P 3 in such a way that, depending on the opening or
  • the closed state of the first control valve 21 or of the second control valve 22 is either a first pressure level Pi 13 or a second pressure level P2 15 can be fed as a third pressure level P3 8 to the valve housing 10 or to the valve disc 3 of the metering valve.
  • control unit 12 can be activated or activated alternately.
  • Deactivating the first control line Ai 19 and the second control line Bi 20 move the valve disk 3 in the direction of the valve seat 4 or move the valve disk 3 away from the valve seat 4, so that either a flow of gas between the first gas inlet 6 and the second gas inlet 7 is enabled or Not.
  • a set, controlled and regulated opening and closing is thus possible with the metering valve 10. If an analog or clocked or modulated voltage control, for example as a pulse width modulation (PWM) of the first control line Ai 19 and second control line Bi 20, is used as the third pressure level P3 each
  • Pressure level between the second pressure level P and the first pressure level Pi can be adjusted almost proportionally. If a signal from a pressure sensor (not shown in this FIG. 1) for detecting the third pressure level P3 is fed back in a control loop with the voltage control, the metering valve 10 can be used as a pressure-controlled or pressure-controlled proportional valve.
  • FIG. 2 shows an arrangement similar to that previously described in FIG.
  • FIG. 2 shows a
  • first gas inlet with the first control gas inlet 14
  • first control gas inlet 14 Via a gas delivery unit 23, for example designed as a piston pump or a radial fan, ambient air 25 is fed to the first gas inlet and the first control valve 21 at the same time by means of the first control gas inlet 14 and a gas inlet 24 combined with the first gas inlet 6. In this way, ambient air 25 can flow from the first gas inlet 6 to the second gas inlet 7
  • the ambient air 25, conveyed by the gas delivery unit 23 - and brought to a pressure level Pi 13 with the delivery - can be supplied as control gas at the first control gas inlet 14 to the first control valve 21.
  • the second pressure level P is preferably at ambient pressure 25, so that the valve arrangement 11 'shown in this FIG
  • Arrangement for use as an inspiration valve for a respiratory device can serve, then in phases of exhalation - with the first closed
  • Control valve 21 - the valve disk 3 of the inspiration valve is relieved to ambient pressure as pressure level P. If P is less than the negative pressure
  • Figures 3, 4A, 4B, 5A, 5B show embodiments and implementation variants of the valve arrangements 11, 11 'shown in Figure 1 and Figure 2.
  • the same elements in Figures 1 and 2 and in Figures 3, 4A, 4B, 5A, 5B are in Figures 1, 2, 3, 4A,
  • FIG. 3 shows a combination of a valve arrangement 11 according to FIG. 1 with a valve arrangement 11 ′ according to FIG. This combination forms a dosing device 27 close to the patient.
  • FIG. 4A shows the near-patient dosing device 27 according to FIG. 3 as part of a ventilation device 27 'in an operating state in which the valve arrangements 11, 1 T are set up in such a way that a patient 30, to whom breathing gases are supplied by means of this arrangement 27', receives a Inspiration is possible.
  • FIG. 4B also shows the near-patient dosing device 27 according to FIG. 3 as part of a ventilation device 27 ′′ in an operating state in which the patient 30 is enabled to expire (exhalation) by the near-patient ventilation device 27 ′′ and correspondingly set up valve arrangements 11, 1T.
  • valve seat 1 and valve drive 2 are shown as elements acting with one another and with one another.
  • the valve drive 2 can be moved up to the valve seat 1 or removed from the valve seat 1 by means of control lines 19, 19 ", 20, 20".
  • control valve 21, 22 FIG. 1.
  • both supply gas for the patient 30 and gas for controlling the valve arrangements 11, 1 T i.e. a certain level of a pre-pressure Pi 13 ( Figure 2) provided.
  • control unit 12 can control the valve arrangements 11, 1T in such a way that an operating state of inspiration, as shown in FIG. 4A, or an operating state of exploration, as in the figure 4B is enabled.
  • the valve arrangement 11 ‘is close to the patient
  • the inspiratory gas mixture 31 is supplied to the patient 30 via a connection piece 35, for example via an endotracheal tube 39, or via a breathing mask 39 ′, or the expiratory breathing gas mixture 33 is continued from the patient 30.
  • the valve drives 2, 18 controlled and set by means of the control unit 12 and the control lines 19, 19', 20, 20 'in relation to the respective valve seats 1, 17 each cause movements of the
  • valve disk 3 in relation to the respective valve seat 4 of the valve arrangement 11, 11 ‘.
  • the bellows elements 5 ' make it possible in the valve arrangements 11, 11' to compensate for the movements of the valve disks 3.
  • FIGS. 3, 4A, 4B the
  • Valve arrangements 11, 11 'each have measuring points for pressure levels 8, 41 and 8, 42 shown. These measuring points are intended to make it clear that, due to the movement of the valve drives 2, 2 ‘or 18, 18 ′, pressure levels are present on the valve disks 3, which effect the position of the valve disks 3 relative to the valve seats 4. In addition, there is a further measuring point for detecting the pressure level 43 in FIGS. 3, 4A, 4B on the connecting element (Y-piece) 26 between the inspiration and
  • Expiratory gas duct 31, 33 of the hose system 37 is provided.
  • This pressure level 43 corresponds to the airway pressure P a , which is supplied to the patient 30 as the inspiratory pressure level with the inspiratory breathing gas 31, or the pressure level 43 which is present during the exhalation of the patient 30 up to the level of the so-called positive end-expiratory pressure (PEEP) .
  • PEEP positive end-expiratory pressure
  • a pressure sensor Pc is advantageously provided, which is designed to detect the airway pressure and make it available to the control unit 12 for controlling and / or regulating the ventilation.
  • Ventilation device 27, 27 ‘, 27" in each case for which situations, i.e. Lead the inspiration phase and expiration phase.
  • the valve drives 2, 2 ‘, or
  • FIGS. 4A and 4B enable the basic understanding of how inspiration and expiration are possible with the ventilation device 27, 27 ', 27''close to the patient.
  • FIGS. 4A and 4B show the static states of the valve drives 2, 2 ', 18, 18' in relation to the valve seats 1, T, 17, 17 '. If the ventilation is controlled or regulated by a control unit 12, for example to carry out pressure-controlled ventilation, the valve drives 2, 2 'or 18, 18' are controlled in such a way that corresponding pressure levels 8, 41, 8, 42 the
  • FIGS. 3, 4A, 4B the ventilation devices 27, 27, 27 ′′ close to the patient were described and implemented with the valve arrangements 11, 11 arranged therein.
  • FIG. 5A shows a ventilation device 27 close to the patient, in which the states of the valve arrangements 11, 11 in cooperation with the control unit 12, with control lines 19, 19 20, 20, 20 and pressure measuring lines 40 are sketched schematically.
  • FIG. 5B serves to understand the functionalities according to FIG. 5A.
  • FIG. 5B shows in a tabular form, as in the ventilation device 27 close to the patient according to FIG. 5A, different pneumatic states on the valve disks 3 (FIGS. 3,
  • a control valve A1, B1, A2, B2 (FIG. 5a) results in a control and / or regulation
  • FIGS. 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b show, in schematic representations, various valve arrangements with piezo bending bars or piezo actuators in different operating states.
  • the piezo bending beam as a piezo actuator serves as a control element for a control valve.
  • the control valve enables a controlled inflow or a controlled outflow of breathing gases to a patient.
  • Embodiments of the valve arrangement 11, 11 ' are shown schematically.
  • FIGS. 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A, 5B and in FIGS. 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A and 10B are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 6 an excerpt from the
  • This excerpt shows the first and the second control valve 21, 21 ‘, 22, 22‘ schematically.
  • a valve drive 2, which can be moved onto a valve seat 1, is shown.
  • the valve seat 1 is arranged in a flow arrangement 28 (pipeline, pipeline section, pipeline element, hose line) in such a way that flows 28 ‘or 28 ′′ can be enabled or blocked by a movement of the valve drive.
  • FIG. 7 shows a basic embodiment of FIG. 6 with a valve drive 2, which is designed as a bending beam element 49.
  • a control voltage Ux 47 is used to deflect the bending beam 49 as a deflection 200 in the direction of the valve seat 1. Without being triggered by the control voltage Ux 47
  • FIGS. 9A and 9B Operating states with the control voltage Ux47 are shown schematically in more detail in FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a control valve 21, 21, 22, 22 'for a valve arrangement 11, 11', which is closed in a non-activated state.
  • a control valve 21, 21, 22, 22 ' for a valve arrangement 11, 11', which is closed in a non-activated state.
  • Such a valve is usually referred to as a “normally closed” valve.
  • a control voltage U Y 47 is used to deflect a
  • Control voltage U Y 47 the control valve 21, 21 ', 22, 22' has the state of a closed valve.
  • a control voltage U Y 47 By applying a control voltage U Y 47, a deflection 200 of the bending beam 49 against the spring element 51 and the abutment 55 is brought about.
  • valve seat 1 Such a valve is also referred to as a so-called “normally closed” valve. If a control voltage U Y 47 is not applied, such a valve (NC, Normally Closed) is in the closed state.
  • NC Normally Closed
  • FIGS. 9A, 9B and 10A and 10B show how deflections 200, 200 'are caused by the control voltage Uxi, Ux2, U YI , U Y 2 47.
  • Supporting elements or support structures 50 are shown, which enable the basic arrangement of the bending beams 49 with valve seat 1 and valve drive 2 for the design of control valves 21, 2T, 22, 22 'in valve arrangements 11, 1T.
  • These support structures 50 are only shown schematically in order to be able to explain the mode of operation of the bending beams 47 and their deflections 200, 200 '.
  • Such support structures include housing parts, gas routing elements and also sealing elements which are in these Figures are all uniformly provided with the reference number 50, without going into the individual functions of this support structure or structural elements in detail.
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIGS. 6, 7, 8.
  • FIGS. 6, 7, 8, 11 are denoted by the same reference numbers in FIGS. 6, 7, 8, 11, respectively.
  • a piezo actuator 54 is used which, with the aid of a support 52 and a lever element 53, enables a deflection 200 ′′ acting against a spring element 51 with an abutment 55.
  • a gap between the valve seat 1 and valve drive 2 is enlarged or reduced by the design 200 ′′, so that through the flow arrangement 28 flows 28, 28 ′′ can then take place.
  • This embodiment 21 ′′, 22 ′′ represents a variant of the control valves previously shown in FIGS. 6, 7, 8.
  • Gas routing elements are shown schematically in order to show the basic mode of operation of the control valves 21 ", 22".
  • FIGS. 12 and 13 based on FIGS. 6, 7, 8, more concrete forms
  • Embodiments of valve arrangements 11, 11 'with bending beams 47 are shown, as shown as control valves 21, 22 in FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13 are denoted by the same reference numerals in FIGS. 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13, respectively.
  • FIG. 12 shows valve arrangements 11, 11 ', which can be used as an inspiration valve or expiration valve for a ventilation device 27, 27', 27 ''.
  • the arrangement 11, 11 ‘pressure levels are set via the control gas inlets 14, 16
  • Valve seat 4 ( Figure 1, Figure 2) causes a gas flow between the first
  • Gas access 6 ( Figure 1, Figure 2) and second gas access 7 ( Figure 1, Figure 2) enabled, partially enabled or prevented.
  • FIG. 13 shows a valve arrangement 11 ′′ with a binary mode of operation.
  • a valve arrangement 11 ′′ can also be used as an inspiration valve or as a
  • Expiration valve for a ventilation device 27, 27 ‘, 27“ can be used.
  • valve arrangement 11 with the control gas inlets 13, 14 and the selection of the corresponding pressure levels (P1> P2) designed such that an inspiration valve with a rest state on the
  • Valve disk 3 "Normally Closed” is formed.
  • one of the bending beam elements 49 is arranged in a normally open configuration, as shown in FIG.
  • Bending beam elements 49 are arranged in a normally closed configuration according to FIG. 8 at the top.
  • the control gas inputs 14, 16 are the
  • valve arrangement 11 ′′ with the pressure levels (P2> P1) is designed in such a way that an expiratory valve with a rest state is formed on the valve disk 3 “normally open”.
  • the variant shown in FIG. 12 enables the pressure level 8 with effect on the valve disk 3 (FIG. 1, FIG. 2) to be proportionally set via the two control voltages Ui, U2 47 and thus the degree of opening of the valve disk 3 (FIG. 1, FIG 2) to vary continuously between the states “completely open” and “completely closed” in relation to the valve seat 4 (FIG. 1, FIG. 2).
  • a binary switchover between exactly two states without intermediate states is made possible with a single control voltage. If with this variant a variation of valve disk 3 ( Figure 1, Figure 2) and
  • Valve seat 4 ( Figure 1, Figure 2) is to be adjustable for flowing gas quantities, the common control voltage Us, 47 can be modulated over time in order in this way to generate an average flowing gas quantity between valve disk 3 ( Figure 1, Figure 2) and valve seat 4 (Figure 1, Figure 2).
  • Such a modulation can take place, for example, by means of pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • a pressure-regulated proportional valve can be implemented with feedback of the pressure level 8 in a control circuit.

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Abstract

The invention relates to a valve arrangement (11, 11') for a ventilation device (27). According to the invention, control valves for supplying different pressure levels to a valve plate (3) are provided to pneumatically move said valve plate (3) in relation to a valve seat (4). The control valves (21, 22) have piezoelectric elements. A combination of control valves, valve plates (3) and valve seats (4) allows formation of an inhalation valve (11') and an exhalation valve (11) for a ventilation device (27).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Ventilanordnung für eine Beatmungsvorrichtung Valve arrangement for a ventilation device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Dosiervorrichtung oder eine Beatmungsvorrichtung, eine Dosiervorrichtung, eine Beatmungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung. The present invention relates to a valve arrangement for a dosing device or a ventilation device, a dosing device, a ventilation device, a method for operating a dosing device or a ventilation device, and a method for providing electrical control signals for operating a dosing device or a ventilation device.
Die Beatmungsvorrichtung kann als ein Beatmungsgerät für erwachsene Patienten oder Kinder, als ein Notfallbeatmungsgerät für eine Einsatzverwendung in Rettungs- oder Bergungseinsätzen zu Lande, zu Wasser oder in der Luft oder als ein besonderes, sogenanntes Neonatal-Beatmungsgerät zur Beatmung von Neugeborenen ausgebildet sein. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Beatmung eines Patienten bekannt. Die zuvor genannten Beatmungsgeräte, Notfallbeatmungsgeräte, Neonatal- Beatmungsgeräte ermöglichen es, Patienten maschinell - mandatorisch oder The ventilator can be designed as a ventilator for adult patients or children, as an emergency ventilator for use in rescue or rescue operations on land, at sea or in the air, or as a special, so-called neonatal ventilator for ventilating newborns. Devices for ventilating a patient are known from the prior art. The aforementioned ventilators, emergency ventilators, neonatal ventilators enable patients to be mechanically - mandatory or
unterstützend - zu beatmen. Beatmungsgeräte werden vorzugsweise auf supportive - to ventilate. Ventilators are preferably on
Intensivstationen zur Therapierung von Patienten eingesetzt, deren eigene Möglichkeiten zur Versorgung mit Atemluft und Sauerstoff, wie auch eines Abtransports von Intensive care units used for therapy of patients, their own possibilities for the supply of breathable air and oxygen, as well as a removal of
Kohlendioxid durch die eigene Atemaktivität des Patienten vermindert oder eingeschränkt ist. Carbon dioxide is reduced or restricted by the patient's own breathing activity.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Beatmungsgeräte zur Durchführung einer maschinellen Beatmung nach dem Stand der Technik sind in US 2,904,035, US 5,400,777, US 5,937,853, WO 2007/085110 A1 beschrieben. Ventilation devices for performing mechanical ventilation according to the prior art are described in US Pat. No. 2,904,035, US Pat. No. 5,400,777, US Pat. No. 5,937,853, WO 2007/085110 A1.
Für eine möglichst komfortable Steuerung von Durchflussmengen und zur einer For the most convenient control of flow rates and on the one hand
Ermöglichung schneller Druckwechsel ist es vorteilhaft, wenn mittels der in der To enable quick pressure changes, it is advantageous if, by means of the
Beatmungsvorrichtung verwendeten Aktuatoren, insbesondere der darin angeordneten Ventilanordnungen und/ oder Ventile die Durchflussrichtungen zwischen Einatemphase (Inspiration) und Ausatemphase (Exspiration) mit möglichst geringem Zeitverzug umschaltbar sind. Dazu sind Piezo- Aktuatoren, ausgestaltet als Piezoventile, beispielsweise ausgestaltet auf Basis von Piezobiegebalkenelementen geeignet. Die EP 0 943 353 A2 zeigt beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines Beatmungsgerätes und eine Vorrichtung zur Beatmung, wobei als ein Proportionalventil in Piezo-Technik eingesetzt wird. Die US 5,314,118 zeigt einen Piezo-gesteuerten Düsenwiderstand zur Pilot-Ansteuerung von Servo-Ventilen. Die US 6,173,744 zeigt ein piezoelektrisches Ventil. Das piezoelektrische Ventil besteht aus einem einstückigen Gehäuse mit einem piezoelektrischen Ventilation device used actuators, in particular the valve arrangements and / or valves arranged therein, the flow directions between inhalation phase (inspiration) and exhalation phase (expiration) can be switched with the least possible delay. Piezo actuators configured as piezo valves, for example configured on the basis of piezo bending beam elements, are suitable for this purpose. EP 0 943 353 A2 shows, for example, a method for operating a ventilator and a device for ventilation, wherein piezo technology is used as a proportional valve. No. 5,314,118 shows a piezo-controlled nozzle resistor for pilot control of servo valves. US 6,173,744 shows a piezoelectric valve. The piezoelectric valve consists of a one-piece housing with a piezoelectric
Biegeelement. Bending element.
AUSGABENSTELLUNG ISSUE POSITION
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung für eine It is the object of the present invention to provide a valve assembly for a
Beatmungsvorrichtung bereitzustellen. Provide ventilation device.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung anzugeben. Another object of the present invention is to provide a metering device.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beatmungsvorrichtung mit einer Dosiervorrichtung anzugeben. Another object of the present invention is to specify a ventilation device with a metering device.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Another object of the present invention is to
ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung anzugeben. specify a method for operating a metering device.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Another object of the present invention is to
ein Verfahren zum Betrieb einer Beatmungsvorrichtung anzugeben. specify a method for operating a ventilator.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Another object of the present invention is to provide a
Verfahren zu einer Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Method for providing control signals for operating a
Ventilanordnung, Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung anzugeben. Specify valve arrangement, metering device or ventilation device.
Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. The above objects and further objects are achieved with the features of the independent patent claims.
Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Ventilanordnung wird gelöst mit einer The object of providing a valve arrangement is achieved with a
Ventilanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Dosiervorrichtung wird gelöst mit einer Dosiervorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 6 und 7. Valve arrangement with the features of independent claim 1. The object of providing a metering device is achieved with a metering device having the features of patent claims 6 and 7.
Die Aufgabe zur Bereitstellung einer Beatmungsvorrichtung wird gelöst mit einer The task of providing a ventilation device is achieved with a
Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Ventilation device with the features of claim 13.
Die Aufgabe zur Bereitstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer The object of providing a method for operating a metering device or ventilation device is achieved by a method for operating a
Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 21 und 22. Dosing device or ventilation device with the features of claims 21 and 22.
Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben werden weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Ventilanordnung, Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 25 und 26. The above objects and further objects are also achieved by a method for providing control signals for operating a valve arrangement, metering device or ventilation device with the features of claims 25 and 26.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims and are explained in more detail in the description with partial reference to the figures.
Sämtliche der zu den Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungs vorrichtungen beschriebenen erzielbaren Vorteile sind in gleicher oder ähnlicher Weise mit dem Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, sowie mit dem Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung zu erzielen. All of the achievable advantages described for the valve arrangements, dosing devices and ventilation devices can be achieved in the same or similar manner with the method for operating a dosing device or ventilation device, as well as with the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device.
Selbstredend lassen sich auch sämtliche Vorteile des Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, wie auch des Verfahrens zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung auch mit Hilfe der beschriebenen Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen erzielen. Of course, all of the advantages of the method for operating a dosing device or ventilation device, as well as the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device, can also be achieved with the aid of the valve arrangements, dosing devices and ventilation devices described.
Weiterhin sind die beschriebenen Ausführungsformen und deren Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, bzw. des Verfahrens zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung auf die Ausführungsformen der Vorrichtungen, also die Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen übertragbar, wie auch die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen (Ventilanordnungen, Dosiervorrichtungen und Beatmungsvorrichtungen) auf das Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung, bzw. das Verfahren zur Bereitstellung von Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung oder einer Beatmungsvorrichtung übertragbar sind. Furthermore, the described embodiments and their features and advantages of the method for operating a dosing device or ventilation device or the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device can be transferred to the embodiments of the devices, that is to say the valve arrangements, dosing devices and ventilation devices, as well as the described embodiments of the devices (valve assemblies, dosing devices and ventilation devices) to the method for operating a Dosing device or ventilation device or the method for providing control signals for operating a dosing device or a ventilation device can be transmitted.
Des Weiteren können die Verfahren auch als ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, so dass sich der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung ebenfalls auf das Computerprogrammprodukt und das Computerprogramm erstrecken soll. Furthermore, the methods can also be provided as a computer program or a computer program product, so that the scope of protection of the present application is also intended to extend to the computer program product and the computer program.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß ist die Ventilanordnung mit einer Kontrolleinheit, mit einem Dosierventil, mit einem ersten Stellventil, einem zweiten Stellventil, mit einem ersten According to the invention, the valve arrangement has a control unit, a metering valve, a first control valve, a second control valve, and a first
Steuergaseingang, einem zweiten Steuergaseingang, mit einem ersten Gaszugang und einem zweiten Gaszugang ausgebildet. Control gas inlet, a second control gas inlet, formed with a first gas inlet and a second gas inlet.
Dabei weist das Dosierventil eine Steuergasleitung, einen Ventilsitz und eine The metering valve has a control gas line, a valve seat and a
Ventilscheibe auf. Der Ventilsitz nimmt die Ventilscheibe zumeist flächig auf, so dass, wenn die Ventilscheibe vollständig auf dem Ventilsitz flächig aufliegt, das Dosierventil dann den Betriebszustand„Geschlossen“ (Closed) aufweist. Vielfach wird anstatt des Begriffes„Ventilsitz“ auch der Begriff„Ventilkrater“ verwendet. Valve disc open. The valve seat usually receives the valve disc over a large area, so that when the valve disc rests flat on the valve seat, the metering valve then has the operating state “Closed”. The term “valve crater” is often used instead of the term “valve seat”.
Der erste Steuergaseingang ist zu einer Zuführung eines bereitgestellten ersten The first control gas inlet is provided for a supply of a first one
Druckniveaus zu dem ersten Stellventil ausgebildet ist. Das erste Druckniveau kann vorzugsweise von einer ersten Druckversorgungseinheit bereitgestellt werden. Pressure levels to the first control valve is formed. The first pressure level can preferably be provided by a first pressure supply unit.
Der zweite Steuergaseingang ist zu einer Zuführung eines bereitgestellten zweiten Druckniveaus hin zu dem zweiten Stellventil ausgebildet. The second control gas inlet is designed to feed a provided second pressure level to the second control valve.
Als zweites Druckniveau kann insbesondere auch ein Druckniveau bereitgestellt werden, dass im Wesentlichen mit einem Druckniveau der Umgebungsluft identisch ist. Das zweite Druckniveau kann alternativ oder vorzugsweise von einer zweiten As a second pressure level, a pressure level can in particular also be provided that is essentially identical to a pressure level of the ambient air. The second pressure level can alternatively or preferably from a second
Druckversorgungseinheit bereitgestellt werden. Pressure supply unit are provided.
Als erste und zweite Druckversorgungseinheit kommen insbesondere elektrisch angetriebene Beatmungsventilatoren oder Gebläse, sogenannte Blower, welche beispielsweise als Radialgebläse, Radialverdichter (Blower, Fan, Compressor) The first and second pressure supply units are, in particular, electrically driven ventilation fans or blowers, so-called blowers, which can be used, for example, as radial fans, radial compressors (blower, fan, compressor).
ausgebildet sind, in Betracht. Weiterhin kommen Druckgasflaschen als erste und zweite Druckversorgungseinheit in Betracht. are trained. Furthermore, pressurized gas cylinders can be used as the first and second pressure supply unit.
Das erste Druckniveau ist größer als das zweite Druckniveau ausgebildet. Die Ventilanordnung ist als eine sogenannte pneumatische Halbbrücke (H- Bridge) ausgestaltet und weist dazu die folgenden gasführenden Verbindungen zwischen den Stellventilen, den Steuergaseingängen und der Steuergasleitung, sowie mit der The first pressure level is greater than the second pressure level. The valve arrangement is designed as a so-called pneumatic half-bridge (H-Bridge) and has the following gas-carrying connections between the control valves, the control gas inlets and the control gas line, as well as with the
Ventilscheibe und dem Dosierventil mit Ventilscheibe und Ventilsitz auf. Valve disc and the metering valve with valve disc and valve seat.
Das erste Stellventil ist an dem ersten Steuergaseingang angeordnet. Das erste Stellventil und der erste Steuergaseingang sind gasführend miteinander verbunden. The first control valve is arranged at the first control gas inlet. The first control valve and the first control gas inlet are connected to one another to carry gas.
Das zweite Stellventil ist an dem zweiten Steuergaseingang angeordnet. Das zweite Stellventil und der zweite Steuergaseingang sind gasführend miteinander verbunden. The second control valve is arranged at the second control gas inlet. The second control valve and the second control gas inlet are connected to one another to carry gas.
Die Steuergasleitung ist mit dem ersten Stellventil und dem zweiten Stellventil gasführend verbunden. The control gas line is connected to the first control valve and the second control valve in a gas-carrying manner.
Über den ersten Gaszugang und den zweiten Gaszugang wird eine gasführende Via the first gas access and the second gas access, a gas-carrying
Verbindung, gleichsam als ein Gasweg oder Gaspfad zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang ausgebildet, wobei das Dosierventil als ein einstellbares Element ausgebildet und dazu vorgesehen ist, durch diesen Gasweg, bzw. Gaspfad strömenden Gasmengen einzustellen und zu kontrollieren. Connection, designed as a gas path or gas path between the first gas inlet and the second gas inlet, wherein the metering valve is designed as an adjustable element and is provided to adjust and control gas quantities flowing through this gas path or gas path.
Mittels der Steuergasleitung kann das erste oder das zweite Druckniveau der Ventilscheibe zugeführt werden. The first or the second pressure level can be fed to the valve disk by means of the control gas line.
Das erste Stellventil und das zweite Stellventil weisen piezoelektrische Elemente auf. Diese piezoelektrischen Elemente sind mittels elektrischer Anregung aktivierbar. Die Aktivierung bewirkt eine Zuführung des ersten oder des zweiten Druckniveaus mittels der Steuergasleitung zu der Ventilscheibe. Durch die Druckniveaus sind Änderungen des pneumatischen Zustandes an der Ventilscheibe einstellbar. Je nachdem, ob das zweite oder das erste Druckniveau der Ventilscheibe zugeführt wird, wird die Ventilscheibe an den Ventilsitz gedrückt, bzw. in Richtung des Ventilsitzes bewegt oder die Ventilscheibe befindet sich in einem Abstand vom Ventilsitz. Dabei ergeben sich je nach Zustand der beiden Stellventile unterschiedliche pneumatische Zustände an der Ventilscheibe. Diese pneumatischen Zustände variieren dabei von einem vollständig geschlossenen Zustand (CLOSED) bei Zuführung des zweiten Druckniveaus bis zu einem vollständig geöffneten Zustand (OPEN) bei Zuführung des ersten Druckniveaus. Dabei kann durch Kombination der beiden Druckniveaus mittels der beiden Stellventile eine Variation der Lage der Ventilscheibe relativ zum Ventilsitz im Wesentlichen proportional zu dem sich aus den beiden Druckniveaus an der Ventilscheibe resultierenden pneumatischen Zustand bewirkt werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Stellventile, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation o.ä. können an der Ventilscheibe beliebige resultierende pneumatische Zustände zwischen dem ersten und zweiten Druckniveau eingestellt werden, womit eine gleichsam proportionale Dosierung durch das Dosierventil ermöglicht werden kann. Als resultierende pneumatische Zustände, bzw. Zustandsänderungen an Ventilscheibe und Ventilsitz ergeben sich dann Drücke, Druckverhältnisse (Inspirationsdruck, Exspirationsdruck, Atemwegsdrücke) und deren Veränderungen, sowie bedingt durch die Drücke, Druckverhältnisse und deren Veränderungen dann Durchflussmengen (Inspiratorischer Flow, Exspiratorischer Flow) und Veränderungen dieser Durchflussmengen. The first control valve and the second control valve have piezoelectric elements. These piezoelectric elements can be activated by means of electrical excitation. The activation causes the first or the second pressure level to be supplied to the valve disk by means of the control gas line. Changes in the pneumatic state on the valve disc can be set by means of the pressure levels. Depending on whether the second or the first pressure level is supplied to the valve disk, the valve disk is pressed against the valve seat or moved in the direction of the valve seat, or the valve disk is at a distance from the valve seat. Depending on the state of the two control valves, there are different pneumatic states on the valve disc. These pneumatic states vary from a completely closed state (CLOSED) when the second pressure level is supplied to a completely open state (OPEN) when the first pressure level is supplied. By combining the two pressure levels by means of the two control valves, the position of the valve disc relative to the valve seat can be varied essentially proportionally to the pneumatic state resulting from the two pressure levels on the valve disc. By appropriate control of the control valves, for example by means of Pulse width modulation or similar Any resulting pneumatic states between the first and second pressure levels can be set on the valve disc, which enables proportional dosing through the dosing valve. The resulting pneumatic states or changes in the state of the valve disc and valve seat then result in pressures, pressure ratios (inspiratory pressure, expiratory pressure, airway pressures) and their changes, as well as flow rates (inspiratory flow, expiratory flow) and changes due to the pressures, pressure ratios and their changes these flow rates.
Die Kontrolleinheit ist ausgebildet, durch, den piezoelektrischen Elementen zugeordnete elektrische Steuersignale, die Aktivierungen der Stellventile zu bewirken. Die Kontrolleinheit kontrolliert die elektrischen Steuersignale derart, dass mittels der piezoelektrischen Elemente in der Steuergasleitung das erste Druckniveau als eine erste Drucksituation oder das zweite Druckniveau als eine zweite Drucksituation gegeben sind. The control unit is designed to activate the control valves by means of electrical control signals assigned to the piezoelectric elements. The control unit controls the electrical control signals in such a way that, by means of the piezoelectric elements in the control gas line, the first pressure level is given as a first pressure situation or the second pressure level is given as a second pressure situation.
Die Ventilscheibe ist in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz derart in dem Dosierventil angeordnet, in einer Relation zu dem Ventilsitz in Abhängigkeit von einem Vorliegen der ersten oder zweiten Drucksituation bewegbar zu sein, um eine Strömung einer Gasmenge zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang zu ermöglichen. The valve disk is arranged in cooperation with the valve seat in the metering valve in such a way as to be movable in relation to the valve seat depending on the existence of the first or second pressure situation, in order to enable a flow of a gas quantity between the first gas inlet and the second gas inlet.
Bei einem Zustand der ersten Drucksituation wird die Ventilscheibe von dem Ventilkrater fortbewegt, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang strömende Gasmenge ermöglicht oder erhöht wird, Bei einem Zustand der zweiten Drucksituation wird die Ventilscheibe zu dem Ventilkrater hin bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang und dem zweiten Gaszugang strömende Gasmenge verringert oder blockiert wird. In a state of the first pressure situation, the valve disk is moved away from the valve crater, so that the amount of gas flowing between the first gas inlet and the second gas inlet is enabled or increased. In a state of the second pressure situation, the valve disc is moved towards the valve crater so that the amount of gas flowing between the first gas inlet and the second gas inlet is reduced or blocked.
Die Kontrolleinheit ist mit Funktionen zur Datenverarbeitung, Funktionen zur Koordination von Datenmengen, wie auch zur Koordination von Datenberechnungen und Funktions- und Berechnungsabläufen, welche beispielsweise in Form von Quellcode in einer höheren Programmiersprache (C, Java, Algol, Fortran) oder einer Maschinensprache (Assembler) in einem der Kontrolleinheit zugeordneten Datenspeicher (RAM, ROM, EEPROM) oder Speichermedium (Festplatte, USB-Stick) vorliegen, ausgestaltet, die vorliegende Erfindung mit Aktivierung der piezoelektrische Elementen mittels zugeordneter elektrischer Steuersignale in die Praxis umzusetzen. Die Kontrolleinheit weist dazu Elemente zur Datenverarbeitung, Berechnung und Ablaufsteuerung, wie Mikrocontroller (pC), Mikroprozessoren (mR), Signalprozessoren (DSP), Logikbausteine (FPGA, PLD), Speicherbausteine (ROM, RAM, SD-RAM) und Kombinationsvarianten davon beispielsweise in Form eines„Embedded System“ auf. The control unit is equipped with functions for data processing, functions for the coordination of data volumes, as well as for the coordination of data calculations and function and calculation processes, which are for example in the form of source code in a higher programming language (C, Java, Algol, Fortran) or a machine language (assembler ) are present in a data memory (RAM, ROM, EEPROM) or storage medium (hard disk, USB stick) assigned to the control unit, designed to put the present invention into practice with activation of the piezoelectric elements by means of assigned electrical control signals. The control unit has elements for data processing, calculation and sequence control, such as microcontrollers (pC), microprocessors (mR), signal processors (DSP), logic modules (FPGA, PLD), Memory modules (ROM, RAM, SD-RAM) and combinations thereof, for example in the form of an "embedded system".
Das erste Druckniveau liegt im Bereich von bis zu 2000 hPa oberhalb des The first pressure level is in the range of up to 2000 hPa above the
Umgebungsdrucks. Das zweite Druckniveau liegt im Bereich um den jeweilig ortsbedingt herrschenden Umgebungsdruck von -40 hPa bis 40 hPa. Ambient pressure. The second pressure level is in the area around the respective location-dependent ambient pressure of -40 hPa to 40 hPa.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bereitgestellte erste Druckniveau als ein Druck in einem Bereich oberhalb des Umgebungsdrucks von +0,5 hPa bis +200 hPa, vorzugsweise in einem Bereich von +5 hPa bis +100 hPa definiert. In a preferred embodiment, the first pressure level provided is defined as a pressure in a range above ambient pressure from +0.5 hPa to +200 hPa, preferably in a range from +5 hPa to +100 hPa.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bereitgestellte zweite Druckniveau als ein Druck in einem Bereich um den Umgebungsdruck von -40 hPa bis +0,5 hPa, In a preferred embodiment, the second pressure level provided is a pressure in a range around ambient pressure from -40 hPa to +0.5 hPa,
vorzugsweise in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa definiert. preferably defined in a range from -20 hPa to 0 hPa.
Die Definitionen des ersten und auch des zweiten Druckniveaus beziehen sich dabei in Relation zu einem typischen Umgebungsdruck. Das erste und das zweite Druckniveau sind als Überdruckniveaus oberhalb des typischen Umgebungsluftdruckbereiches von 900 hPa bis 1150 hPa, bzw. des typischen Luftdrucks der Umgebungsluft bei 20°C auf Meereshöhe von 1013 hPa zu interpretieren. The definitions of the first and also of the second pressure level relate to a typical ambient pressure. The first and second pressure levels are to be interpreted as overpressure levels above the typical ambient air pressure range of 900 hPa to 1150 hPa, or the typical air pressure of the ambient air at 20 ° C at sea level of 1013 hPa.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist ein Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines dritten Druckniveaus in oder an der Steuergasleitung In a further preferred embodiment of the valve arrangement, a pressure sensor P3 is used to detect a third pressure level in or on the control gas line
angeordnet. Der Drucksensor P3 ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der Steuergasleitung, an dem Balgelement oder an der Ventilscheibe und zu einer arranged. The pressure sensor P3 is used to record a pressure measurement value in the control gas line, on the bellows element or on the valve disc and to one
Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet. Providing the pressure measurement to the control unit is formed.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist mindestens ein weiterer Drucksensor Pi bzw. P2 zu einer Erfassung des ersten und/ oder zweiten Druckniveaus in oder an dem ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten In a further preferred embodiment of the valve arrangement, there is at least one further pressure sensor Pi or P2 for detecting the first and / or second pressure level in or at the first control gas inlet and / or the second
Steuergaseingang angeordnet. Der mindestens eine weitere Drucksensor Pi bzw. P2 ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten Steuergaseingang und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet. Control gas inlet arranged. The at least one further pressure sensor Pi or P2 is designed to detect a pressure measurement value in the first control gas inlet and / or the second control gas inlet and to provide the pressure measurement value to the control unit.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird mit zwei Ventilanordnungen eine Dosiervorrichtung in Form eines Inspirationsventils gebildet. Die Dosiervorrichtung ist ausgestaltet mit einer Ventilanordnung mit je zwei Stellventilen. Zudem ist eine Atemgasleitung zu einer gasführenden Verbindung mit einem Lebewesen vorgesehen.In a further preferred embodiment, a metering device in the form of an inspiration valve is formed with two valve arrangements. The metering device is designed with a valve arrangement with two control valves each. In addition, is a Breathing gas line provided for a gas-carrying connection with a living being.
Die beiden Stellventile sind angeordnet und gasführend derart mit der Atemgasleitung verbunden, dass damit ein Inspirationsventil ausgebildet und bereitgestellt wird. Das Inspirationsventil ist zu einer dosierten Zuführung von Durchflussmengen an Atemgasen zu einem Lebewesen hin ausgebildet. Die Atemgasleitung ist gasführend mit dem zweiten Gaszugang verbunden, so dass es mit dieser Dosiervorrichtung in Form eines The two control valves are arranged and connected to the breathing gas line in a gas-carrying manner in such a way that an inspiration valve is formed and provided with them. The inspiration valve is designed for a metered supply of flow rates of breathing gases to a living being. The breathing gas line is connected to the second gas inlet in a gas-carrying manner, so that it can be used with this metering device in the form of a
Inspirationsventils ermöglicht ist, am ersten Gaszugang bereitgestellte Gasmengen über das Inspirationsventil als Dosierventil mittels des zweiten Gaszugangs und der Inspiration valve is made possible, gas quantities provided at the first gas access via the inspiration valve as a metering valve by means of the second gas access and the
Atemgasleitung dem Lebewesen zuzuführen. Damit kann eine kontrollierte Einatmung bei einer mandatorischen oder unterstützenden Beatmung eines Lebewesens durchgeführt werden. Dies Inspirationsventil, oftmals auch Einatemventil genannt, kann als Supply breathing gas line to the living being. This means that controlled inhalation can be carried out during mandatory or supportive ventilation of a living being. This inspiration valve, often also called inhalation valve, can be called
wesentliches Element der Dosiervorrichtung sowohl - mit einer sehr kurzen essential element of the dosing device both - with a very short one
Atemgasleitung- direkt am Mund-/ Nasenbereich des Lebewesens oder aber auch mittels eines Inspirationsatemschlauches von ca. 0,2 m bis 2 m Länge entfernt vom Lebewesen angeordnet werden. Breathing gas line can be arranged directly on the living being's mouth / nose area or by means of an inspiratory breathing hose approx.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird mit zwei Ventilanordnungen eine Dosiervorrichtung in Form eines Exspirationsventils gebildet. Die Dosiervorrichtung ist ausgestaltet mit einer Ventilanordnung mit je zwei Stellventilen. Zudem ist eine In a further preferred embodiment, a metering device in the form of an expiration valve is formed with two valve arrangements. The metering device is designed with a valve arrangement with two control valves each. In addition, is a
Atemgasleitung zu einer gasführenden Verbindung mit einem Lebewesen vorgesehen.Breathing gas line provided for a gas-carrying connection with a living being.
Die beiden Stellventile sind angeordnet und gasführend derart mit der Atemgasleitung verbunden, dass damit ein Exspirationsventil ausgebildet und bereitgestellt wird. Das Exspirationsventil ist zu einer dosierten Fortführung von Durchflussmengen an The two control valves are arranged and connected to the breathing gas line in a gas-carrying manner in such a way that an expiration valve is formed and provided with them. The exhalation valve is used for a metered continuation of flow rates
Atemgasen von dem Lebewesen fort ausgebildet. Breathing gases are formed away from the living being.
Die Atemgasleitung ist gasführend mit dem ersten Gaszugang verbunden, so dass es mit dieser Dosiervorrichtung in Form eines Exspirationsventils ermöglicht ist, mittels des ersten Gaszugangs und der Atemgasleitung von dem Lebewesen bereitgestellte, d.h. ausgeatmete Gasmengen über das Exspirationsventil als Dosierventil und den zweiten Gaszugang dosiert fortzuleiten. Damit kann eine kontrollierte Ausatmung bei einer mandatorischen oder unterstützenden Beatmung eines Lebewesens durchgeführt werden. Dies Exspirationsventil, oftmals auch Ausatemventil genannt, kann als wesentliches Element der Dosiervorrichtung sowohl - mit einer sehr kurzen The breathing gas line is connected to the first gas inlet in a gas-carrying manner, so that this metering device in the form of an expiration valve enables the living being provided by means of the first gas inlet and the breathing gas line, i.e. to forward exhaled gas quantities via the expiration valve as a metering valve and the second gas inlet. In this way, controlled exhalation can be carried out during mandatory or supportive ventilation of a living being. This exhalation valve, often also called exhalation valve, can be an essential element of the dosing device - with a very short one
Atemgasleitung- direkt am Mund-/ Nasenbereich des Lebewesens oder aber auch mittels eines Exspirationsatemschlauches von ca. 0,5 m bis 2m Länge entfernt vom Lebewesen angeordnet werden. Oftmals werden Inspirationsschlauch und Exspirationsschlauch als Teile der Breathing gas line - directly on the mouth / nose area of the living being or by means of an expiratory breathing hose of approx. 0.5 m to 2 m length away from the living being. The inspiration tube and expiration tube are often used as parts of the
Atemgasleitung mittels eines Verbindungselements, dem sogenannten Y- Stück, patientenseitig miteinander zu einem Schlauchsystem verbunden. Vom Y- Stück abgehend erfolgt dann eine Kontaktierung des Lebewesens mit Hilfe eines Breathing gas line connected to one another on the patient side to form a hose system by means of a connecting element, the so-called Y-piece. Starting from the Y-piece, the living being is then contacted with the aid of a
Endotrachealtubus, einer Atemmaske (Nasalmaske) oder eines Tracheostoma Endotracheal tube, a breathing mask (nasal mask) or a tracheostoma
(Trachealkanüle). (Tracheostomy tube).
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens eines der Stellventile als ein Stellventil ausgebildet ist, welches sich ohne eine elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet. In a further preferred embodiment of the metering device, at least one of the control valves is designed as a control valve which is in an open state (N.O.) without electrical activation.
Ventile, welche sich ohne elektrische oder anderweitige (pneumatisch, hydraulisch) Aktivierung im geöffneten Zustand befinden werden als sogenannte„Normally Open“ (N.O.) - Ventile bezeichnet. Valves that are in the open state without electrical or other (pneumatic, hydraulic) activation are referred to as so-called "Normally Open" (N.O.) valves.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens eines der Stellventile als ein Stellventil ausgebildet, welches sich ohne eine elektrische In a further preferred embodiment of the metering device, at least one of the control valves is designed as a control valve, which is without an electrical
Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet. Activation is in a closed state (N.C.).
Ventile, welche sich ohne elektrische oder anderweitige (pneumatisch, hydraulisch) Aktivierung im geschlossenen Zustand befinden, werden als sogenannte„Normally Closed“ (N.C.) - Ventile bezeichnet. Valves which are in the closed state without electrical or other (pneumatic, hydraulic) activation are called "Normally Closed" (N.C.) valves.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung bilden zwei In a further preferred embodiment of the metering device, two form
Stellventile ein Inspirationsventil aus. Dabei befindet sich das erste Stellventil ohne elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.), das zweite Stellventil befindet sich ohne elektrische Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.). Control valves off an inspiration valve. The first control valve is in an open state (N.O.) without electrical activation, the second control valve is in a closed state (N.C.) without electrical activation.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung bilden zwei In a further preferred embodiment of the metering device, two form
Stellventile ein Exspirationsventil aus. Dabei befindet sich das erste Stellventil ohne elektrische Aktivierung in einem geschlossenen Zustand (N.C.), das zweite Stellventil befindet sich ohne eine elektrische Aktivierung in einem geöffneten Zustand (N.O.). Control valves an exhalation valve. The first control valve is in a closed state (N.C.) without electrical activation, the second control valve is in an open state (N.O.) without electrical activation.
Je nach Bedarf und Aufgabenstellung und Vorgaben aus einem Sicherheitskonzept können diese beiden Ventiltypen (N. O.), (N. C.) für Ausgestaltungen von Dosierventilen in der Dosiervorrichtung verwenden. Insbesondere dann, wenn sichergestellt werden soll das, beispielsweise bei einem Stromausfall, die Dosierventile in einem sicheren Depending on the needs and the task and specifications from a safety concept, these two valve types (N.O.), (N.C.) can be used for configurations of metering valves in the metering device. Especially when it is to be ensured, for example in the event of a power failure, the metering valves in a safe
Betriebszustand sind, sind Kombinationen von diesen beiden Ventiltypen miteinander sinnvoll. Bei einem Einatemventil muss beispielsweise sichergestellt sein, dass bei einem Energieausfall (Spannungsausfall, Stromausfall) mit Ausfall der elektrischen Aktivierung der piezoelektrischen Elemente nicht weiter fortlaufend Gasmengen dem Lebewesen zugeführt werden. Ansonsten würde die Lunge des Lebewesens so stark mit Gasmengen gefüllt werden, dass der Druck in der Lunge stark ansteigen kann, was in Folge dann eine Schädigung der Lunge bewirken könnte. Bei einem Ausatemventil muss beispielsweise sichergestellt sein, dass bei einem Stromausfall das Lebewesen, bzw. der Patient trotzdem immer sicher ausatmen kann. Are in the operating state, combinations of these two valve types with one another make sense. In the case of an inhalation valve, for example, it must be ensured that with a Energy failure (voltage failure, power failure) with failure of the electrical activation of the piezoelectric elements, gas quantities are no longer continuously supplied to the living being. Otherwise, the lungs of the living being would be so filled with gas that the pressure in the lungs could rise sharply, which could then cause damage to the lungs. In the case of an exhalation valve, for example, it must be ensured that the living being or the patient can still exhale safely in the event of a power failure.
Für die Gestaltung des Einatemventils bedeutet dies, dass in der Dosiervorrichtung, welche ein Inspirationsventil ausbildet, dasjenige Stellventil, welches mit dem ersten Gaszugang und dem ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das erste Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom Typ "Normally Open" (N.O.) ausgebildet ist. Für die Gestaltung des Einatemventils bedeutet dies zudem, dass dasjenige Stellventil, welches mit dem zweiten ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das zweite Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom Typ "Normally closed" (N.C.) ausgebildet ist. For the design of the inhalation valve, this means that in the dosing device, which forms an inspiration valve, the control valve that is connected to the first gas inlet and the first control gas inlet, i.e. the first control valve of the dosing device, is a valve of the "Normally Open" type ( NO) is formed. For the design of the inhalation valve, this also means that that control valve which is connected to the second first control gas inlet, i.e. the second control valve of the metering device, is designed as a "normally closed" (N.C.) valve.
So ist einerseits sichergestellt, dass an der Ventilscheibe auch rückseitig das erste Druckniveau gegeben ist, also ein Druckniveau, welches gleich oder größer als der Umgebungsdruck ist, damit die Ventilscheibe am Ventilsitz aufliegt und somit ein Gasfluss vom ersten Gaszugang über die Dosiervorrichtung sowie den zweiten Gaszugang und die Atemgasleitung zum Lebewesen nicht möglich ist. This ensures on the one hand that the first pressure level is also given on the back of the valve disk, i.e. a pressure level which is equal to or greater than the ambient pressure so that the valve disk rests on the valve seat and thus a gas flow from the first gas inlet via the metering device and the second gas inlet and the breathing gas line to the living being is not possible.
Andererseits muss das zweite Stellventil in einer Situation eines Energieausfalls in einem Zustand befindlich sein, dass kein Druckausgleich in Form eines Gasflusses vom ersten Druckniveau zum zweiten Druckniveau ermöglicht ist, damit dadurch kein Druckverlust an der Ventilscheibe auftritt. Diese Situation wird dadurch sichergestellt, dass das zweite Stellventil der Dosiervorrichtung als ein Ventil vom Typ "Normally closed" (N.C.) ausgebildet ist, somit wird auch bei einem Signalausfall oder Ausfall der Versorgung der piezoelektrischen Elemente (Spannungsausfall, Stromausfall) die Ventilscheibe nur mit dem ersten Druckniveau beaufschlagt und schließt verlässlich das Inspirationsventil. So kann auch bei einem Energieausfall der elektrischen Aktivierung der Stellventile sichergestellt werden, dass keine Gasmengen vom ersten Gaszugang über die On the other hand, in a situation of a power failure, the second control valve must be in a state that no pressure equalization in the form of a gas flow from the first pressure level to the second pressure level is possible so that no pressure loss occurs on the valve disc. This situation is ensured by the fact that the second control valve of the metering device is designed as a valve of the "normally closed" (NC) type, so even in the event of a signal failure or failure of the supply of the piezoelectric elements (voltage failure, power failure), the valve disc is only connected to applied to the first pressure level and reliably closes the inspiration valve. In this way, even in the event of a power failure of the electrical activation of the control valves, it can be ensured that no gas quantities from the first gas access via the
Dosiervorrichtung als Inspirationsventil durch den zweiten Gaszugang mittels der Atemgasleitung zum Lebewesen gelangen kann. Dosing device as an inspiration valve can reach the living being through the second gas inlet by means of the breathing gas line.
Für die Gestaltung des Ausatemventils bedeutet dies, dass in der Dosiervorrichtung, welche ein Exspirationsventil ausbildet, dasjenige Stellventil, welches mit dem ersten Steuergaseingang verbunden ist, also das erste Stellventil der Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom "Normally closed" (N.C.) ausgebildet ist und dasjenige Stellventil, welches mit dem zweiten Steuergaseingang verbunden ist, also das zweite Stellventil der For the design of the exhalation valve, this means that in the metering device that forms an expiration valve, that control valve that is connected to the first control gas inlet, i.e. the first control valve of the metering device, is designed as a "normally closed" (NC) valve that control valve which is with the second control gas inlet is connected, so the second control valve of the
Dosiervorrichtung, als ein Ventil vom "Normally Open" (N.O.) ausgebildet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass an der Ventilscheibe auch rückseitig das zweite Dosing device, designed as a valve from the "Normally Open" (N.O.). In this way it is ensured that the valve disc also has the second
Druckniveau gegeben ist, also ein Druckniveau, welches gleich oder geringer als der Umgebungsdruck ist, damit die Ventilscheibe am Ventilsitz nicht aufliegt und somit ein Gasfluss vom Lebewesen mittels der Atemgasleitung über die Dosiervorrichtung und den ersten Gaszugang zum zweiten Gaszugang möglich ist. Damit können auch bei einem Ausfall der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente die vom Lebewesen Pressure level is given, i.e. a pressure level which is equal to or lower than the ambient pressure so that the valve disc does not rest on the valve seat and thus a gas flow from the living being is possible by means of the breathing gas line via the metering device and the first gas access to the second gas access. This means that even if the activation of the piezoelectric elements fails, the living being
ausgeatmeten Gasmengen durch den zweiten Gaszugang auf das zweite Druckniveau, welches beispielsweise und vorteilhafterweise dem Niveau des Umgebungsdrucks entspricht, entlastet werden. Für den Fall, dass in der Dosiervorrichtung als exhaled gas quantities are relieved through the second gas inlet to the second pressure level, which for example and advantageously corresponds to the level of the ambient pressure. In the event that in the dosing device as
Exspirationsventil das zweite Druckniveau mittels einer weiteren zusätzlichen Exhalation valve the second pressure level by means of another additional
Gasfördereinheit (saugender Blower) auf einem Druckniveau unterhalb des Gas delivery unit (suction blower) at a pressure level below the
Umgebungsdrucks betrieben wird, muss sichergestellt werden, dass auch in Situationen, in denen die Aktivierung der piezoelektrischen Elemente nicht gegeben ist, zugleich keine Erzeugung des Unterdrucks mehr erfolgt, da ansonsten mittels des zweiten Druckniveaus nicht nur die Ventilscheibe aktiv vom Ventilsitz fort bewegt wird, sondern auch Ambient pressure is operated, it must be ensured that, even in situations in which the activation of the piezoelectric elements is not given, the negative pressure is no longer generated at the same time, since otherwise not only the valve disc is actively moved away from the valve seat by means of the second pressure level, but also also
Gasmengen aus dem Lebewesen aktiv gesaugt werden könnten. Da dies evtl auch in einem Zusammenfall (collapse) von Lungenbläschen (Alveolen) resultieren könnte, muss die Erzeugung des Unterdrucks mit einer Sicherheitsbeschaltung an die Aktivierung der piezoelektrischen Elemente gekoppelt werden, bzw. die Unterdruckerzeugung muss bei einem Ausfall (Ausfall der Energieversorgung, Stromausfall, Spannungseinbruch, etc.) der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente ebenfalls automatisch mit deaktiviert werden. Eine praxisgerechte Realisierung einer solchen Sicherheitsbeschaltung ist beispielsweise derart, dass die Energieversorgung der, den Unterdrück erzeugenden Gasfördereinheit (saugender Blower) mit der Energieversorgung der Stellventile identisch ist, so dass bei einem Ausfall der Stellventile die oben beschriebenen Ruhezustände den sicheren Zustand für den Patienten sicherstellen, d.h. es erfolgt keine Förderung von Mengen an inspiratorischen Atemgas zum Patienten. Die den Unterdrück erzeugende Gas quantities could be actively sucked out of the living being. Since this could possibly also result in a collapse of the alveoli, the generation of the negative pressure must be linked to the activation of the piezoelectric elements with a safety circuit, or the negative pressure generation must be in the event of a failure (failure of the energy supply, power failure, Voltage drop, etc.) the activation of the piezoelectric elements are also automatically deactivated. A practical implementation of such a safety circuit is, for example, such that the energy supply of the gas delivery unit (sucking blower) that generates the negative pressure is identical to the energy supply of the control valves, so that if the control valves fail, the idle states described above ensure a safe state for the patient, ie there is no delivery of quantities of inspiratory breathing gas to the patient. The one that creates oppression
Gasfördereinheit ist damit spannungsfrei und erzeugt keinen Unterdrück gegenüber dem Umgebungsdruck. Die den Unterdrück erzeugenden Gasfördereinheit ist zudem so ausgestaltet, dass auch bei Stillstand des Gebläses eine freie Durchatembarkeit für exspiratorische Atemgase gegeben ist und der Patient somit gegen den Umgebungsduck ausatmen kann. Eine alternative Variante kann durch eine zusätzlich angeordnete Sicherheitsventil- Anordnung realisiert werden, welche bei Ausfall der Energieversorgung einerseits den erzeugten Unterdrück vom zweiten Stellventil des Exspirationsventils abkoppeln und andererseits den Weg der Ausatemgase des Patienten an die Umgebung ermöglichen. The gas delivery unit is thus stress-free and does not generate any negative pressure compared to the ambient pressure. The gas delivery unit generating the negative pressure is also designed in such a way that expiratory gases can be breathed freely even when the blower is at a standstill, and the patient can thus exhale against the ambient pressure. An alternative variant can be implemented by an additionally arranged safety valve arrangement, which on the one hand reduces the negative pressure generated by the second control valve of the expiratory valve if the power supply fails decouple and on the other hand enable the path of the patient's exhaled gases to the environment.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Dosiervorrichtung ist mindestens ein weiterer Drucksensor Pi, P2 zu einer Erfassung eines Drucks an dem ersten In a further preferred embodiment of the metering device, at least one further pressure sensor Pi, P 2 is used to detect a pressure on the first one
Steuergaseingang und/ oder an dem zweiten Steuergaseingang angeordnet. Control gas inlet and / or arranged at the second control gas inlet.
Der mindestens eine weitere Drucksensor Pi, P2 ist zu einer Erfassung eines The at least one further pressure sensor Pi, P 2 is used to detect a
Druckmesswertes an der ersten Steuergaseingang und/ oder der zweiten Pressure measurement value at the first control gas inlet and / or the second
Steuergaseingang und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Control gas inlet and to provide the pressure measurement value to the
Kontrolleinheit ausgebildet. Control unit trained.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden zwei Dosiervorrichtungen eine Beatmungsvorrichtung. Dabei ist eine der Dosiervorrichtungen als ein Inspirationsventil ausgebildet und eine der Dosiervorrichtung ist als ein Exspirationsventil ausgebildet. Weiterhin ist mindestens eine Atemgasleitung zu einer Zu- und Fortführung von In a particularly preferred embodiment, two metering devices form a ventilation device. One of the metering devices is designed as an inspiration valve and one of the metering devices is designed as an expiration valve. Furthermore, there is at least one breathing gas line for a supply and continuation of
Atemgasen zu und von einem Lebewesen vorgesehen. Weiterhin ist eine Breathing gases provided to and from a living being. Furthermore is a
Gasfördereinheit zu einer Förderung von Durchflussmengen an Atemgasen mittels der Atemgasleitung zu dem Lebewesen in oder an der Beatmungsvorrichtung vorgesehen.Gas delivery unit for delivering flow rates of breathing gases by means of the breathing gas line to the living being in or on the ventilation device.
Als Gasfördereinheit kommen insbesondere elektrisch angetriebene In particular, electrically driven units are used as the gas delivery unit
Beatmungsventilatoren oder Gebläse, sogenannte Blower, welche beispielsweise als Radialgebläse, Radialverdichter (Blower, Fan, Compressor) ausgebildet sind, in Betracht. Weiterhin kommen Druckgasflaschen oder Drucksauerstoffflaschen als Ventilation fans or blowers, so-called blowers, which are designed, for example, as radial blowers, radial compressors (blowers, fans, compressors), can be considered. Furthermore, pressurized gas cylinders or pressurized oxygen cylinders come as
Gasfördereinheiten in Betracht, wobei aus einem in den Flaschen bereitgestelltem Überdruck mittels der Beatmungsvorrichtung mit dem Inspirationsventil und Gas delivery units into consideration, wherein from an overpressure provided in the bottles by means of the ventilation device with the inspiration valve and
Exspirationsventil dann Druckniveaus und Durchflussmengen, welche zur Beatmung des Lebewesens geeignet sind, erzeugt und bereitgestellt werden. Exhalation valve then pressure levels and flow rates, which are suitable for ventilation of the living being, generated and provided.
Die Atemgasleitung weist ein geräteseitiges Ende mit einem geräteseitigen The breathing gas line has an end on the device side with an end on the device side
Anschlusselement zu einer gasführenden Verbindung mit den Ventilanordnungen, sowie ein patientenseitiges Leitungsende mit einem patientenseitiges Anschlusselement zur dosierten Zu- und Fortführung der Durchflussmengen an Atemgasen zu dem Lebewesen auf. Über das patientenseitige Leitungsende der Atemgasleitung erfolgt dann eine Konnektierung mit dem Lebewesen. Oftmals endet das patientenseitige Leitungsende der Atemgasleitung in einem Verbindungselement, dem sogenannten Y- Stück. Die Connection element for a gas-carrying connection with the valve arrangements, as well as a patient-side line end with a patient-side connection element for the metered supply and continuation of the flow rates of respiratory gases to the living being. A connection with the living being then takes place via the line end of the breathing gas line on the patient side. The end of the breathing gas line on the patient side often ends in a connecting element, the so-called Y-piece. The
Verbindung zwischen Patient und Atemgasleitung (Y-Stück) wird mit Hilfe eines Connection between patient and breathing gas line (Y-piece) is made with the help of a
Endotrachealtubus, einer Atemmaske (Nasalmaske) oder eines Tracheostoma (Trachealkanüle) die gasführende Verbindung am Mund-/ Nasenbereich oder an der Luftröhre des Lebewesens hergestellt. Endotracheal tube, a breathing mask (nasal mask) or a tracheostoma (Tracheal cannula) the gas-carrying connection is established on the mouth / nose area or on the trachea of the living being.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist die als Inspirationsventil ausgebildete Dosiervorrichtung derart ausgebildet, dass eine In a particularly preferred embodiment of the ventilation device, the dosing device designed as an inspiration valve is designed such that a
gasführende Verbindung zwischen dem ersten Steuergaseingang und der gas-carrying connection between the first control gas inlet and the
Gasfördereinheit gegeben ist, so dass das erste Druckniveau von der Gasfördereinheit bereitgestellt wird. Damit dient die Gasfördereinheit zugleich zur Förderung und Gas delivery unit is given, so that the first pressure level is provided by the gas delivery unit. The gas delivery unit thus serves both for delivery and
Bereitstellung der zu dem Lebewesen hinzuführenden und zu dosierenden Gasmengen, wie auch als erste Druckversorgungseinheit zur Bereitstellung des ersten Druckniveaus. Für den Fall, dass als zweites Druckniveau der Umgebungsdruck PAMB verwendet wird, ermöglicht diese Ausgestaltung eine Realisierung der Beatmungsvorrichtung ohne ein Erfordernis einer weiteren zusätzlichen Druckversorgungseinheit. Der bereitgestellte Beatmungsdruck PAW dient zugleich als ein Steuerdruck Pi , P2 an den Stellventilen für den Betrieb des Dosierventils mit Bewegung der Ventilscheibe in Relation zum Ventilsitz von Inspirationsventil und Exspirationsventil. Provision of the quantities of gas to be added and dosed to the living being, as well as as a first pressure supply unit for providing the first pressure level. In the event that the ambient pressure PAMB is used as the second pressure level, this embodiment enables the ventilation device to be implemented without the need for a further additional pressure supply unit. The ventilation pressure PAW provided also serves as a control pressure Pi, P2 at the control valves for operating the metering valve with movement of the valve disc in relation to the valve seat of the inspiration valve and expiration valve.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist an das patientenseitige Anschlusselement ein Endotrachealtubus, eine Trachealkanüle oder ein Tracheostoma anschließbar. In a particularly preferred embodiment of the ventilation device, an endotracheal tube, a tracheal cannula or a tracheostoma can be connected to the patient-side connection element.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist an das patientenseitige Anschlusselement eine Atemmaske anschließbar. In a particularly preferred embodiment of the ventilation device, a breathing mask can be connected to the connecting element on the patient side.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist mindestens ein erster Drucksensor Pczu einer Erfassung eines Drucks in oder an der Atemgasleitung angeordnet. Der mindestens erste Drucksensor Pc ist zu einer Erfassung eines Druckmesswertes, des sogenannten Atemwegsdrucks PAW, in der Atemgasleitung und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung an die Kontrolleinheit ausgebildet. Die Erfassung des Druckmesswertes PAW in der In a particularly preferred embodiment of the ventilation device, at least one first pressure sensor P c is arranged to detect a pressure in or on the breathing gas line. The at least first pressure sensor P c is designed to detect a pressure measurement value, the so-called airway pressure PAW, in the breathing gas line and to provide the pressure measurement value PAW in the breathing gas line to the control unit. The acquisition of the pressure measured value PAW in the
Atemgasleitung bietet mehrere Vorteile für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung. Breathing gas line offers several advantages to the operation of the ventilator.
So kann die Kontrolleinheit auf Basis der Druckmesswerte Pc, PAW den Betriebs- und/oder Schaltzustand der Beatmungsvorrichtung überprüfen. Die Kontrolleinheit kann zudem mittels der Steuerleitungen auf Basis des Druckmesswertes PAW die anzusteuernden Stellventile derart auswählen und ansteuern, dass Durchflussmengen in dem Maße am Inspirationsventil und Exspirationsventil zwischen Ventilsitz und Ventilscheibe strömen können, so dass eine Regelung des Drucks PAW in der Atemgasleitung hin zu dem Lebewesen erfolgen kann. Die Regelung kann ermöglichen, aus der Differenz zwischen einem gewünschten Atemwegsdruck (Sollwert) oder Verlauf des Atemwegsdrucks (Sollwertverlauf, Beatmungsmuster, Beatmungsform) und dem erfassten In this way, the control unit can check the operating and / or switching status of the ventilation device on the basis of the measured pressure values Pc, PAW. The control unit can also use the control lines on the basis of the pressure measured value PAW to select and control the control valves to be controlled in such a way that the flow rates can flow between the valve seat and the valve disc to the extent at the inspiration valve and expiration valve, so that the pressure PAW in the breathing gas line can be regulated Living beings can take place. The regulation can make it possible to use the difference between a desired airway pressure (setpoint value) or course of the airway pressure (setpoint course, ventilation pattern, ventilation mode) and the recorded one
Druckmesswertes PAW (Istwert), die Signale für die Steuerleitungen an die Stellventile zu bestimmen, dass im geschlossenen Regelkreis im Wesentlichen der gewünschte Pressure measured value PAW (actual value), the signals for the control lines to the control valves to determine that in the closed control loop essentially the desired
Atemwegsdruck oder Verlauf des Atemwegsdrucks am Lebewesen fortlaufend nach- und eingestellt wird. Zudem kann die Kontrolleinheit den Atemwegsdruck PAW auch zu einer Ausgabe auf einer Anzeigeeinheit bereitstellen, um auf diese Weise dem Anwender eine Rückmeldung in Bezug den, auf das Lebewesen wirkenden Betriebszustand zu geben. Airway pressure or the course of the airway pressure on the living being is continuously readjusted and set. In addition, the control unit can also provide the airway pressure PAW for output on a display unit, in order in this way to give the user feedback with regard to the operating state affecting the living being.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung ist an zumindest einer der zwei Dosiervorrichtungen mindestens ein weiterer Drucksensor PA, PB ZU einer Erfassung eines Drucks in oder an mindestens einer der In a particularly preferred embodiment of the ventilation device, at least one further pressure sensor PA, PB ZU is used to detect a pressure in or on at least one of the two metering devices
Steuergasleitungen angeordnet. Control gas lines arranged.
Der mindestens eine Drucksensor PA, PB ist zu einer Erfassung mindestens eines Druckmesswertes PA, PB an mindestens einer der Steuergasleitungen und zu einer Bereitstellung des mindestens einen Druckmesswertes an die Kontrolleinheit ausgebildet. Die Erfassung der Druckmesswerte PA, PB an mindestens einer der Steuergasleitungen bietet mehrere Vorteile für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung. Die Kontrolleinheit kann auf Basis der Druckmesswerte PA, PB den Betriebs- und/ oder Schaltzustand der Stellventile überprüfen und so die Funktionalität der Wirkung der mittels der The at least one pressure sensor PA, PB is designed to detect at least one pressure measurement value PA, PB on at least one of the control gas lines and to provide the at least one pressure measurement value to the control unit. The acquisition of the measured pressure values PA, PB on at least one of the control gas lines offers several advantages for the operation of the ventilation device. The control unit can check the operating and / or switching status of the control valves on the basis of the measured pressure values PA, PB and thus the functionality of the effect of the means of the
Steuerleitungen an die Stellventile übermittelten Stellwerte als pneumatischen wirkenden Effekt auf die Ventilscheibe von Inspirationsventil und/ oder Exspirationsventil erfassen und überwachen. Dies ist insbesondere bei Durchführungen von Inbetriebnahme- oder Selbsttests vorteilhaft, um beispielsweise die elektrisch/ pneumatische Signalweitergabe zu überprüfen. Control lines to the control valves record and monitor control values as a pneumatic effect on the valve disc of the inspiration valve and / or expiration valve. This is particularly advantageous when carrying out commissioning or self-tests, for example to check the electrical / pneumatic signal transmission.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung oder der Dosiervorrichtung stellt die Kontrolleinheit elektrische Steuersignale derart für die In a particularly preferred embodiment of the ventilation device or the dosing device, the control unit provides electrical control signals for the
Stellventile des Inspirationsventils bereit, dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe die erste Drucksituation gegeben. Zudem stellt die Kontrolleinheit die elektrischen Steuersignale derart für die Stellventile des Exspirationsventils bereit, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe die zweite Drucksituation gegeben ist. Control valves of the inspiration valve ready that the first pressure situation is given for a state of inspiration on the valve disc. In addition, the control unit provides the electrical control signals for the control valves of the expiration valve in such a way that the second pressure situation exists for a state of inspiration at the valve disc.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Beatmungsvorrichtung oder der Dosiervorrichtung stellt die Kontrolleinheit elektrische Steuersignale derart für die Stellventile des Inspirationsventils bereit, dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe die zweite Drucksituation gegeben ist. Zudem stellt die Kontrolleinheit die elektrischen Steuersignale derart für die Stellventile des Exspirationsventils bereit, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe die erste Drucksituation gegeben ist. In a particularly preferred embodiment of the ventilation device or the dosing device, the control unit provides electrical control signals for the Control valves of the inspiration valve ready that the second pressure situation is given for a state of expiration on the valve disc. In addition, the control unit provides the electrical control signals for the control valves of the expiratory valve in such a way that the first pressure situation is given for a state of inspiration at the valve disc.
Für den Ablauf der Beatmung kann in der Kontrolleinheit jeweils den Phasen der In the control unit, the phases of the
Beatmung mit Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, Ventilation with inspiration phase, expiration phase, inspiratory pause,
exspiratorische Pause, eine Menge mit Soll- Drucksituationen mit Maximalwerten, Minimalwerte oder typischen Druckverläufen an den Ventilscheiben von Inspirationsventil und Exspirationsventil zugeordnet sein. Expiratory pause, a set with target pressure situations with maximum values, minimum values or typical pressure profiles on the valve discs of the inspiration valve and expiration valve.
In Zusammenwirkung mit den bevorzugten Ausführungsformen, in denen Drucksensoren PA, PB an den Steuergasleitungen, ein Drucksensor Pc, PAW an der Atemgasleitung oder Drucksensoren Pi, P2 an den Steuergaseingängen angeordnet sind, kann in der In cooperation with the preferred embodiments in which pressure sensors PA, PB are arranged on the control gas lines, a pressure sensor Pc, PAW on the breathing gas line or pressure sensors Pi, P 2 on the control gas inlets, the
Kontrolleinheit mittels einer Ablaufsteuerung der Verlauf der Beatmung mit Control unit by means of a sequence control with the course of the ventilation
Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, exspiratorische Pause, mit Druckplateaus, Druckgradienten, minimalen und maximalen Atemwegsdrücken, wie auch Atemwegsdrücken während Inspirationsphase, Exspirationsphase, inspiratorische Pause, exspiratorische Pause gegebenen und gewünschten Atemwegsdrücken, insbesondere auch des - für eine physiologisch gute und an den Patienten angepasste Beatmung - Drucks am Ende der Exspirationsphase, des sogenannten Positiven End- Exspiratorischen Drucks (PEEP, positive end expiratory pressure) kontrolliert, eingestellt, gesteuert oder geregelt werden. Inspiratory phase, expiratory phase, inspiratory pause, expiratory pause, with pressure plateaus, pressure gradients, minimum and maximum airway pressures, as well as airway pressures during the inspiration phase, expiratory phase, inspiratory pause, expiratory pause given and desired airway pressures, in particular also - for a physiologically good and to the patient adapted ventilation - pressure at the end of the expiratory phase, the so-called positive end expiratory pressure (PEEP, positive end expiratory pressure) can be monitored, set, controlled or regulated.
Vorstehend wurde die Erfindung anhand von Ausführungsformen von Vorrichtungen von Dosieranordnungen mit Dosierventilen, Dosiervorrichtungen mit zwei Dosierventilen wie auch Beatmungsvorrichtungen mit Dosiervorrichtungen beschrieben. The invention has been described above on the basis of embodiments of devices of metering arrangements with metering valves, metering devices with two metering valves and also ventilation devices with metering devices.
Nachfolgend werden Ausführungsformen von Verfahren zum Betrieb einer Embodiments of methods for operating a
Beatmungsvorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen für die Stellventile beschrieben. In diesen Verfahren werden von der Kontrolleinheit entsprechende elektrische Steuersignale derart für die Stellventile des Inspirationsventils und des Exspirationsventils bereitgestellt, dass ein Ablauf einer Beatmung ermöglicht ist. Als elektrische Steuersignale sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Signale zu verstehen, welche direkt oder indirekt Zustandsänderungen der piezoelektrischen Elemente bewirken. Die elektrischen Steuersignale für Ansteuerung der Stellventile des Inspirationsventils und des Exspirationsventils werden gemäß den Ausführungsformen des Verfahrens vorzugsweise und beispielsweise von der Kontrolleinheit bereitgestellt.Ventilation device and method for providing electrical control signals for the control valves described. In this method, corresponding electrical control signals are provided by the control unit for the control valves of the inspiration valve and the expiration valve in such a way that ventilation is enabled. In the context of the present invention, electrical control signals are to be understood as signals which directly or indirectly cause changes in the state of the piezoelectric elements. The electrical control signals for actuating the control valves of the According to the embodiments of the method, the inspiration valve and the expiration valve are preferably provided by the control unit.
Die nachfolgende Tabellen 1a, 1b und Tabellen 2a, 2b zeigen für eine beispielhafte und vorteilhafte Anordnung von jeweils zwei, jeweils zwei Dosierventilen zugehörigen The following tables 1a, 1b and tables 2a, 2b show an exemplary and advantageous arrangement of two, each associated with two metering valves
Stellventilen die erforderlichen Steuersignale für einen Ablauf der Beatmung mit Control valves with the necessary control signals for a ventilation sequence
Inspirationsphasen (Tabelle 1a, Tabelle 1b) und Exspirationsphasen (Tabelle 2a, Tabelle 2b), welcher durch eine Beatmungsvorrichtung realisiert werden kann. Inspiration phases (Table 1a, Table 1b) and expiration phases (Table 2a, Table 2b), which can be implemented by a ventilation device.
Als eine beispielhafte Anordnung ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen der According to preferred embodiments, FIG
Beatmungsvorrichtung eine Anordnung ausgewählt, Ventilation device selected an arrangement,
in denen in which
a) das erste Stellventil des Inspirationsventils als ein Ventil a) the first control valve of the inspiration valve as a valve
vom Typ„Normally Open“ (N.O), of the "Normally Open" (N.O) type,
b) und das zweite Stellventil des Inspirationsventils als ein Ventil b) and the second control valve of the inspiration valve as one valve
vom Typ„Normally Closed“ (N.C), of the "Normally Closed" (N.C) type,
c) erste Stellventil des Exspirationsventils als ein Ventil c) first control valve of the expiration valve as a valve
vom Typ„Normally Closed“ (N.C.) und of the type "Normally Closed" (N.C.) and
d) zweite Stellventil des Inspirationsventils als eine Ventil d) second control valve of the inspiration valve as one valve
vom Typ„Normally Open“ (N.O.) of the "Normally Open" (N.O.) type
ausgestaltet sind. are designed.
Damit ergeben sich in dieser beispielhaften Anordnung für das Inspirationsventil eine “Normally Closed“ (N.C.) - Funktionalität und für das Exspirationsventil eine“Normally Open“ (N.O.) - Funktionalität. Diese beispielhafte Anordnung weist den Vorteil auf, dass bei einem Ausfall der elektrischen Ansteuerung der Stellventile nicht dauerhaft Mengen an Atemgas zum Patienten gefördert werden und zudem der Patient jederzeit bei diesem Ausfall der elektrischen Ansteuerung der Stellventile in der Lage ist auszuatmen. In this exemplary arrangement, this results in a “Normally Closed” (N.C.) functionality for the inspiration valve and a “Normally Open” (N.O.) functionality for the expiration valve. This exemplary arrangement has the advantage that if the electrical control of the control valves fails, quantities of breathing gas are not continuously conveyed to the patient and, moreover, the patient is able to exhale at any time if the electrical control of the control valves fails.
Die nachfolgenden Tabellen 1a, 1b, 2a, 2b zeigen Ansteuerung, Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Inspiration, bzw. Exspiration. The following tables 1a, 1b, 2a, 2b show control, pressure states and valve states for phases of inspiration and expiration.
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Tabelle 1 b (Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Inspiration) Table 1 b (pressure states and valve states for phases of inspiration)
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Tabelle 2a (Ansteuerung und Druckzustände für Phasen der Exspiration) Table 2a (control and pressure states for phases of expiration)
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Tabelle 2b (Druckzustände und Ventilzustände für Phasen der Exspiration) Table 2b (pressure states and valve states for phases of expiration)
Legende: Legend:
EV_i_1 : elektrisches Anregungssignal des ersten Stellventiles, EV_i_1: electrical excitation signal of the first control valve,
welches das erste (obere) Druckniveau der Steuergasleitung des Inspirationsventils zuführt which supplies the first (upper) pressure level to the control gas line of the inspiration valve
EV_i_2: elektrisches Anregungssignal des zweiten Stellventils, EV_i_2: electrical excitation signal of the second control valve,
welches das zweite (niedrigere) Druckniveau der Steuergasleitung des Inspirationsventils zuführt PV i: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Inspirationsventilwhich supplies the second (lower) pressure level to the control gas line of the inspiratory valve PV i: Pressure level at the outlet of the control valve arrangement for the inspiration valve
S i: Betriebszustand/ Situation Inspirationsventil S i: Operating status / situation of the inspiration valve
EV e 1 : elektrisches Anregungssignal des ersten Stellventils, EV e 1: electrical excitation signal of the first control valve,
welches das erste (obere) Druckniveau der Steuergasleitung which is the first (upper) pressure level of the control gas line
des Exspirationsventils zuführt of the exhalation valve
EV e 2: elektrisches Anregungssignal zweites Stellventil Exspirationsventil, EV e 2: electrical excitation signal second control valve expiration valve,
welches das zweite (niedrigere) Druckniveau der Steuergasleitung des Exspirationsventils zuführt which supplies the second (lower) pressure level to the control gas line of the expiratory valve
PV e: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Exspirationsventil PV e: Pressure level at the output of the control valve arrangement of the expiratory valve
S_e: Betriebszustand/ Situation Exspirationsventil S_e: Operating status / situation of the expiratory valve
high: erstes Druckniveau high: first pressure level
low: zweites Druckniveau low: second pressure level
active elektrisch aktiviert active electrically activated
passive: elektrisch nicht aktiviert passive: electrically not activated
Der Betrieb der Stellventile in der Anordnung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Stellventile gleichsam permanent getaktet angesteuert werden. Dies bietet mehrere Vorteile, zum einen den Vorteil, dass kontinuierlich eine Durchflussmenge vom ersten (oberen) Druckniveau, welches vorzugsweise von der Gasfördereinheit bereitgestellt wird, zum zweiten (niedrigeren) Druckniveau, welches sich zumeist auf Umgebungsdruck, bzw. in optionaler Ausgestaltung auch eine Druckdifferenz von einigen mBar, beispielsweise in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa in Bezug zum Umgebungsdruck, eine Strömung vorhanden ist. Durch diese sogenannte„Querströmung“ oder„Basisströmung“ wird das gesamte gasführende System mit Inspirations- und Exspirationsventil kontinuierlich mit frischem Gas gespült, so dass Wechsel der Gaskonzentration, beispielsweise durch eine Zudosierung von veränderlichen Mengen an Sauerstoff an der Gasfördereinheit ohne nennenswerte Verzögerung am Patienten wirksam wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich für die Steuerung und insbesondere für eine Regelung der piezoelektrischen Elemente, die piezoelektrischen Elemente sind bei getakteten Betrieb gleichsam dauerhaft an einem Arbeitspunkt, schon durch geringe Abweichungen der Auslenkung wird eine Variation der Querströmung bewirkt und somit dem Patienten die Abfolge von Inspiration und The control valves in the arrangement are preferably operated in such a way that the control valves are, as it were, controlled continuously in a clocked manner. This offers several advantages, on the one hand the advantage that there is a continuous flow rate from the first (upper) pressure level, which is preferably provided by the gas delivery unit, to the second (lower) pressure level, which is mostly based on ambient pressure or, in an optional embodiment, also a pressure difference of a few mBar, for example in a range from -20 hPa to 0 hPa in relation to the ambient pressure, there is a flow. Through this so-called "cross flow" or "basic flow", the entire gas-carrying system with the inspiration and expiration valve is continuously flushed with fresh gas, so that changes in the gas concentration, for example by adding variable amounts of oxygen to the gas delivery unit, take effect on the patient without any significant delay becomes. Another advantage results for the control and in particular for a regulation of the piezoelectric elements, the piezoelectric elements are at one working point, so to speak, during clocked operation; even slight deviations in the deflection cause a variation in the cross flow and thus the patient's inspiration sequence and
Exspiration bereitgestellt, diese geringen Auslenkungen können sehr schnell erfolgen, so dass Anpassungen an Atemanstrengungen oder Hustenattacken des Patienten wie auch der Beatmungssteuerung vorliegende Trigger- Ereignisse (Flow, Druck, sEMG) ohne wesentliche Verzögerung bei der Steuerung und insbesondere Regelung der Expiration provided, these small deflections can take place very quickly, so that adjustments to breathing efforts or coughing attacks of the patient as well as the ventilation control present trigger events (flow, pressure, sEMG) without significant delay in the control and in particular regulation of the
piezoelektrischen Elemente berücksichtigt werden können. Es ergeben sich für die Kontrolle der Beatmung bedingt durch die Querströmung und die nahezu von zu bewegenden Massen frei möglichen Auslenkungen der piezoelektrischen Elemente also sehr schnelle Reaktionszeiten im Bereich von 0,2 Millisekunden bis 2 Millisekunden.piezoelectric elements can be taken into account. It results for the control of the ventilation due to the cross flow and the almost from to moving masses freely possible deflections of the piezoelectric elements, i.e. very fast response times in the range of 0.2 milliseconds to 2 milliseconds.
Als weiterer Vorteil aus dem getakteten Betrieb ergibt sich hinsichtlich des Verschleißes von Ventilscheibe und Ventilsitz. Ventilscheibe und Ventilsitz werden sehr selten in die Endlagen„Vollständig geöffnet“ und„Vollständig geschlossen“ gegen den von der Gasfördereinheit bereitgestellten Druck gefahren. Die Ventile werden mittels Steuerung und Regelung unter Einbeziehung von Druckmesswerten Another advantage of the clocked operation results in terms of wear on the valve disc and valve seat. The valve disc and valve seat are very seldom moved to the “fully open” and “fully closed” end positions against the pressure provided by the gas delivery unit. The valves are controlled by means of open-loop and closed-loop control, taking pressure measurements into account
(PV_i: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Inspirationsventil, (PV_i: pressure level at the output control valve arrangement, inspiration valve,
PV_e: Druckniveau am Ausgang Stellventilanordnung Exspirationsventil) nahe am Arbeitspunkt gehalten, lediglich bei durch den Anwender vorgenommen drastischen Veränderungen, z.B. bei einer Verdoppelung des Inspirationsdrucks, erfolgen größere und abrupte Veränderungen der Auslenkungen der Ventilscheibe in Relation zum Ventilsitz. PV_e: pressure level at the output of the control valve arrangement of the expiratory valve) kept close to the operating point, only in the event of drastic changes made by the user, e.g. When the inspiratory pressure is doubled, there are larger and abrupt changes in the deflections of the valve disc in relation to the valve seat.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Kontrolleinheit für einen Zustand einer Inspiration mit Hilfe der Steuersignale an den Stellventilen eine In a further preferred embodiment, the control unit for a state of inspiration with the aid of the control signals at the control valves
Kombination von Druckniveaus eingestellt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Exspirationsventil bildet, ein erstes Druckniveau einwirkt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Combination of pressure levels set so that a first pressure level acts via the control gas line on the valve disk of the valve arrangement, which forms an expiration valve, that acts on the valve disk of the via the control gas line
Ventilanordnung, welche ein Inspirationsventil bildet, ein zweites Druckniveau einwirkt, wobei das erste Druckniveau größer als das zweite Druckniveau ausgebildet ist. Valve arrangement, which forms an inspiration valve, acts a second pressure level, the first pressure level being greater than the second pressure level.
Durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mittels Aktivierung elektrischer Steuersignale durch die Kontrolleinheit für einen Zustand einer Inspiration Drucksituationen an den Ventilscheiben mit zugehörigen Druckniveaus innerhalb bevorzugter Bereiche von Druckniveaus gemäß der Tabellen 1a, 1 b bereitgestellt. By means of a method for operating a dosing device or ventilation device according to a particularly preferred embodiment, pressure situations on the valve disks with associated pressure levels within preferred ranges of pressure levels according to Tables 1a, 1b are provided by the control unit for a state of inspiration by activating electrical control signals.
Für den Zustand einer Inspiration wirkt durch die bereitgestellten elektrischen For the state of inspiration acts through the provided electrical
Steuersignale ein Druckniveau in einem Bereich von -5 hPa bis 5 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Inspirationsventils in Control signals a pressure level in a range from -5 hPa to 5 hPa in relation to the ambient pressure as control pressure on the valve disc of the inspiration valve in
Kombination mit einem Druckniveau in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Exspirationsventils. Damit ergibt sich ein am Patienten in der Phase der Inspiration wirksamer Combination with a pressure level in a range from 5 hPa to 100 hPa in relation to the ambient pressure as control pressure on the valve disc of the expiratory valve. This results in a more effective on the patient in the inspiration phase
Beatmungsdruck zwischen 5 und 100 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks. Ventilation pressure between 5 and 100 hPa above ambient pressure.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird für einen Zustand einer Exspiration mit Hilfe der Steuersignale an den Stellventilen eine Kombination von Druckniveaus eingestellt, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Inspirationsventil bildet, ein erstes Druckniveau gegeben ist und, dass über die Steuergasleitung auf die Ventilscheibe der Ventilanordnung, welche ein Exspirationsventil bildet, ein zweites Druckniveau einwirkt, wobei das erste Druckniveau größer als das zweite Druckniveau ausgebildet ist. In a further preferred embodiment, a combination of pressure levels is set for a state of expiration with the aid of the control signals on the control valves, that via the control gas line on the valve disk of the valve arrangement, which forms an inspiration valve, a first pressure level is given and that a second pressure level acts via the control gas line on the valve disk of the valve arrangement, which forms an expiration valve, the first pressure level being greater than the second pressure level.
Durch ein Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mittels Aktivierung elektrischer Steuersignale durch die Kontrolleinheit für einen Zustand einer Exspiration folgende Drucksituationen an den Ventilscheiben mit zugehörigen Druckniveaus innerhalb bevorzugter Bereiche von Druckniveaus gemäß der Tabellen 2a, 2b bereitgestellt. A method for operating a dosing device or ventilation device according to a particularly preferred embodiment provides the following pressure situations on the valve disks with associated pressure levels within preferred ranges of pressure levels according to Tables 2a, 2b by activating electrical control signals by the control unit for a state of expiration.
Für den Zustand einer Exspiration wirkt durch die bereitgestellten elektrischen For the state of an expiration acts through the provided electrical
Steuersignale ein Druckniveau in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa Control signals a pressure level in a range from 5 hPa to 100 hPa
in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des in relation to the ambient pressure as control pressure on the valve disc of the
Inspirationsventils in Kombination mit einem Druckniveau in einem Bereich Inspiratory valve in combination with a pressure level in one area
von -5 hPa bis + 40 hPa in Relation zum Umgebungsdruck als Steuerdruck auf die Ventilscheibe des Exspirationsventils. Damit ergibt sich ein am Patienten in der Phase der Exspiration wirksamer Beatmungsdruck zwischen 0 und 40 hPa oberhalb des from -5 hPa to + 40 hPa in relation to the ambient pressure as control pressure on the valve disc of the expiratory valve. This results in an effective ventilation pressure between 0 and 40 hPa above the patient during the expiration phase
Umgebungsdrucks mit einem positiven endexspiratorischen Druck (PEEP, (PEEP, positive end expiratory pressure). Ambient pressure with a positive end expiratory pressure (PEEP, (PEEP, positive end expiratory pressure).
Für eine alternative Ausgestaltung dieser Ausführungsform mit einer aktiven For an alternative configuration of this embodiment with an active one
Unterstützung der Ausatem- Anstrengungen des Patienten durch die Support of the patient's exhalation efforts by the
Beatmungsvorrichtung kann das an der Ventilscheibe des Exspirationsventils wirkende Druckniveau auch unterhalb von -5 hPa, beispielsweise -20 hPa in Relation zum Ventilation device, the pressure level acting on the valve disk of the expiratory valve can also be below -5 hPa, for example -20 hPa in relation to
Umgebungsdruck gewählt werden, so dass während der Phase der Exspiration kurzzeitig auch ein negativer exspiratorischer Druck als am Patienten wirksamer Beatmungsdruck eingestellt werden kann. Ambient pressure can be selected so that a negative expiratory pressure can also be set briefly as the ventilation pressure effective on the patient during the expiration phase.
FIGURENBESCHREIBUNG FIGURE DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkungen des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert. The present invention will now be explained in more detail with the aid of the following figures and the associated description of the figures, without restricting the general inventive concept.
Es zeigen: Show it:
die Figuren 1 , 2, 3, 4a, 4b, 5a, 5b schematische Darstellungen von Figures 1, 2, 3, 4a, 4b, 5a, 5b are schematic representations of FIG
Ventilanordnungen die Figuren 7, 8, 9a,, 9b, 10a, 10b, schematische Darstellungen von Valve arrangements FIGS. 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b, schematic representations of FIG
Ventilanordnungen mit Piezobiegebalken die Figur 1 1 eine alternative Ausgestaltung Valve assemblies with piezo flexural bars, FIG. 1 1 an alternative embodiment
zu den Figuren 6, 7, 8, die Figuren 12, 13 Varianten der Ventilanordnungen nach den to Figures 6, 7, 8, Figures 12, 13 variants of the valve arrangements according to the
Figuren 1 , 2, 6, 7, 8. Figures 1, 2, 6, 7, 8.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung 11. Ein FIG. 1 shows a schematic representation of a valve arrangement 11. A
Dosierventil mit einem Ventilgehäuse 10 weist im Innern eine Ventilscheibe 3 und einen Ventilsitz 4 auf. Die Ventilscheibe 3 wird über eine Steuergasleitung 5, welche mittels eines Balgelements 5‘ an die Ventilscheibe 3 angekoppelt angesteuert. Dadurch wird eine Bewegung 9 der Ventilscheibe 3 hin zu dem Ventilsitz 4 oder fort von dem Ventilsitz 4 bewirkt. Die Bewegung 9 erfolgt druckgesteuert. Durch das Dosierventil 10 erfolgt eine Freigabe oder Blockade einer Luftströmung von einem ersten Gaszugang 6 hin zu einem zweiten Gaszugang 7. Die druckgesteuerte Kontrolle des Dosierventils 10 erfolgt durch eine Anordnung von zwei Stellventilen 21 , 22. Das erste Stellventil 21 weist einen Ventilsitz 1 und einen Ventilantrieb 2 auf. Das zweite Stellventil 22 weist einen Ventilsitz 17 und einen Ventilantrieb 18 auf. Es ist eine Kontrolleinheit 12 vorgesehen, welche über Steuerleitungen 19, 20 eine Stellbewegung A 21‘ am ersten Stellventil 21 , bzw. eine Stellbewegung B 22‘ am zweiten Stellventil 22 ausführen können. Metering valve with a valve housing 10 has a valve disk 3 and a valve seat 4 in the interior. The valve disc 3 is controlled via a control gas line 5, which is coupled to the valve disc 3 by means of a bellows element 5 '. This brings about a movement 9 of the valve disk 3 towards the valve seat 4 or away from the valve seat 4. The movement 9 is pressure-controlled. The metering valve 10 releases or blocks an air flow from a first gas inlet 6 to a second gas inlet 7. The pressure-controlled control of the metering valve 10 is carried out by an arrangement of two control valves 21, 22. The first control valve 21 has a valve seat 1 and a valve seat Valve drive 2 open. The second control valve 22 has a valve seat 17 and a valve drive 18. A control unit 12 is provided which, via control lines 19, 20, can execute an actuating movement A 21 on the first control valve 21 or an actuating movement B 22 ‘on the second control valve 22.
Das erste Stellventil 21 und das zweite Stellventil 22 sind derart in einer pneumatischen Reihenschaltung, in Form einer sogenannten pneumatischen Halbbrücke (H- Brücke, H- Bridge) zwischen einem ersten Steuergaseingang 14 und einem zweiten The first control valve 21 and the second control valve 22 are in a pneumatic series connection, in the form of a so-called pneumatic half-bridge (H-bridge, H-bridge) between a first control gas inlet 14 and a second
Steuergaseingang 16 miteinander verbunden, dass die Drucksteuerung des Dosierventils 10 mit einem dritten Druckniveau P3 derart erfolgt, dass je nach Öffnung- bzw. Control gas inlet 16 connected to one another so that the pressure control of the metering valve 10 takes place with a third pressure level P 3 in such a way that, depending on the opening or
Schließzustand des ersten Stellventils 21 , bzw. des zweiten Stellventils 22 entweder ein erstes Druckniveau Pi 13 oder ein zweites Druckniveau P2 15 als drittes Druckniveau P3 8 dem Ventilgehäuse 10, bzw. der Ventilscheibe 3 des Dosierventils zugeführt werden.The closed state of the first control valve 21 or of the second control valve 22 is either a first pressure level Pi 13 or a second pressure level P2 15 can be fed as a third pressure level P3 8 to the valve housing 10 or to the valve disc 3 of the metering valve.
Auf diese Weise kann die Kontrolleinheit 12 über wechselseitiges Aktivieren bzw. In this way, the control unit 12 can be activated or activated alternately.
Deaktivieren der ersten Steuerleitung Ai 19 sowie der zweiten Steuerleitung Bi 20 die Ventilscheibe 3 in Richtung des Ventilsitzes 4 bewegen oder die Ventilscheibe 3 vom Ventilsitz 4 fortbewegen, so dass entweder eine Strömung von Gas zwischen dem ersten Gaszugang 6 und dem zweiten Gaszugang 7 ermöglicht ist oder nicht. Damit ist mit dem Dosierventil 10 ein gestelltes, gesteuertes wie auch geregeltes Öffnen und Schließen möglich. Wird eine analoge oder getaktet, bzw. modulierte Spannungsansteuerung, beispielsweise als Puls- Weiten Modulation (PWM) der ersten Steuerleitung Ai 19 und zweiten Steuerleitung Bi 20 eingesetzt, so ist als drittes Druckniveau P3 jedes Deactivating the first control line Ai 19 and the second control line Bi 20 move the valve disk 3 in the direction of the valve seat 4 or move the valve disk 3 away from the valve seat 4, so that either a flow of gas between the first gas inlet 6 and the second gas inlet 7 is enabled or Not. A set, controlled and regulated opening and closing is thus possible with the metering valve 10. If an analog or clocked or modulated voltage control, for example as a pulse width modulation (PWM) of the first control line Ai 19 and second control line Bi 20, is used as the third pressure level P3 each
Druckniveau zwischen dem zweiten Druckniveau P und ersten Druckniveau Pi nahezu proportional einstellbar. Wird mit der Spannungsansteuerung ein Signal eines - in dieser Figur 1 nicht gezeigten Drucksensor - zur Erfassung des dritten Druckniveaus P3 in einem Regelkreis rückgekoppelt, so kann das Dosierventil 10 als ein druckgesteuertes, bzw. druckgeregeltes Proportionalventil eingesetzt werden. Pressure level between the second pressure level P and the first pressure level Pi can be adjusted almost proportionally. If a signal from a pressure sensor (not shown in this FIG. 1) for detecting the third pressure level P3 is fed back in a control loop with the voltage control, the metering valve 10 can be used as a pressure-controlled or pressure-controlled proportional valve.
Die Figur 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie zuvor in Figur 1 beschrieben wurde. FIG. 2 shows an arrangement similar to that previously described in FIG.
Gleiche Elemente in den Figuren 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den Figuren 1 und 2 bezeichnet. In der Figur 2 ist im Unterschied zur Figur 1 eine The same elements in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals in FIGS. 1 and 2, respectively. In contrast to FIG. 1, FIG. 2 shows a
Kombination des ersten Gaszugangs mit dem ersten Steuergaseingang 14 realisiert. Über eine Gasfördereinheit 23, beispielsweise ausgestaltet als eine Kolbenpumpe oder ein Radialgebläse, wird Umgebungsluft 25 mittels des ersten Steuergaseinganges 14 und einem mit dem ersten Gaszugang 6 kombinierten Gaseingangs 24 zugleich dem ersten Gaszugang und dem ersten Stellventil 21 zugeführt. Auf diese Weise kann sowohl Umgebungsluft 25 vom ersten Gaszugang 6 hin zu dem zweiten Gaszugang 7 Combination of the first gas inlet with the first control gas inlet 14 is realized. Via a gas delivery unit 23, for example designed as a piston pump or a radial fan, ambient air 25 is fed to the first gas inlet and the first control valve 21 at the same time by means of the first control gas inlet 14 and a gas inlet 24 combined with the first gas inlet 6. In this way, ambient air 25 can flow from the first gas inlet 6 to the second gas inlet 7
freigegeben, bzw. blockiert werden, zudem kann die Umgebungsluft 25, gefördert durch die Gasfördereinheit 23 - und mit der Förderung auf ein Druckniveau Pi 13 gebracht - als Steuergas am ersten Steuergaseingang 14 dem ersten Stellventil 21 zugeführt werden. Vorzugsweise ist in dieser Anordnung das zweite Druckniveau P auf Umgebungsdruck 25, so dass die in dieser Figur 2 gezeigte Ventilanordnung 11‘ als eine mögliche released or blocked, in addition, the ambient air 25, conveyed by the gas delivery unit 23 - and brought to a pressure level Pi 13 with the delivery - can be supplied as control gas at the first control gas inlet 14 to the first control valve 21. In this arrangement, the second pressure level P is preferably at ambient pressure 25, so that the valve arrangement 11 'shown in this FIG
Anordnung für eine Verwendung als ein Inspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung dienen kann, wobei dann in Phasen der Ausatmung - bei geschlossenem ersten Arrangement for use as an inspiration valve for a respiratory device can serve, then in phases of exhalation - with the first closed
Stellventil 21 - die Ventilscheibe 3 des Inspirationsventils auf Umgebungsdruck als Druckniveau P entlastet wird. Falls P einen geringeren Unterdrück als den Control valve 21 - the valve disk 3 of the inspiration valve is relieved to ambient pressure as pressure level P. If P is less than the negative pressure
Umgebungsdruck bereitstellt, so kann die Entlastung der Ventilscheibe 3 mit einer Art aktiver Zurückholung der Ventilscheibe 3 auf beschleunigte Weise erfolgen. Die Figuren 3, 4A, 4B, 5A, 5B zeigen Ausgestaltungen und Umsetzungsvarianten der in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Ventilanordnungen 11 , 11‘. Gleiche Elemente in den Figuren 1 und 2 sowie in den Figuren 3, 4A, 4B, 5A, 5B sind in den Figuren 1 , 2, 3, 4A,Provides ambient pressure, the relief of the valve disk 3 can take place in an accelerated manner with a type of active retraction of the valve disk 3. Figures 3, 4A, 4B, 5A, 5B show embodiments and implementation variants of the valve arrangements 11, 11 'shown in Figure 1 and Figure 2. The same elements in Figures 1 and 2 and in Figures 3, 4A, 4B, 5A, 5B are in Figures 1, 2, 3, 4A,
4B, 5A, 5B mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Figuren 3, 4A, 4B werden nun in einer gemeinsamen Figurenbeschreibung in einen zusammenhängenden Kontext näher beschrieben. 4B, 5A, 5B are denoted by the same reference numerals. Figures 3, 4A, 4B are now described in more detail in a common description of the figures in a coherent context.
In der Figur 3 ist eine Kombination einer Ventilanordnung 11 nach Figur 1 mit einer Ventilanordnung 11‘ nach Figur 2 gezeigt. Diese Kombination bildet eine patientennahe Dosiervorrichtung 27. FIG. 3 shows a combination of a valve arrangement 11 according to FIG. 1 with a valve arrangement 11 ′ according to FIG. This combination forms a dosing device 27 close to the patient.
Die Figur 4A zeigt die patientennahe Dosiervorrichtung 27 nach Figur 3 als Teil einer Beatmungsvorrichtung 27‘ in einem Betriebszustand, in welchem die Ventilanordnungen 11 , 1 T derart eingerichtet sind, dass für einen Patienten 30, welchem mittels dieser Anordnung 27‘ Atemgase zugeführt werden, eine Inspiration möglich ist. FIG. 4A shows the near-patient dosing device 27 according to FIG. 3 as part of a ventilation device 27 'in an operating state in which the valve arrangements 11, 1 T are set up in such a way that a patient 30, to whom breathing gases are supplied by means of this arrangement 27', receives a Inspiration is possible.
Die Figur 4B zeigt ebenfalls die patientennahe Dosiervorrichtung 27 nach der Figur 3 als Teil einer Beatmungsvorrichtung 27“ in einem Betriebszustand, in welchem den Patienten 30 durch die patientennahe Beatmungsvorrichtung 27“ und entsprechend eingerichteten Ventilanordnungen 11 , 1 T eine Exspiration (Ausatmung) ermöglicht ist. FIG. 4B also shows the near-patient dosing device 27 according to FIG. 3 as part of a ventilation device 27 ″ in an operating state in which the patient 30 is enabled to expire (exhalation) by the near-patient ventilation device 27 ″ and correspondingly set up valve arrangements 11, 1T.
In der Figur 3 sind zu den Ventilanordnungen nun 11 ,11“ jeweils die Elemente Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 als miteinander und zueinander wirkende Elemente gezeigt. Der Ventilantrieb 2 kann durch Steuerleitungen 19, 19“, 20, 20“ jeweils an den Ventilsitz 1 herangefahren werden, bzw. vom Ventilsitz 1 jeweils entfernt werden. Sobald der Ventilantrieb 2 an den Ventilsitz 1 jeweils herangefahren ist und in der Position dort gehalten wird, ist jeweils kein Gasfluss durch das Stellventil 21 , 22 (Figur 1) möglich. Aus der Umgebung 25 wird, beispielsweise mittels einer - in dieser Figur 3 nicht gezeigten - Gasförderungseinheit 23 (Figur 2), sowohl Versorgungsgas für den Patienten 30, als auch Gas zur Steuerung der Ventilanordnungen 11 , 1 T, also ein bestimmtes Niveau eines Vordrucks Pi 13 (Figur 2) bereitgestellt. In FIG. 3, for the valve arrangements 11, 11 ″, the elements valve seat 1 and valve drive 2 are shown as elements acting with one another and with one another. The valve drive 2 can be moved up to the valve seat 1 or removed from the valve seat 1 by means of control lines 19, 19 ", 20, 20". As soon as the valve drive 2 has moved up to the valve seat 1 and is held in that position, no gas flow is possible through the control valve 21, 22 (FIG. 1). From the environment 25, for example by means of a - in this Figure 3 not shown - gas delivery unit 23 (Figure 2), both supply gas for the patient 30 and gas for controlling the valve arrangements 11, 1 T, i.e. a certain level of a pre-pressure Pi 13 (Figure 2) provided.
Die Kontrolleinheit 12 kann durch Kontrolle der Steuerleitungen 19, 19“, 20, 20“ die Ventilanordnungen 11 , 1 T jeweils so steuern, dass ein Betriebszustand einer Inspiration, wie in der Figur 4A gezeigt, oder ein Betriebszustand einer Exploration, wie in der Figur 4B gezeigt ist, ermöglicht ist. Die Ventilanordnung 11‘ ist in den patientennahen By checking the control lines 19, 19 ″, 20, 20 ″, the control unit 12 can control the valve arrangements 11, 1T in such a way that an operating state of inspiration, as shown in FIG. 4A, or an operating state of exploration, as in the figure 4B is enabled. The valve arrangement 11 ‘is close to the patient
Dosiervorrichtungen 27, wie in den Beatmungsvorrichtungen 27“, 27“ für die zur Dosierung von inspiratorischem Atemgasgemisch 31 , bzw. für die Fortführung von exspiratorischem Atemgasgemisch 33 in die Umgebung 25 über eine, zumeist als ein Schlauchsystem 37 ausgebildete Atemgasleitung 37, bestehend aus Elementen zur inspiratorischen und exspiratorischen Gaszufuhr, sowie einem Verbindungselement, dem sogenannten Y-Stück 26 über ein Anschlussstück 35 dem Patienten 30, beispielsweise über einen Endotrachealtubus 39, oder über eine Atemmaske 39‘ das inspiratorische Gasgemisch 31 zugeführt, bzw. das exspiratorische Atemgasgemisch 33 vom Patienten 30 fortgeführt. In den Ventilanordnungen 11 ,11 ' bewirken die mittels der Kontrolleinheit 12 und der Steuerleitungen 19, 19‘, 20, 20' in Relation zu den jeweiligen Ventilsitzen 1 , 17 angesteuerten und eingestellten Ventilantriebe 2, 18 jeweils Bewegungen der Dosing devices 27, as in the ventilation devices 27 ", 27" for the Dosing of inspiratory breathing gas mixture 31, or for the continuation of expiratory breathing gas mixture 33 into the environment 25 via a breathing gas line 37, mostly designed as a hose system 37, consisting of elements for inspiratory and expiratory gas supply, as well as a connecting element, the so-called Y-piece 26 The inspiratory gas mixture 31 is supplied to the patient 30 via a connection piece 35, for example via an endotracheal tube 39, or via a breathing mask 39 ′, or the expiratory breathing gas mixture 33 is continued from the patient 30. In the valve arrangements 11, 11 ', the valve drives 2, 18 controlled and set by means of the control unit 12 and the control lines 19, 19', 20, 20 'in relation to the respective valve seats 1, 17 each cause movements of the
Ventilscheibe 3 in Relation zum jeweiligen Ventilsitz 4 der Ventilanordnung 11 , 11‘. Die Balgelemente 5' ermöglichen in den Ventilanordnungen 11 , 11' jeweils den Ausgleich der Bewegungen der Ventilscheiben 3. In den Figuren 3, 4A, 4B sind an den Valve disk 3 in relation to the respective valve seat 4 of the valve arrangement 11, 11 ‘. The bellows elements 5 'make it possible in the valve arrangements 11, 11' to compensate for the movements of the valve disks 3. In FIGS. 3, 4A, 4B, the
Ventilanordnungen 11 , 11 ' jeweils Messstellen für Druckniveaus 8, 41 , bzw. 8, 42 eingezeichnet. Diese Messstellen sollen verdeutlichen, dass durch die Bewegung der Ventilantriebe 2, 2‘, bzw. 18, 18' Druckniveaus an den Ventilscheiben 3 vorhanden sind, welche die Position der Ventilscheiben 3 relativ zu den Ventilsitzen 4 bewirken. Zudem ist eine weitere Messstelle zur Erfassung des Druckniveaus 43 in den Figuren 3, 4A, 4B an dem Verbindungselement (Y- Stück) 26 zwischen Inspirations- und Valve arrangements 11, 11 'each have measuring points for pressure levels 8, 41 and 8, 42 shown. These measuring points are intended to make it clear that, due to the movement of the valve drives 2, 2 ‘or 18, 18 ′, pressure levels are present on the valve disks 3, which effect the position of the valve disks 3 relative to the valve seats 4. In addition, there is a further measuring point for detecting the pressure level 43 in FIGS. 3, 4A, 4B on the connecting element (Y-piece) 26 between the inspiration and
Exspirationsgasführung 31 , 33 des Schlauchsystems 37 vorgesehen. Dieses Druckniveau 43 entspricht dem Atemwegsdruck Pa , der als inspiratorisches Druckniveau mit dem Inspirationsatemgas 31 dem Patienten 30 zugeführt wird, bzw. das Druckniveau 43, das während der Ausatmung des Patienten 30 bis auf das Niveau des sogenannten positiven endexspiratorischen Drucks (PEEP) vorhanden ist. Vorteilhafterweise ist zur Erfassung dieses Druckniveaus ein Drucksensor Pc vorgesehen, welcher ausgebildet ist, den Atemwegsdruck zu erfassen und der Kontrolleinheit 12 zur Steuerung und/ oder Regelung der Beatmung bereitzustellen. Hinsichtlich der Druckniveaus 8, 41 , 8, 42, 43 wird in der Figur 5A in Verbindung mit der Tabelle in Figur 5B weiter ausgeführt, welche Expiratory gas duct 31, 33 of the hose system 37 is provided. This pressure level 43 corresponds to the airway pressure P a , which is supplied to the patient 30 as the inspiratory pressure level with the inspiratory breathing gas 31, or the pressure level 43 which is present during the exhalation of the patient 30 up to the level of the so-called positive end-expiratory pressure (PEEP) . To detect this pressure level, a pressure sensor Pc is advantageously provided, which is designed to detect the airway pressure and make it available to the control unit 12 for controlling and / or regulating the ventilation. With regard to the pressure levels 8, 41, 8, 42, 43, FIG. 5A in conjunction with the table in FIG. 5B further explains which
Druckniveaus an welchen Anordnungen 11 , 1 T der patientennahen Pressure levels at which arrangements 11, 1 T of the patient-oriented
Beatmungsvorrichtung 27, 27‘, 27“ jeweils zu welchen Situationen, d.h. Inspirationsphase und Exspirationsphase führen. In den Figuren 4A, 4B sind die Ventilantriebe 2, 2‘, bzw.Ventilation device 27, 27 ‘, 27" in each case for which situations, i.e. Lead the inspiration phase and expiration phase. In Figures 4A, 4B, the valve drives 2, 2 ‘, or
18, 18' jeweils in den Situationen von Inspiration (Figur 4A) bzw. Exspiration (4B) gezeigt. Somit ermöglichen die Figuren 4A und 4B das prinzipielle Verständnis, wie Inspiration und Exspiration mit der patientennahen Beatmungsvorrichtung 27, 27‘, 27“ möglich ist. Die Figur 4A und 4B zeigen dabei die statischen Zustände der Ventilantriebe 2, 2‘, 18,18' jeweils in Relation zu den Ventilsitzen 1 , T, 17, 17‘. Wird die Beatmung durch eine Kontrolleinheit 12, beispielsweise zur Ausführung einer druckkontrollierten Beatmung gesteuert oder geregelt, so werden die Ventilantriebe 2, 2‘, bzw. 18, 18‘ derart gesteuert, dass entsprechende Druckniveaus 8, 41 , 8, 42 die 18, 18 'each shown in the situations of inspiration (FIG. 4A) and expiration (4B). Thus, FIGS. 4A and 4B enable the basic understanding of how inspiration and expiration are possible with the ventilation device 27, 27 ', 27''close to the patient. FIGS. 4A and 4B show the static states of the valve drives 2, 2 ', 18, 18' in relation to the valve seats 1, T, 17, 17 '. If the ventilation is controlled or regulated by a control unit 12, for example to carry out pressure-controlled ventilation, the valve drives 2, 2 'or 18, 18' are controlled in such a way that corresponding pressure levels 8, 41, 8, 42 the
Membranen 4 dynamisch in Positionswechsel versetzen, so dass sich im Ergebnis ein kontrollierter Atemwegsdruck 43 im Schlauchsystem 37 zur Zuführung zum Patienten 30 ergibt. In der Figur 3 ist angedeutet, dass die Ventilanordnung 11 , 11‘ als gemeinsame Anordnung nah am Patienten 30, d.h. im Wesentlichen zumeist unmittelbar an dem sogenannten Y-Stück 26 angeordnet sind. Dynamically change the position of the membranes 4 so that the result is a controlled airway pressure 43 in the hose system 37 for delivery to the patient 30. In Figure 3 it is indicated that the valve arrangement 11, 11 ‘as a common arrangement close to the patient 30, i.e. are mostly arranged directly on the so-called Y-piece 26.
Es ist aber auch - wie in Figur 3 angedeutet - vorstellbar, dass das Inspirationsgas aus der für die Inspirationsgaszufuhr zuständigen Ventilanordnung 11‘ über eine längere Zuleitung eines Inspirationsschlauches 37‘ dann über das Schlauchsystem 37 und das Verbindungselement 35 zum Patienten 30 mittels des Endotrachealtubus 39, bzw. der Atemmaske 39‘ geführt wird. In einer solchen Ausgestaltung ergibt sich dann der Vorteil, dass die gesamte Steuerungs- oder Regelungstechnik, welche für die Steuerung, bzw. Regelung der Beatmung mit Druck, Durchflussmengen (Flow), Zeitsteuerung (RR, I: E- Ratio) und Beatmungsformen zuständig ist, in einem, in dieser Figur 3 nicht gezeigten Beatmungsgerät ausgestaltet werden kann. Lediglich die Ventilanordnung 11 in However, it is also conceivable - as indicated in FIG. 3 - that the inspiratory gas from the valve arrangement 11 'responsible for the inspiratory gas supply via a longer supply line of an inspiratory hose 37' then via the hose system 37 and the connecting element 35 to the patient 30 by means of the endotracheal tube 39, or the breathing mask 39 'is performed. In such an embodiment there is the advantage that the entire control or regulation technology which is responsible for the control or regulation of ventilation with pressure, flow rates (flow), time control (RR, I: E-Ratio) and ventilation modes , can be configured in a ventilator, not shown in this Figure 3. Only the valve arrangement 11 in
Ausgestaltung als Exspirationsventil ist dann patientennah vorhanden. Dieses hat den Vorteil, dass es keine sogenannte Pendelatmung aus dem Schlauchsystem 37 geben kann, das bedeutet, dass dadurch, dass keine exspiratorische Schlauchleitung zum Beatmungsgerät zurückgeführt wird auch kein Volumen vorhanden ist, aus welchem dann bereits ausgeatmete Atemgase vom Patienten 30 - in Form der Pendelatmung zurückgeatmet werden könnten. Design as an expiration valve is then available close to the patient. This has the advantage that there can be no so-called pendulum breathing from the hose system 37, which means that, because no expiratory hose line is returned to the ventilator, there is also no volume from which breathing gases already exhaled by the patient 30 - in the form of the Pendulum breathing could be breathed back.
In den Figuren 3, 4A, 4B wurden die patientennahen Beatmungsvorrichtungen 27, 27‘, 27“, mit den darin angeordneten Ventilanordnungen 11 , 11‘ beschrieben und ausgeführt. In der Figur 5A ist eine patientennahe Beatmungsvorrichtung 27 gezeigt, in welcher die Zustände der Ventilanordnungen 11 , 11‘ in Zusammenwirkung mit der Kontrolleinheit 12, mit Steuerleitungen 19, 19‘, 20, 20‘ und Druckmessleitungen 40 schematisch skizziert sind. Zudem werden den jeweiligen Ventilantrieben 2, 2‘, bzw. 18, 18‘ der In FIGS. 3, 4A, 4B, the ventilation devices 27, 27, 27 ″ close to the patient were described and implemented with the valve arrangements 11, 11 arranged therein. FIG. 5A shows a ventilation device 27 close to the patient, in which the states of the valve arrangements 11, 11 in cooperation with the control unit 12, with control lines 19, 19 20, 20, 20 and pressure measuring lines 40 are sketched schematically. In addition, the respective valve drives 2, 2 ‘, or 18, 18‘ the
Ventilanordnung 11 , bzw. 11‘ jeweils Druckniveaus zugewiesen. Es sind Druckniveaus PA 8,41 , bzw. PB 8,42 gezeigt. An der Inspirationsventilanordnung 11‘ ist ein Druckniveau PA 8,41 dargestellt. An der Exspirationsventilanordnung 11 ist ein Druckniveau PB 8,42 dargestellt. Ferner sind obere Druckniveaus PH 44 und untere Druckniveaus PL 45 jeweils an den Ventilanordnungen 11 , 11‘ dargestellt. Die Figur 5B dient dem Verständnis der Funktionalitäten nach Figur 5A. Die Figur 5B zeigt in einer tabellarischen Form, wie in der patientennahen Beatmungsvorrichtung 27 nach Figur 5A unterschiedliche pneumatische Zustände an den Ventilscheiben 3 (Figuren 3,Valve arrangement 11 and 11 'each assigned pressure levels. Pressure levels P A 8.41 and P B 8.42 are shown. A pressure level P A 8.41 is shown on the inspiration valve arrangement 11 '. A pressure level P B 8.42 is shown on the expiration valve arrangement 11. Furthermore, upper pressure levels P H 44 and lower pressure levels P L 45 are each shown on the valve arrangements 11, 11 '. FIG. 5B serves to understand the functionalities according to FIG. 5A. FIG. 5B shows in a tabular form, as in the ventilation device 27 close to the patient according to FIG. 5A, different pneumatic states on the valve disks 3 (FIGS. 3,
4a, 4b) der Ventilanordnungen 11 , 1 T (Figuren 3, 4a, 4b, 5a) mittels der Stellventile A1 , B1 , A2, B2 (21 , 22) (Figuren 3, 4a, 4b, 5a) bewirkbar sind. Dabei ergeben sich je nach Aktivierung/ Deaktivierung der Stellventile A1 , B1 , A2, B2 (21 , 22) (Figuren 3, 4a, 4b, 5a) unterschiedliche Druckniveaus PA 8,41 , PB 8,42, PH 44, PL 45 als pneumatische Zustände zur Beeinflussung der Positionen der Ventilscheiben 3 (Figuren 3, 4a, 4b). 4a, 4b) of the valve arrangements 11, 1T (Figures 3, 4a, 4b, 5a) can be brought about by means of the control valves A1, B1, A2, B2 (21, 22) (Figures 3, 4a, 4b, 5a). Depending on the activation / deactivation of the control valves A1, B1, A2, B2 (21, 22) (FIGS. 3, 4a, 4b, 5a), different pressure levels P A 8,41, PB 8,42, PH 44, PL 45 result as pneumatic states for influencing the positions of the valve disks 3 (FIGS. 3, 4a, 4b).
Die Zustände an den Ventilantrieben 2, 2‘, 18, 18 (Figur 5a) der Stellventile A1 , B1 , A2, The states of the valve drives 2, 2 ‘, 18, 18 (Figure 5a) of the control valves A1, B1, A2,
B2 (Figur 5a) sind in der Tabelle dieser Figur 5A wie folgt bezeichnet: B2 (Figure 5a) are designated in the table of this Figure 5A as follows:
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
Tabelle 3 Table 3
Die Zusammenwirkung der Einstellungen der Stellventile A1 , B1 , A2, B2 (Figur 5a) bewirken zusammen mit den Druckniveaus PA 8,41 , PB 8,42, PH 44, PL 45 (Figur 5a) dann Zustände und Zustandsänderungen in Phasen der Beatmung mit Inspiration und The interaction of the settings of the control valves A1, B1, A2, B2 (FIG. 5a) together with the pressure levels P A 8.41, PB 8.42, PH 44, PL 45 (FIG. 5a) then cause states and changes of state in phases of ventilation with inspiration and
Exspiration. Die Druckniveaus PH 44, PL 45 (Figur 5a) sind in Relation zu einem Expiration. The pressure levels PH 44, PL 45 (Figure 5a) are in relation to one
Druckniveau eines Umgebungsdrucks PAMB angegeben. Zudem sind in dieser Figur 5B resultierende Situationen des Atemwegsdrucks PAW = Pc 43 (Figur 5a) am Patienten angegeben. Während der Inspiration ergibt sich nach dem Start der Inspiration ein mittels der Stellventile A1 , B1 , A2, B2 (Figur 5a) durch Steuerung und/ oder Regelung Pressure level of an ambient pressure PAMB specified. In addition, this FIG. 5B shows resulting situations of the airway pressure PAW = Pc 43 (FIG. 5a) on the patient. During inspiration, after the start of inspiration, a control valve A1, B1, A2, B2 (FIG. 5a) results in a control and / or regulation
eingestellter inspiratorischer Druck Pins für den Patienten. Während der Exspiration ergibt sich nach dem Start der Exspiration ein mittels der Stellventile A1 , B1 , A2, B2 (Figur 5a) durch Steuerung und/ oder Regelung eingestellter exspiratorischer Druck Pexsp für den Patienten. Am Ende der Exspirationsphase ergibt sich der exspiratorische Druck PexSp als ein sogenannter positiver endexspiratorischer Druck PPEEP, [PEEP: positive end expiratory pressure], also ein Druck, welcher minimal oberhalb des Umgebungsdrucks gewählt wird, um ein Zusammenfallen (collapse) der Lunge zu verhindern. Ein typischer Wertebereich für einen positiven endexspiratorischen Druck PPEEP ist 5- 8 mbar, Werte oberhalb von PPEEP > 20 mbar sind eher unüblich. set inspiratory pressure Pi ns for the patient. During expiration, after the start of expiration, there is an expiratory pressure P ex sp for the patient, which is set by means of control valves A1, B1, A2, B2 (FIG. 5a) by means of control and / or regulation. At the end of the expiratory phase , the expiratory pressure P exSp results as a so-called positive end expiratory pressure PPEEP, [PEEP: positive end expiratory pressure], i.e. a pressure which is selected to be minimally above ambient pressure in order to prevent the lungs from collapsing . A typical range of values for a positive end-expiratory pressure PPEEP is 5-8 mbar, values above PPEEP> 20 mbar are rather unusual.
Die Figuren 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b zeigen in schematischen Darstellungen verschiedene Ventilanordnungen mit Piezobiegebalken, bzw. Piezoaktuatoren in unterschiedlichen Betriebszuständen. Der Piezobiegebalken als Piezoaktuator dient als ein Stellelement für ein Stellventil. Das Stellventil ermöglicht eine kontrollierte Zuströmung oder eine kontrollierte Abströmung von Atemgasen zu einem Patienten. Als Ausgestaltungen der Ventilanordnungen 11 , 11‘ nach den Figuren 1 , 2, 3, 4A, 4B, 5A sowie 5B werden im Folgenden in den Figuren 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A, 10B, 11 , 12, 13 verschiedene FIGS. 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b show, in schematic representations, various valve arrangements with piezo bending bars or piezo actuators in different operating states. The piezo bending beam as a piezo actuator serves as a control element for a control valve. The control valve enables a controlled inflow or a controlled outflow of breathing gases to a patient. As configurations of the valve assemblies 11, 11 'according to FIGS. 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A and 5B, various are shown below in FIGS. 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A, 10B, 11, 12, 13
Ausgestaltungen der Ventilanordnung 11 , 11‘ schematisch dargestellt. Embodiments of the valve arrangement 11, 11 'are shown schematically.
Die Figuren 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A und 10B werden in einer gemeinsamen Figures 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A and 10B are in a common
Figurenbeschreibung erläutert. Gleiche Elemente in den Figuren 1 , 2, 3, 4A, 4B, 5A, 5B, sowie in den Figuren 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A und 10B werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In der Figur 6 wird in schematischer Darstellung ein Auszug aus der Description of the figures explained. The same elements in FIGS. 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A, 5B and in FIGS. 6, 7, 8, 9A, 9B, 10A and 10B are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, an excerpt from the
Ventilanordnung 11 , 11‘ gemäß der Figuren 1 und 2 gezeigt. Dieser Auszug stellt das erste, bzw. das zweite Stellventil 21 , 21‘, 22, 22‘ schematisch dar. Gezeigt sind ein Ventilantrieb 2, der auf einen Ventilsitz 1 bewegt werden kann. Der Ventilsitz 1 ist derart in einer Strömungsanordnung 28 (Rohrleitung, Rohrleitungsstück, Rohrleitungselement, Schlauchleitung) angeordnet, dass durch Strömungen 28‘, bzw. 28“ durch eine Bewegung des Ventilantriebs ermöglicht oder blockiert werden können. Valve arrangement 11, 11 'shown in FIGS. 1 and 2. This excerpt shows the first and the second control valve 21, 21 ‘, 22, 22‘ schematically. A valve drive 2, which can be moved onto a valve seat 1, is shown. The valve seat 1 is arranged in a flow arrangement 28 (pipeline, pipeline section, pipeline element, hose line) in such a way that flows 28 ‘or 28 ″ can be enabled or blocked by a movement of the valve drive.
Die Figur 7 zeigt eine prinzipielle Ausgestaltung der Figur 6 mit einem Ventilantrieb 2, welcher als ein Biegebalkenelement 49 ausgestaltet ist. Mittels einer Steuerspannung Ux 47 erfolgt eine Auslenkung des Biegebalkens 49 als Auslenkung 200 in Richtung des Ventilsitzes 1. Ohne eine Ansteuerung durch die Steuerspannung Ux 47 können FIG. 7 shows a basic embodiment of FIG. 6 with a valve drive 2, which is designed as a bending beam element 49. A control voltage Ux 47 is used to deflect the bending beam 49 as a deflection 200 in the direction of the valve seat 1. Without being triggered by the control voltage Ux 47
Strömungen 28‘, 28“ in der Anordnung des Stellventils 21 , 21‘, 22, 22‘ zwischen Ventilsitz und Ventilantrieb hindurchströmen. Bei Ansteuerung des Biegebalkens 49 durch die Steuerspannung 47 wird durch die Auslenkung 200 der Ventilantrieb in Richtung des Ventilsitzes bewegt, so dass die Strömungen 28, 28‘ blockiert sind. Diese beiden Currents 28 ‘, 28 in the arrangement of the control valve 21, 21‘, 22, 22 ‘flow through between the valve seat and the valve drive. When the bending beam 49 is activated by the control voltage 47, the valve drive is moved in the direction of the valve seat by the deflection 200, so that the flows 28, 28 sind are blocked. These two
Betriebszustände mit der Steuerspannung Ux47 werden in den Figuren 9A sowie 9B schematisch näher dargestellt. In den Figuren 9A und 9B sind dazu jeweils die Operating states with the control voltage Ux47 are shown schematically in more detail in FIGS. 9A and 9B. In FIGS. 9A and 9B, the
Endpositionen mit geöffnetem Ventil (Uxi) 47 und als geschlossenes Ventil (Ux2) 47 gezeigt. Damit zeigen die Anordnungen nach der Figur 7, bzw. deren Betriebszustände gemäß Figur 9A und Figur 9B eine Ventilanordnung 11 , 11‘ mit einem Stellventil 21 , 21‘, 22, 22‘ mit einer Funktionseigenschaft eines Ventils, das in einem nicht mittels einer Steuerspannung 47 angesteuerten Zustand geöffnet ist. Ein solches Ventil wird üblicherweise als„Normally Open“-Ventil bezeichnet. In dieser Ausgestaltung wird mittels der Steuerspannung Ux 47 (Uxi, Ux2) das Antriebselement 2 dazu bewegt, das Ventil mit einer Auslenkung 200 zu schließen. Dabei wird durch die Auslenkung 200 des End positions with open valve (Uxi) 47 and as closed valve (Ux2) 47 are shown. The arrangements according to FIG. 7 and their operating states according to FIG. 9A and FIG 47 controlled state is open. Such a valve is usually referred to as a “normally open” valve. In this embodiment, the drive element 2 is moved by means of the control voltage Ux 47 (Uxi, Ux2) to close the valve with a deflection 200. The deflection 200 des
Biegebalkens in Richtung des Ventilsitzes die Durchströmung 28‘, 28“ aktiv blockiert. Im Unterschied dazu zeigt die Figur 8 eine Ausgestaltung eines Stellventils 21 , 21 22, 22‘ für eine Ventilanordnung 11 , 11‘, welches in einem nicht angesteuerten Zustand geschlossen ist. Ein solches Ventil wird üblicherweise als„Normally Closed“-Ventil bezeichnet. Mittels einer Ansteuerspannung UY 47 wird eine Auslenkung eines Bending bar in the direction of the valve seat actively blocks the flow 28 ', 28 ". In contrast to this, FIG. 8 shows an embodiment of a control valve 21, 21, 22, 22 'for a valve arrangement 11, 11', which is closed in a non-activated state. Such a valve is usually referred to as a “normally closed” valve. A control voltage U Y 47 is used to deflect a
Biegebalkens 49 bewirkt. Diese Auslenkung 200‘ wirkt gegen einen mittels eines Bending beam 49 causes. This deflection 200 ‘acts against one by means of a
Federelements 51 und eines Widerlagers 55 aufgebrachte Gegenkraft, welche den Biegebalken 49 auf den Ventilsitz 1 drückt, so dass ohne ein Anliegen einer Spring element 51 and an abutment 55 applied counterforce which presses the bending beam 49 onto the valve seat 1, so that without a contact
Steuerspannung UY 47 das Stellventil 21 , 21‘, 22, 22‘ den Zustand eines geschlossenen Ventils aufweist. Durch Anlegen einer Steuerspannung UY 47 wird eine Auslenkung 200 des Biegebalkens 49 gegen das Federelement 51 und das Widerlager 55 bewirkt. Control voltage U Y 47 the control valve 21, 21 ', 22, 22' has the state of a closed valve. By applying a control voltage U Y 47, a deflection 200 of the bending beam 49 against the spring element 51 and the abutment 55 is brought about.
Dadurch sind dann Strömungen 28‘, 28“ zwischen Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 ermöglicht. Ein solches Ventil wird auch als ein sogenanntes„normaly closed“-Ventil bezeichnet. Ohne ein Anlegen einer Steuerspannung UY47 ist ein solches Ventil (N.C., Normally Closed) im Schließzustand. In der Figur 10A und der Figur 10B sind die This then enables flows 28 ′, 28 ″ between valve seat 1 and valve drive 2. Such a valve is also referred to as a so-called “normally closed” valve. If a control voltage U Y 47 is not applied, such a valve (NC, Normally Closed) is in the closed state. In Figure 10A and Figure 10B are the
Zustände eines verschlossenen Ventils im Ruhezustand und eines geöffneten Ventils im aktivierten Zustand gezeigt. Die Auslenkung 200‘ bewirkt die Durchströmung an 28', 28“ in der Figur 10B. Damit wird in den Figuren 9A, 9B sowie 10A und 10B gezeigt, wie Auslenkungen 200, 200' durch die Steuerspannung Uxi, Ux2, UYI , UY2 47 bewirkt werden. Mit diesen beiden Ventiltypen (Normally Open, N.O, sowie Normally Closed, N.C.) ist es ermöglicht, Ventilanordnungen, wie sie in den Figuren 12, 13 gezeichnet sind, States of a closed valve in the idle state and an open valve in the activated state are shown. The deflection 200 'causes the flow to flow at 28', 28 "in FIG. 10B. Thus, FIGS. 9A, 9B and 10A and 10B show how deflections 200, 200 'are caused by the control voltage Uxi, Ux2, U YI , U Y 2 47. With these two valve types (Normally Open, NO and Normally Closed, NC) it is possible to create valve arrangements as shown in FIGS. 12, 13,
aufzubauen. Dabei wird von den Eigenschaften dieser beiden Typen (N.O., N.C.) build up. The properties of these two types (N.O., N.C.)
Gebrauch gemacht, um im stromlosen Zustand, d. h. ohne Ansteuerung durch Ux, bzw. UY47 sicherzustellen, dass in einer Anordnung zur Beatmung 27, 27‘, 27“ (Figur 3, Figur 4A, Figur 4B, Figur 12, Figur 13, Figur 14, Figur 15 die Ausatmung eines Patienten 30 (Figur 5A, Figur 4A, Figur 4B, Figur 3) im stromlosen Zustand ständig ermöglicht ist, da die als Exspirationsventil fungierende 11 Ventilanordnung (Figur 4B) im stromlosen Zustand geöffnet ist. Dieses stellt ein besonderes Merkmal einer sicheren Ausgestaltung dar, der auch im Fehlerfall, welcher beispielsweise durch einen Spannungsausfall verursacht sein kann, immer gewährleistet ist, dass der Patient 30 (Figur 3, Figur 4B) dann in der Lage ist auszuatmen. In den Figuren 9A, 9B, 10A und 10B sind Made use to ensure in the currentless state, ie without control by Ux or U Y 47, that in an arrangement for ventilation 27, 27 ', 27 "(Figure 3, Figure 4A, Figure 4B, Figure 12, Figure 13, 14, 15, the exhalation of a patient 30 (FIG. 5A, FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 3) is continuously enabled in the de-energized state, since the valve arrangement functioning as an expiratory valve (FIG. 4B) is open in the de-energized state This is a special feature of a safe configuration which, even in the event of a fault, which can be caused by a power failure, for example, is always guaranteed that the patient 30 (FIG. 3, FIG. 4B) is then able to exhale. 10A and 10B are
Stützelemente, bzw. Stützkonstruktionen 50 gezeigt, welche die prinzipielle Anordnung der Biegebalken 49 mit Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 zur Gestaltung von Stellventilen 21 , 2T, 22, 22‘ in Ventilanordnungen 11 , 1 T ermöglichen. Diese Stützkonstruktionen 50 sind nur schematisch dargestellt, um die Wirkungsweise der Biegebalken 47 und deren Auslenkungen 200, 200' erläutern zu können. Zu solchen Stützkonstruktionen zählen sowohl Gehäuseteile, Gasführungselemente, sowie auch Dichtelemente, welche in diesen Figuren alle einheitlich mit der Bezugsziffer 50 versehen sind, ohne auf die einzelnen Funktionen dieser Stützkonstruktion, bzw. Konstruktionselemente im Detail einzugehen. Supporting elements or support structures 50 are shown, which enable the basic arrangement of the bending beams 49 with valve seat 1 and valve drive 2 for the design of control valves 21, 2T, 22, 22 'in valve arrangements 11, 1T. These support structures 50 are only shown schematically in order to be able to explain the mode of operation of the bending beams 47 and their deflections 200, 200 '. Such support structures include housing parts, gas routing elements and also sealing elements which are in these Figures are all uniformly provided with the reference number 50, without going into the individual functions of this support structure or structural elements in detail.
Die Figur 11 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu den Figuren 6, 7, 8. FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIGS. 6, 7, 8.
Gleiche Elemente in den Figuren 6, 7, 8, 11 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den Figuren 6, 7, 8, 11 bezeichnet. Dabei wird anstatt eines Biegebalkenelements 49 (Figur 6, 7, 8) ein Piezo-Aktuator 54 eingesetzt, welcher mit Hilfe eines Auflagers 52 und eines Hebelelementes 53 gegen ein Federelement 51 mit Widerlager 55 wirkend eine Auslenkung 200“ ermöglicht. Durch die Auslegung 200“ wird ein Spalt zwischen Ventilsitz 1 und Ventilantrieb 2 vergrößert oder verringert, so dass durch die Strömungsanordnung 28 dann Durchströmungen 28, 28“ stattfinden können. Diese Ausgestaltung 21“, 22“ stellt eine Variante der bisher in den Figuren 6, 7, 8 dargestellten Stellventile dar. Auch in dieser Figur 11 sind Stützkonstruktionen 50 mit Dichtelementen und The same elements in FIGS. 6, 7, 8, 11 are denoted by the same reference numbers in FIGS. 6, 7, 8, 11, respectively. Instead of a bending beam element 49 (FIGS. 6, 7, 8), a piezo actuator 54 is used which, with the aid of a support 52 and a lever element 53, enables a deflection 200 ″ acting against a spring element 51 with an abutment 55. A gap between the valve seat 1 and valve drive 2 is enlarged or reduced by the design 200 ″, so that through the flow arrangement 28 flows 28, 28 ″ can then take place. This embodiment 21 ″, 22 ″ represents a variant of the control valves previously shown in FIGS. 6, 7, 8. In this FIG. 11, too, support structures 50 with sealing elements and
Gasführungselementen schematisch dargestellt, um die prinzipielle Wirkungsweise der Stellventile 21“, 22“ darzustellen. Gas routing elements are shown schematically in order to show the basic mode of operation of the control valves 21 ", 22".
In den Figuren 12 und 13 sind basierend auf den Figuren 6, 7, 8, konkretisierte In FIGS. 12 and 13, based on FIGS. 6, 7, 8, more concrete forms
Ausgestaltungen von Ventilanordnungen 11 , 11‘ mit Biegebalken 47 gezeigt, wie sie als Stellventile 21 , 22 in den Figuren 1 und 2 gezeigt sind. Embodiments of valve arrangements 11, 11 'with bending beams 47 are shown, as shown as control valves 21, 22 in FIGS. 1 and 2.
Gleiche Elemente in den Figuren 1 , 2, 6, 7, 8, 12, 13 sind mit den gleichen Bezugsziffern jeweils in den Figuren 1 , 2, 6, 7, 8, 12, 13 bezeichnet. The same elements in FIGS. 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13 are denoted by the same reference numerals in FIGS. 1, 2, 6, 7, 8, 12, 13, respectively.
Die Figur 12 zeigt Ventilanordnungen 11 , 11‘, welche als ein Inspirationsventil oder Exspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung 27, 27‘, 27“ nutzbar sind. FIG. 12 shows valve arrangements 11, 11 ', which can be used as an inspiration valve or expiration valve for a ventilation device 27, 27', 27 ''.
Über die Steuergaseingänge 14, 16 werden der Anordnung 11 , 11‘ Druckniveaus The arrangement 11, 11 ‘pressure levels are set via the control gas inlets 14, 16
13, 15 bereitgestellt. Mit Hilfe zweier Steuerspannungen Ui, U2 47 und deren 13, 15 provided. With the help of two control voltages Ui, U2 47 and their
Spannungsniveaus wird eine Auslenkung 200 der Biegebalkenelemente 49 bewirkt, was in Verbindung mit den bereitgestellten Druckniveaus 13, 15 ein Druckniveau 8 einstellt, welches dann die Bewegung der Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) in Relation zum Stress levels, a deflection 200 of the bending beam elements 49 is caused, which in conjunction with the provided pressure levels 13, 15 sets a pressure level 8, which then the movement of the valve disc 3 (Figure 1, Figure 2) in relation to
Ventilsitz 4 (Figur 1 , Figur 2) bewirkt und eine Gasströmung zwischen dem ersten Valve seat 4 (Figure 1, Figure 2) causes a gas flow between the first
Gaszugang 6 (Figur 1 , Figur 2) und zweiten Gaszugang 7 (Figur 1 , Figur 2) ermöglicht, teilweise ermöglicht oder verhindert. Gas access 6 (Figure 1, Figure 2) and second gas access 7 (Figure 1, Figure 2) enabled, partially enabled or prevented.
Die Figur 13 zeigt eine Ventilanordnung 11“ mit einer binär wirkenden Funktionsweise. Auch eine solche Ventilanordnung 11“ kann als ein Inspirationsventil oder als ein FIG. 13 shows a valve arrangement 11 ″ with a binary mode of operation. Such a valve arrangement 11 ″ can also be used as an inspiration valve or as a
Exspirationsventil für eine Beatmungsvorrichtung 27, 27‘, 27“ nutzbar sein. Expiration valve for a ventilation device 27, 27 ‘, 27“ can be used.
In der in dieser Figur 13 gezeigten Darstellung ist die Ventilanordnung 11“ mit den Steuergaseingängen 13, 14 und der Wahl der entsprechenden Druckniveaus (P1 > P2) derart ausgebildet, dass ein Inspirationsventil mit einem Ruhezustand an der In the representation shown in this figure 13, the valve arrangement 11 "with the control gas inlets 13, 14 and the selection of the corresponding pressure levels (P1> P2) designed such that an inspiration valve with a rest state on the
Ventilscheibe 3„Normally Closed“ gebildet wird. Valve disk 3 "Normally Closed" is formed.
Dazu ist eines der Biegebalkenelemente 49 in einer als Normally Open- ausgebildeten nach der Figur 7 unteren Anordnung angeordnet und ein weiteres der For this purpose, one of the bending beam elements 49 is arranged in a normally open configuration, as shown in FIG
Biegebalkenelemente 49 in einer als Normally Closed- ausgebildeten nach der Figur 8 oberen Anordnung angeordnet. Über die Steuergaseingänge 14, 16 werden der Bending beam elements 49 are arranged in a normally closed configuration according to FIG. 8 at the top. About the control gas inputs 14, 16 are the
Anordnung 11 Druckniveaus 13, 15 bereitgestellt. Mit Hilfe einer gemeinsamen Arrangement 11 pressure levels 13, 15 provided. With the help of a common
Steuerspannung Us, 47 und deren Spannungsniveau werden gegensinnige Auslenkungen 200, 200‘ der Biegebalkenelemente 49 erzeugt, welche auf die Ventilscheibe 3 wirken. Auch in dieser Figur 13 stellt sich in Verbindung mit den bereitgestellten Druckniveaus 13, 15 ein Druckniveau 8 ein, welches dann die Bewegung der Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) in Relation zum Ventilsitz 4 (Figur 1 , Figur 2) bewirkt und in binäre Funktionalität entweder eine Gasströmung zwischen dem ersten Gaszugang 6 (Figur 1 , Figur 2) und zweiten Gaszugang 7 (Figur 1 , Figur 2) ermöglicht oder verhindert. Werden die Control voltage Us, 47 and their voltage level, opposing deflections 200, 200 200 of the bending beam elements 49 are generated, which act on the valve disk 3. In this figure 13, too, in connection with the provided pressure levels 13, 15, a pressure level 8 is established which then causes the movement of the valve disc 3 (Figure 1, Figure 2) in relation to the valve seat 4 (Figure 1, Figure 2) and in binary functionality either enables or prevents a gas flow between the first gas inlet 6 (Figure 1, Figure 2) and second gas inlet 7 (Figure 1, Figure 2). Will the
Steuergaseingänge 13 und 14, gegeneinander getauscht, so ist die Ventilanordnung 11“ mit den Druckniveaus (P2 > P1) derart ausgebildet, dass ein Exspirationsventil mit einem Ruhezustand an der Ventilscheibe 3„Normally Open“ gebildet wird. Control gas inlets 13 and 14, exchanged for one another, the valve arrangement 11 ″ with the pressure levels (P2> P1) is designed in such a way that an expiratory valve with a rest state is formed on the valve disk 3 “normally open”.
Die in der Figur 12 gezeigte Variante ermöglicht es, über die beiden Steuerspannungen Ui , U2 47 das Druckniveau 8 mit Wirkung auf die Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) proportional einzustellen und so den Grad der Öffnung der Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) in Relation zum Ventilsitz 4 (Figur 1 , Figur 2) kontinuierlich zwischen den Zuständen „vollständig geöffnet“ und„vollständig geschlossen“ zu variieren. Demgegenüber wird in der in der Figur 13 gezeigten Variante eine binäre Umschaltung zwischen genau zwei Zuständen ohne Zwischenzustände mit einer einzigen Steuerspannung ermöglicht. Wenn mit dieser Variante eine Variation von durch Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) und The variant shown in FIG. 12 enables the pressure level 8 with effect on the valve disk 3 (FIG. 1, FIG. 2) to be proportionally set via the two control voltages Ui, U2 47 and thus the degree of opening of the valve disk 3 (FIG. 1, FIG 2) to vary continuously between the states “completely open” and “completely closed” in relation to the valve seat 4 (FIG. 1, FIG. 2). In contrast, in the variant shown in FIG. 13, a binary switchover between exactly two states without intermediate states is made possible with a single control voltage. If with this variant a variation of valve disk 3 (Figure 1, Figure 2) and
Ventilsitz 4 (Figur 1 , Figur 2) strömenden Gasmengen einstellbar sein soll, so kann die gemeinsame Steuerspannung Us, 47 zeitlich moduliert werden, um auf diese Weise eine mittlere strömende Gasmenge zwischen Ventilscheibe 3 (Figur 1 , Figur 2) und Ventilsitz 4 (Figur 1 , Figur 2) einzustellen. Eine solche Modulation kann beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen. Valve seat 4 (Figure 1, Figure 2) is to be adjustable for flowing gas quantities, the common control voltage Us, 47 can be modulated over time in order in this way to generate an average flowing gas quantity between valve disk 3 (Figure 1, Figure 2) and valve seat 4 (Figure 1, Figure 2). Such a modulation can take place, for example, by means of pulse width modulation (PWM).
Wie bereits zu Figur 1 beschrieben kann mit einer Rückkopplung des Druckniveaus 8 in einem Regelkreis ein druckgeregeltes Proportionalventil realisiert werden. BEZUGSZEICHENLISTE As already described in relation to FIG. 1, a pressure-regulated proportional valve can be implemented with feedback of the pressure level 8 in a control circuit. REFERENCE LIST
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Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Ventilanordnung (11 , 1 T) mit einer Kontrolleinheit (12), mit einem Dosierventil (10), mit einem ersten Stellventil (21), einem zweiten Stellventil (22), mit einem ersten Steuergaseingang (14), einem zweiten Steuergaseingang (16), 1. Valve arrangement (11, 1 T) with a control unit (12), with a metering valve (10), with a first control valve (21), a second control valve (22), with a first control gas inlet (14), a second control gas inlet ( 16),
mit einem ersten Gaszugang (6) und einem zweiten Gaszugang (7), with a first gas inlet (6) and a second gas inlet (7),
• wobei das Dosierventil (3) eine Steuergasleitung (5), einen Ventilsitz (4) und eine Ventilscheibe (3) aufweist, • where the metering valve (3) has a control gas line (5), a valve seat (4) and a valve disc (3),
• wobei der erste Steuergaseingang (14) zu einer Zuführung (28, 28‘, 28“) eines bereitgestellten ersten Druckniveaus (13) zu dem ersten Stellventil (21) • where the first control gas inlet (14) to a feed (28, 28 ‘, 28") of a provided first pressure level (13) to the first control valve (21)
ausgebildet ist und der zweite Steuergaseingang (16) zu einer Zuführung eines bereitgestellten zweiten Druckniveaus (15) hin zu dem zweiten Stellventil (22) ausgebildet ist, is designed and the second control gas inlet (16) is designed to feed a provided second pressure level (15) to the second control valve (22),
• wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) • where the first pressure level (13) is greater than the second pressure level (15)
ausgebildet ist, is trained,
• wobei das erste Stellventil (21) an dem ersten Steuergaseingang (14) angeordnet und gasführend mit dem ersten Steuergaseingang (14) verbunden ist und wobei das zweite Stellventil (22) an dem zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet und mit dem zweiten Steuergaseingang (16) gasführend verbunden ist, • wherein the first control valve (21) is arranged on the first control gas inlet (14) and is connected to the first control gas inlet (14) in a gas-carrying manner and the second control valve (22) is arranged on the second control gas inlet (16) and with the second control gas inlet (16) ) is connected to conduct gas,
• wobei die Steuergasleitung (5) mit dem ersten Stellventil (21) und mit dem zweiten Stellventil (22) gasführend verbunden ist, • where the control gas line (5) is connected to the first control valve (21) and to the second control valve (22) to carry gas,
• wobei mittels der Steuergasleitung (5) das erste oder das zweite Druckniveau (13, 15) der Ventilscheibe (3) zugeführt werden können, • whereby by means of the control gas line (5) the first or the second pressure level (13, 15) can be fed to the valve disc (3),
• wobei das erste Stellventil (21) und das zweite Stellventil (22) piezoelektrische Elemente (49, 54) aufweisen, welche mittels elektrischer Anregung (47) aktivierbar sind, um eine Zuführung des ersten oder des zweiten Druckniveaus (13, 15) mittels der Steuergasleitung (5) zu der Ventilscheibe (3) zu bewirken und • wherein the first control valve (21) and the second control valve (22) have piezoelectric elements (49, 54) which can be activated by means of electrical excitation (47) in order to supply the first or the second pressure level (13, 15) by means of the To effect control gas line (5) to the valve disc (3) and
Änderungen des pneumatische n Zustands an der Ventilscheibe (3) einzustellen, To set changes in the pneumatic state on the valve disc (3),
• wobei die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist, durch, den piezoelektrischen • wherein the control unit (12) is formed by the piezoelectric
Elementen (49, 54) zugeordnete elektrische Steuersignale (47), die Aktivierungen der Stellventile (21 , 22) zu bewirken, Electrical control signals (47) assigned to elements (49, 54) to activate the control valves (21, 22),
• wobei die Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart kontrolliert, dass mittels der piezoelektrischen Elemente (49, 54) in der der Steuergasleitung (5) das erste Druckniveau (13) als eine erste Drucksituation oder das zweite Druckniveau (15) als eine zweite Drucksituation gegeben ist, • wobei die Ventilscheibe (3) in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz (4) derart in dem Dosierventil (10) angeordnet ist, in einer Relation zu dem Ventilsitz (4) in Abhängigkeit von einem Vorliegen der ersten oder zweiten Drucksituation (13, 15) bewegbar zu sein, um eine Strömung einer Gasmenge zwischen dem ersten Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) zu ermöglichen, • wherein the control unit (12) controls the electrical control signals (47) in such a way that the first pressure level (13) as a first pressure situation or the second pressure level (15) by means of the piezoelectric elements (49, 54) in the control gas line (5) is given as a second pressure situation, • wherein the valve disc (3) is arranged in cooperation with the valve seat (4) in the metering valve (10), movable in relation to the valve seat (4) depending on whether the first or second pressure situation (13, 15) is present to be to allow a flow of a quantity of gas between the first gas inlet (6) and the second gas inlet (7),
• wobei bei einem Zustand der ersten Drucksituation die Ventilscheibe (3) von dem Ventilsitz (4) fort bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) strömende Gasmenge ermöglicht oder erhöht wird und wobei bei einem Zustand der zweiten Drucksituation die Ventilscheibe (3) zu dem Ventilsitz (4) hin bewegt wird, so dass die zwischen dem ersten • wherein in a state of the first pressure situation, the valve disc (3) is moved away from the valve seat (4) so that the amount of gas flowing between the first gas inlet (6) and the second gas inlet (7) is enabled or increased and with one State of the second pressure situation, the valve disc (3) is moved towards the valve seat (4), so that between the first
Gaszugang (6) und dem zweiten Gaszugang (7) strömende Gasmenge verringert oder blockiert wird. Gas access (6) and the second gas access (7) the amount of gas flowing is reduced or blocked.
2. Ventilanordnung (11 , 11‘) nach Anspruch 1 , wobei 2. valve arrangement (11, 11 ‘) according to claim 1, wherein
das bereitgestellte erste Druckniveau (13) als ein Druck oberhalb des Umgebungsdrucks in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa definiert ist. the provided first pressure level (13) is defined as a pressure above the ambient pressure in a range from 5 hPa to 100 hPa.
3. Ventilanordnung (11 , 11‘) nach Anspruch 1 , wobei 3. valve arrangement (11, 11 ‘) according to claim 1, wherein
das bereitgestellte zweite Druckniveau (15) als ein Druck in einem Bereich von -20 hPa bis 0 hPa definiert ist. the second pressure level (15) provided is defined as a pressure in a range from -20 hPa to 0 hPa.
4. Ventilanordnung (11 , 11‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Valve arrangement (11, 11 ‘) according to one of claims 1 to 3,
wobei ein Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines dritten Druckniveaus (8) in oder an der Steuergasleitung (5) angeordnet ist, wherein a pressure sensor P 3 is arranged in or on the control gas line (5) for detecting a third pressure level (8),
wobei der Drucksensor P3 zu einer Erfassung eines Druckmesswertes in der the pressure sensor P3 for detecting a pressure measurement value in the
Steuergasleitung (5), an dem Balgelement oder an der Ventilscheibe (3) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist. Control gas line (5) is formed on the bellows element or on the valve disc (3) and to provide the pressure measurement value to the control unit (12).
5. Ventilanordnung (11 , 11‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. valve arrangement (11, 11 ‘) according to one of claims 1 to 4,
wobei mindestens ein weiterer Drucksensor Pi, P2 zu einer Erfassung des ersten und/ oder zweiten Druckniveaus (13, 15) in oder an dem ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet ist, wherein at least one further pressure sensor Pi, P 2 is arranged in or on the first control gas inlet (14) and / or the second control gas inlet (16) to detect the first and / or second pressure level (13, 15),
wobei der mindestens eine weitere Drucksensor Pi, P2 zu einer Erfassung eines wherein the at least one further pressure sensor Pi, P 2 to detect a
Druckmesswertes in der ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Pressure measured value in the first control gas inlet (14) and / or the second
Steuergaseingang (16) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Control gas inlet (16) and to provide the pressure measurement value to the
Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist. Control unit (12) is formed.
6. Dosiervorrichtung (11 ,11‘), ausgebildet und ausgestaltet mit einer Ventilanordnung (11‘) mit je zwei Stellventilen (21 , 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Dosing device (11, 11 ‘), formed and configured with a valve arrangement (11‘) each with two control valves (21, 22) according to one of claims 1 to 5,
wobei die beiden Stellventile (21 , 22) angeordnet sind und gasführend derart verbunden sind, dass damit ein Inspirationsventil (11‘) ausgebildet und bereitgestellt wird, wobei eine Atemgasleitung (37) vorgesehen ist, wherein the two control valves (21, 22) are arranged and are connected to conduct gas in such a way that an inspiration valve (11 ‘) is formed and provided with them, a breathing gas line (37) being provided,
wobei das Inspirationsventil (11‘) mittels der Atemgasleitung (37) zu einer dosierten Zuführung von Durchflussmengen (31) an Atemgasen zu dem Patienten (30) hin ausgebildet ist. wherein the inspiration valve (11 ‘) is designed by means of the breathing gas line (37) for a metered supply of flow rates (31) of breathing gases to the patient (30).
7. Dosiervorrichtung (11 ,11‘), ausgestaltet mit einer Ventilanordnung (11) mit je zwei Stellventilen (21 , 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7. Dosing device (11, 11 ‘), designed with a valve arrangement (11) each with two control valves (21, 22) according to one of claims 1 to 5,
wobei die beiden Stellventile (21 , 22) angeordnet sind und gasführend derart verbunden sind, dass damit ein Exspirationsventil (11) ausgebildet und bereitgestellt wird, wobei eine Atemgasleitung (37) vorgesehen ist, wherein the two control valves (21, 22) are arranged and are connected to conduct gas in such a way that an expiration valve (11) is formed and provided with them, a breathing gas line (37) being provided,
wobei das Exspirationsventil (11) mittels der Atemgasleitung (37) zu einer dosierten Fortführung von Durchflussmengen (33) an Atemgasen von einem Patienten (30) fort ausgebildet ist. wherein the expiratory valve (11) is designed by means of the breathing gas line (37) for a metered continuation of flow rates (33) of breathing gases away from a patient (30).
8. Dosiervorrichtung (11 , 11‘) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, 8. Dosing device (11, 11 ‘) according to claim 6 or claim 7,
wobei mindestens eines der Stellventile (21 , 22) ausgebildet ist, dass zumindest eines der zwei Stellventile (21 , 22) sich ohne eine elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet. wherein at least one of the control valves (21, 22) is designed so that at least one of the two control valves (21, 22) is in an open state (N.O.) without electrical activation (47).
9. Dosiervorrichtung (11 , 11‘) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, 9. Dosing device (11, 11 ‘) according to claim 6 or claim 7,
wobei mindestens eines der Stellventile (21 , 22) ausgebildet ist, dass zumindest eines der zwei Stellventile sich ohne eine elektrische Aktivierung (47) in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet. wherein at least one of the control valves (21, 22) is designed so that at least one of the two control valves is in a closed state (N.C.) without electrical activation (47).
10. Dosiervorrichtung (11‘) nach Anspruch 6, Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die zwei Stellventile (21 , 22) das Inspirationsventil (11‘) ausbilden, 10. Dosing device (11 ‘) according to claim 6, claim 8 or claim 9, wherein the two control valves (21, 22) form the inspiration valve (11‘),
wobei sich das erste Stellventil (21) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet und wobei sich das zweite Stellventil (22) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geschlossenen Zustand (N.C.) befindet . wherein the first control valve (21) is in an open state (N.O.) without electrical activation (47) and wherein the second control valve (22) is in a closed state (N.C.) without electrical activation (47).
11. Dosiervorrichtung (11) nach Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9,, wobei die zwei Stellventile (21 , 22) das Exspirationsventil (11) ausbilden, wobei sich das erste Stellventil (21) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem 11. Dosing device (11) according to claim 7, claim 8 or claim 9 ,, wherein the two control valves (21, 22) form the expiration valve (11), wherein the first control valve (21) without electrical activation (47) in one
geschlossenen Zustand (N.C.) befindet und wobei sich das zweite Stellventil (22) ohne elektrische Aktivierung (47) in einem geöffneten Zustand (N.O.) befindet. closed state (N.C.) and wherein the second control valve (22) is in an open state (N.O.) without electrical activation (47).
12. Dosiervorrichtung (11 ,11‘) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , 12. Dosing device (11, 11 ‘) according to one of claims 6 to 11,
wobei mindestens ein weiterer Drucksensor Pi, P zu einer Erfassung mindestens eines Druckniveaus (13, 15) an dem ersten Steuergaseingang (14) und/ oder an dem zweiten Steuergaseingang (16) angeordnet ist, wherein at least one further pressure sensor Pi, P is arranged to detect at least one pressure level (13, 15) at the first control gas inlet (14) and / or at the second control gas inlet (16),
wobei der mindestens eine weitere Drucksensor Pi, P ZU einer Erfassung eines wherein the at least one further pressure sensor Pi, P ZU a detection of a
Druckmesswertes an der ersten Steuergaseingang (14) und/ oder der zweiten Pressure measured value at the first control gas inlet (14) and / or the second
Steuergaseingang (16) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes an die Control gas inlet (16) and to provide the pressure measurement value to the
Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist. Control unit (12) is formed.
13. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”), gebildet mit einem Inspirationsventil (11‘) der Dosiervorrichtung (11‘) nach Anspruch 10 und gebildet mit dem Exspirationsventil (11) der Dosiervorrichtung (11) nach Anspruch 11 , oder Dosiervorrichtung (11 , 11‘) nach Anspruch 12, 13. Ventilation device (27, 27 ', 27 "), formed with an inspiration valve (11') of the dosing device (11 ') according to claim 10 and formed with the expiration valve (11) of the dosing device (11) according to claim 11, or the dosing device ( 11, 11 ') according to claim 12,
wobei mindestens eine Atemgasleitung (37) zu einer Zu- und Fortführung von Atemgasen zu und von einem Patienten (30) vorgesehen ist, wherein at least one breathing gas line (37) is provided for supplying and continuing breathing gases to and from a patient (30),
wobei eine Gasfördereinheit (23) zu einer Förderung von Durchflussmengen an wherein a gas delivery unit (23) to deliver flow rates
Atemgasen mittels der Atemgasleitung (37) zu dem Patienten (30) in oder an der Breathing gases by means of the breathing gas line (37) to the patient (30) in or on the
Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) vorgesehen ist, wobei die Atemgasleitung (37) ein geräteseitiges Ende mit einem geräteseitigen Anschlusselement (37‘) zu einer Ventilation device (27, 27 ’, 27 ″) is provided, the breathing gas line (37) having a device-side end with a device-side connection element (37) to a
gasführenden Verbindung mit den Ventilanordnungen (11 , 11‘) aufweist, has gas-carrying connection with the valve assemblies (11, 11 ‘),
wobei die Atemgasleitung (37) ein patientenseitiges Leitungsende mit einem wherein the breathing gas line (37) has a patient-side line end with a
patientenseitigen Anschlusselement (26) zur dosierten Zu- und Fortführung der Patient-side connection element (26) for the metered supply and continuation of the
Durchflussmengen an Atemgasen zu dem Patienten (30) aufweist. Has flow rates of breathing gases to the patient (30).
14. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach Anspruch 13, 14. Ventilation device (27, 27 ’, 27”) according to claim 13,
wobei die als Inspirationsventil (11‘) ausgebildete Dosiervorrichtung (11‘) derart ausgebildet ist, dass eine gasführende Verbindung (24) zwischen dem ersten the metering device (11 ‘) designed as an inspiration valve (11) being designed in such a way that a gas-carrying connection (24) between the first
Steuergaseingang (14) und der Gasfördereinheit (23) gegeben ist, so dass das erste Druckniveau (13) von der Gasfördereinheit (23) bereitgestellt wird, wobei das erste Druckniveau (15) als ein Druckniveau oberhalb des Umgebungsdruckniveaus (25) von der Gasfördereinheit (23) bereitgestellt wird. Control gas inlet (14) and the gas delivery unit (23) is given, so that the first pressure level (13) is provided by the gas delivery unit (23), the first pressure level (15) being a pressure level above the ambient pressure level (25) from the gas delivery unit ( 23) is provided.
15. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei an das patientenseitige Anschlusselement (26) ein Endotrachealtubus, eine Trachealkanüle oder ein Tracheostoma (39) anschließbar ist. 15. Ventilation device (27, 27 ', 27 ") according to claim 13 or claim 14, wherein an endotracheal tube, a tracheostomy tube or a tracheostoma (39) can be connected to the patient-side connection element (26).
16. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei an das patientenseitige Anschlusselement (26) eine Atemmaske (39‘) anschließbar ist. 16. Ventilation device (27, 27 ’, 27’) according to claim 13 or claim 14, wherein a breathing mask (39 ‘) can be connected to the patient-side connection element (26).
17. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei mindestens ein erster Drucksensor Pc (43) zu einer Erfassung eines Drucks (43) in oder an der Atemgasleitung (37) angeordnet ist, wobei der mindestens erste Drucksensor Pc (43) zu einer Erfassung eines Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung (37) und zu einer Bereitstellung des Druckmesswertes PAW in der Atemgasleitung (37) an die Kontrolleinheit ausgebildet ist. 17. Ventilation device (27, 27 ', 27 ”) according to one of claims 14 to 16, wherein at least one first pressure sensor Pc (43) is arranged to detect a pressure (43) in or on the breathing gas line (37), the at least first pressure sensor Pc (43) is designed to detect a pressure measurement value PAW in the breathing gas line (37) and to provide the pressure measurement value PAW in the breathing gas line (37) to the control unit.
18. Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei an zumindest einer der zwei Dosiervorrichtungen (11 , 1 T) mindestens ein weiterer Drucksensor PA, PB ZU einer Erfassung mindestens eines Druckniveaus PA, PB (8, 41 , 42) in oder an mindestens einer der Steuergasleitungen (5) angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Drucksensor PA, PB ZU einer Erfassung mindestens eines Druckmesswertes an mindestens einer der Steuergasleitungen (5) und zu einer 18. Ventilation device (27, 27 ', 27 ") according to one of claims 13 to 17, wherein at least one further pressure sensor PA, PB to detect at least one pressure level PA, PB (on at least one of the two metering devices (11, 1 T) 8, 41, 42) is arranged in or on at least one of the control gas lines (5), with the at least one further pressure sensor PA, PB ZU recording at least one pressure measurement value on at least one of the control gas lines (5) and to one
Bereitstellung des mindestens einen Druckmesswertes an die Kontrolleinheit (12) ausgebildet ist. Provision of the at least one pressure measurement value to the control unit (12) is formed.
19. Dosiervorrichtung (11 , 1 T) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, 19. Dosing device (11, 1 T) according to one of claims 6 to 12,
sowie Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (1 T) bereitstellt, dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (1 T) die erste Drucksituation gegeben ist und wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Exspirationsventils (11) bereitstellt, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die zweite Drucksituation gegeben ist. and ventilation device (27, 27 ', 27 ”) according to one of claims 13 to 18, wherein the control unit (12) provides electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (1 T) in such a way that for a State of inspiration on the valve disc (3) of the inspiration valve (1 T), the first pressure situation is given and the control unit (12) provides electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the expiration valve (11) so that the second pressure situation is given for a state of inspiration on the valve disc (3) of the expiration valve (11).
20. Dosiervorrichtung (11 , 1 T) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, 20. Dosing device (11, 1 T) according to one of claims 6 to 12,
sowie Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (1 T) bereitstellt, dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (1 T) die zweite Drucksituation gegeben ist und wobei die Kontrolleinheit (12) elektrische Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Exspirationsventils (11) bereitstellt, so dass für einen Zustand der Exspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die erste Drucksituation gegeben ist. and ventilation device (27, 27 ', 27 ”) according to one of claims 13 to 18, wherein the control unit (12) provides electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (1 T) in such a way that for a State of expiration on the valve disc (3) of the inspiration valve (1 T) the second pressure situation is given and wherein the control unit (12) provides electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the expiration valve (11) so that the first pressure situation is given for a state of expiration on the valve disc (3) of the expiration valve (11) is.
21. Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen 21. A method for operating a metering device or ventilation device according to one of claims 6 to 20, wherein the control unit (12) the electrical
Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (11‘) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand einer Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11‘) die erste Drucksituation gegeben ist und die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand der Inspiration an der Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) die zweite Drucksituation gegeben ist. Control signals (47) are provided for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (11 ') so that the first pressure situation and the electrical control signals are given for a state of inspiration on the valve disc (3) of the inspiration valve (11') (47) are provided for the control valves (21, 22) of the expiration valve (11) so that the second pressure situation is given for a state of inspiration on the valve disc (3) of the expiration valve (11).
22. Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung oder Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, wobei von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen 22. A method for operating a dosing device or ventilation device according to one of claims 6 to 20, wherein the control unit (12) the electrical
Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (11‘) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand einer Exspiration an der Ventilscheibe (3) die zweite Drucksituation gegeben ist und die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, so dass für einen Zustand der Exspiration an der Ventilscheibe (3) die erste Drucksituation gegeben ist. Control signals (47) are provided for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (11 ') so that the second pressure situation is given for a state of expiration on the valve disc (3) and the electrical control signals (47) for the Control valves (21, 22) of the expiration valve (11) are provided so that the first pressure situation is given for a state of expiration on the valve disc (3).
23. Verfahren nach Anspruch 21 , 23. The method according to claim 21,
wobei für einen Zustand einer Inspiration, where for a state of inspiration,
mit einem am Patienten (39) in der Phase der Inspiration wirksamen Beatmungsdruck zwischen 5 und 100 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks, with a ventilation pressure between 5 and 100 hPa above ambient pressure effective on the patient (39) in the inspiration phase,
von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (11‘) und des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, dass ein Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von -5 hPa bis 5 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11‘) in the control unit (12) provides the electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (11 ') and of the expiration valve (11) in such a way that a pressure level (13, 15) is in a range of -5 hPa to 5 hPa in relation to the ambient pressure on the valve disc (3) of the inspiration valve (11 ') in
Kombination mit einem Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) wirkt. Combination with a pressure level (13, 15) in a range from 5 hPa to 100 hPa in relation to the ambient pressure acts on the valve disc (3) of the expiratory valve (11).
24. Verfahren nach Anspruch 22, 24. The method according to claim 22,
wobei für einen Zustand einer Exspiration, where for a state of expiration,
mit einem am Patienten in der Phase der Exspiration wirksamen Beatmungsdruck zwischen 0 und 40 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks, with a ventilation pressure effective on the patient in the expiration phase between 0 and 40 hPa above ambient pressure,
von der Kontrolleinheit (12) die elektrischen Steuersignale (47) derart für die Stellventile (21 , 22) des Inspirationsventils (11‘) und des Exspirationsventils (11) bereitgestellt werden, dass ein Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von 5 hPa bis 100 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Inspirationsventils (11‘) in Kombination mit einem Druckniveau (13, 15) in einem Bereich von -20 hPa bis +40 hPa, vorzugsweise -5 hPa bis +40 hPa in Relation zum Umgebungsdruck auf die Ventilscheibe (3) des Exspirationsventils (11) wirkt. the control unit (12) provides the electrical control signals (47) for the control valves (21, 22) of the inspiration valve (11 ') and the expiration valve (11) in such a way that a pressure level (13, 15) in a range of 5 hPa up to 100 hPa in relation to the ambient pressure on the valve disc (3) of the inspiration valve (11 ') in combination with a pressure level (13, 15) in a range from -20 hPa to +40 hPa, preferably -5 hPa to +40 hPa in Relation to the ambient pressure acts on the valve disc (3) of the expiratory valve (11).
25. Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung (11 , 11‘, 11“) oder einer Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 6 bis 20, 25. A method for providing electrical control signals for operating a metering device (11, 11 ‘, 11") or a ventilation device (27, 27 ’, 27") according to one of claims 6 to 20,
wobei für einen Zustand einer Inspiration mit Hilfe der elektrischen Steuersignale (47) an den Stellventilen (21 , 22) eine Kombination von Druckniveaus (13, 15) eingestellt wird, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11), welche ein Exspirationsventil bildet (11) ein erstes Druckniveau (13) einwirkt, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11‘), welche ein Inspirationsventil bildet (11‘) ein zweites Druckniveau (15) einwirkt, wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) ausgebildet ist. wherein for a state of inspiration with the help of the electrical control signals (47) at the control valves (21, 22) a combination of pressure levels (13, 15) is set that the valve disk (3) of the valve arrangement ( 11), which forms an expiratory valve (11), a first pressure level (13) acts that a second pressure level (11 ') is applied to the valve disc (3) of the valve arrangement (11'), which forms an inspiratory valve (11 ') via the control gas line (5). 15) acts, the first pressure level (13) being designed to be greater than the second pressure level (15).
26. Verfahren zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen zu einem Betrieb einer Dosiervorrichtung (11 , 11‘, 11“) oder einer Beatmungsvorrichtung (27, 27’, 27”) nach einem der Ansprüche 6 bis 20, 26. A method for providing electrical control signals for operating a metering device (11, 11 ‘, 11") or a ventilation device (27, 27 ’, 27") according to one of claims 6 to 20,
wobei für einen Zustand einer Exspiration mit Hilfe der elektrischen Steuersignale (47) an die Stellventile (21 , 22) eine Kombination von Druckniveaus (13, 15) eingestellt wird, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11‘), welche ein Inspirationsventil bildet (11‘) ein erstes Druckniveau (13) gegeben ist und, dass über die Steuergasleitung (5) auf die Ventilscheibe (3) der Ventilanordnung (11), welche ein Exspirationsventil bildet (11) ein zweites Druckniveau (15) einwirkt, wobei das erste Druckniveau (13) größer als das zweite Druckniveau (15) ausgebildet ist. whereby, for a state of expiration with the help of the electrical control signals (47) to the control valves (21, 22), a combination of pressure levels (13, 15) is set so that via the control gas line (5) on the valve disc (3) of the valve arrangement ( 11 '), which forms an inspiration valve (11'), a first pressure level (13) is given and that via the control gas line (5) on the valve disc (3) of the valve arrangement (11), which forms an expiration valve (11), a second Acts pressure level (15), the first pressure level (13) being designed to be greater than the second pressure level (15).
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