DE1616488C - Nicht-Rückatmungsventil- - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nicht-Rückatmungsventil für Beatmungsgeräte zur Zwangsbeatmung von Patienten während einer medizinischen Behandlung mit einem unter Druck stehenden Beatmungsgas, z.B. Luft, bestehend aus einem Ventilgehäuse mit einem Einlaß für das Beatmungsgas, einem mit dem Patienten verbindbaren Inspirationsauslaß sowie einem Exspirationsauslaß für vom Patienten ausgeatmete Gase, einem im Ventilgehäuse längs einer Gehäusehauptachse zwischen einer Exspirations- und einer Inspirationsstellung verschieblichen Ventilglied, welches in der Inspirationsstellung eine Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Inspirationsauslaß freigibt und gleichzeitig den Exspirationsauslaß schließt sowie in der Exspirationsstellung mit einer Stirnplatte den Einlaß abschließt, während es gleichzeitig den Inspirationsauslaß mit dem Exspirationsauslaß verbindet, wobei eine magnetische Vorspanneinrichtung auf das Ventilglied eine dieses in seine Exspirationsstellung zu drücken bestrebte Vorspannkraft ausübt, welche mittels einer handbetätigbaren Vorrichtung in ihrer Größe einstellbar ist.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art liegt der Einlaß dem Exspirationsauslaß koaxial zur Gehäusehauptachse gegenüber, während der Inspirationsauslaß zum Patienten zwischen diesen radial ausmündet. Das Ventilglied weist zwei Stirnplatten auf, von denen eine mit einem Ringflansch im Einlaß in der Exspirationsstellung des Ventilgliedes dichtend in Eingriff gelangt und den Zutritt von Beatmungsgas zum Patienten absperrt. Die zweite Stirnplatte am anderen Ende des Ventilgliedes gelangt mit einem Ringflansch im Exspirationsauslaß in Dichtungseingriff, wenn sich das Ventilglied in seiner Inspirationsstellung befindet. In seiner Inspirationsstellung wirken außer der Vorspannkraft der magnetischen Vorspanneinrichtung auf das Ventilglied Druckkräfte ein, welche der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung entgegengesetzt gerichtet sind und aus der Druckdifferenz resultieren, welcher die den Exspirationsauslaß verschließende Stirnplatte des Ventilgliedes ausgesetzt ist. Eine solche Ausgestaltung setzt das Ventilglied einer Summe von Kräften aus, deren Resultierende vom Druck des das Ventil während der Inspirationsphase durchströmenden Beatmungsgases abhängig ist und sich mit Druckschwankungen ändert. Die den Einlaß zugewandte Stirnplatte des Ventilgliedes steht in der Exspirationsstellung desselben praktisch über seine gesamte Fläche unter der Einwirkung des Beatmungsgases im abgeschlossenen Einlaß. Da ein Verschieben des Ventilgliedes gegen die von der Vorspanneinrichtung aufgebrachte Schließkraft durch den Druck des Beatmungsgases erfolgt und dieser Druck im Beatmungsgas jeweils vor Beginn einer Inspirationsphase aufgebaut wird, bis er einen für das öffnen des Ventilgliedes ausreichenden Druckwert erreicht hat, ist ein präzises und schnelles öffnen des Einlasses nicht mit gewünschter Regelmäßigkeit und Sicherheit gegeben, da der Druck im Beatmungsgas bei Beginn der Öffnungsbewegung des Ventilgliedes absinkt und sich vor einem vollständigen öffnen des Ventilgliedes auf einen Wert vermindern kann, der die Schließkraft der Vorspanneinrichtung unterschreitet.

Es ist ferner ein Nicht-Rückatmungsventil bekannt, bei dem der Inspirationsauslaß des Ventilgehäuses dem Einlaß koaxial zur Gehäusehauptachse gegenüberliegt. Der Exspirationsauslaß mündet zwischen diesen radial aus. Das Ventilglied besteht aus einem beidseitig offen ausmündenden Ringschieber, in dem koaxial ein unter Vorspannung einer Feder stehendes Verschlußglied axial beweglich ist. Dieses Verschlußglied weist eine ringförmige Verschlußplatte auf, welche das dem Einlaß zugewandte offene Ende des Ringschiebers in der Exspirationsphase versperrt. Auch bei dieser Ausgestaltung wirken auf das zweiteilige Ventil- oder Steuerglied in der Exspirationsphase neben der Federschließkraft Kräfte ein, die aus einer Druckdifferenz zwischen dem Druck im Beatmungsgas im Einlaß und dem Druck des vom Patienten kommenden Exspirationsgases resultieren.

Abgesehen von dem baulichen Aufwand eines zweiteiligen Ventilgliedes und den daraus resultierenden Gefahren für Betriebsstörungen besteht auch bei diesem Ventil weiterhin die Gefahr eines Hängenbleibens auf dem Wege aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung für die Inspirationsphase, da unmittelbar nach Abheben der Verschlußplatte infolge des Druckabfalls im Beatmungsgas ein labiler Kräftezustand auftreten kann.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe und ist, ausgehend von einem Ventil der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Einlaß und der Inspirationsauslaß koaxial zur Gehäusehauptachse angeordnet sind und der Exspirationsauslaß zwischen diesen radial ausmündet, die Stirnplatte des Ventilglieds einen mittleren Verschlußbereich und einen diesen umgebenden Außenbereich aufweist, von denen in der Exspirationsstellung des Ventilglieds der Verschlußbereich der Beaufschlagung von Beatmungsgas im Einlaß ausgesetzt und der mit zumindest einer axialen Durchtrittsöffnung versehene Außenbereich dieser Beaufschlagung entzogen ist, und die Stirnplatte Bestandteil eines Rohrschiebers ist, dessen axialer Mantel das Steuerglied für den Exspirationsauslaß bildet. Im Einlaß des Ventilgehäuses kann ferner in an sich bekannter Weise ein nach innen gerichteter Ringflansch vorgesehen sein, dessen dem Inspirationsauslaß zugewandte Ringfläche in Exspirationsstellung des Ventilgliedes dessen mit der Durchtrittsöffnung versehenen Außenbereich der Stirnplatte abdeckt und mit einer axialen Dichtungsringrippe an der Stirnplatte in Dichtungseingriff gelangt. Der Rohrschieber kann ferner am Außenumfang zumindest zwei sich radial erstreckende Dichtungsvorsprünge aufweisen, die das Ventilglied im Ventilgehäuse verschieblich führen, wobei der Exspirationsauslaß aus dem Ventilgehäuse zwischen dem Inspirationsauslaß und dem Führungsbereich des Gehäuses für die Dichtungsvorsprünge am Rohrschieber ausmündet.

Bei dem Ventil nach der Erfindung wirkt das Beatmungsgas bei vom Ventilglied geschlossenem Einlaß lediglich auf die relativ verminderte Verschlußfläche der Stirnplatte des Ventilgliedes ein, um mit seinem Druck das Ventilglied gegen die Schließkraft der magnetischen Vorspanneinrichtung zu öffnen. Sobald das Ventilglied sich von seinem Sitz abhebt, vergrößert sich unmittelbar die Fläche der Stirnplatte des Ventilgliedes, auf welche nunmehr das Beatmungsgas in Öffnungsrichtung einwirkt. Dadurch ist sichergestellt, daß trotz eines Druckabfalls im Augenblick des öffnens des Ventilgliedes auf dieses eine in jedem Fall ausreichende Öffnungskraft einwirkt, die ein schnelles und sicheres vollständiges

Öffnen gewährleistet. Sobald das Beatmungsgas die Durchtrittsöffnung oder -öffnungen im Außenbereich der Stirnplatte des Ventilgliedes durchströmt und der Patient auf diese Weise zwangsbeatmet ist, wirkt auf das Ventilglied selbst allseits ein und derselbe Druck des Beatmungsgases ein, so daß das Ventilglied nunmehr ausschließlich noch unter der Krafteinwirkung der magnetischen Vorspanneinrichtung steht. Das Ausschließen von Gasdruckdifferenzen auf das Ventilglied in seiner Exspirationsstellung hat zur Folge, daß das Ventilglied ausschließlich unter der Einwirkung der Schließkraft der magnetischen Vorspanneinrichtung steht, die in Größe und Richtung eindeutig bestimmbar ist und eine präzise Begrenzung und Bestimmung der Inspirations- und der Exspirationsphase erlaubt. Das Ventil ist daher sehr genau einstellbar und arbeitet mit hoher Empfindlichkeit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht ist, es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Nicht-Rückatmungsventil in einer Stellung des Ventilgliedes, in der der Einlaß mit dem Inspirationsauslaß in Verbindung steht,

, F i g. 2 eine Darstellung des Ventils nach F i g. 1 mit einer Stellung des Ventilgliedes, in der der Inspirationsauslaß mit dem Exspirationsauslaß verbunden ist.

Das Nicht-Rückatmungsventil weist ein Ventilgehäuse 10 auf, das vorzugsweise aus einem Metallgußstück einer Aluminiumlegierung, z. B. Duralumin, besteht oder aus Kunststoff hergestellt ist. Das Ventilgehäuse 10 hat eine rohrförmige Grundform, wobei ein offenes Ende einen Einlaß 11 und das diesem gegenüberliegende andere Ende einen zum Patienten führenden Inspirationsauslaß 12 bildet. Ein Mittelteil 13 des Ventilgehäuses nimmt ein in diesem axial gleitend bewegliches Ventilglied 14 auf und umfaßt einen etwa rohrförmigen Stutzen 15, welches den Exspirationsauslaß 16 bildet.

An dem Übergang zwischen dem Einlaß 11 und dem Mittelteil 13 des Ventilgehäuses 10 ist ein nach innen gerichteter Ringflansch 17 vorgesehen, der eine Öffnung 18 mit einem reduzierten Durchmesser für den Übertritt von Beatmungsgas, z. B. Luft und/oder Narkosegas vom Einlaß 11 her in das Mittelteil 13 des Ventilgehäuses bildet.

Der Mittelteil 13 des Ventilgehäuses 10 weist einen ringförmigen Durchtrittsspalt 19 auf, der über einen Ringschlitz 20 nahe dem Inspirationsauslaß 12 mit dem Innenraum des Gehäusemittelteils und dem Exspirationsauslaß 15,16 in Verbindung steht. Befindet sich das Ventilglied in seiner Inspirationsstellung (Fig. 1), so wird der Ringschlitz20 von diesem verschlossen. Zur Verbesserung der Strömung während der Exspirationsphase weist das Ventilgehäuse 10 an dem an den Inspirationsauslaß 12 angrenzenden Ende des Mittelteils 13 einen ringförmigen Schrägwandbereich 21 auf. Zur Bildung eines Ventilsitzes ist innerhalb des Schrägwandbereiches 21 eine sich radial erstreckende, ebene Fläche 21' vorgesehen.

Das einen Rohrschieber bildende Ventilglied 14 kann ebenfalls ein Metallgußstück sein und besteht vorzugsweise aus der gleichen Aluminiumlegierung, wie sie zur Herstellung des Ventilgehäuses 10 verwendet wird. Statt dessen kann das Ventilglied 14 auch aus Kunststoff hergestellt sein. Es weist einen rohrförmigen Mantel 22 auf, an dessen Außenumfang zwei sich radial erstreckende Dichtungsvorsprünge 23' ausgeformt sind, die mit der Innenfläche des Mittelteils 13 des Ventilgehäuses 10 im Gleiteingriff stehen. Die Dichtungsvorsprünge 23' schaffen eine im wesentlichen gasdichte Verbindung zwischen dem Außenumfang des Ventilgliedes 14 und der Innenfläche des Gehäusemittelteils 13 und sind an ihren Außenkanten vorzugsweise abgerundet, z. B. mit einem Radius von oder zwischen 0,4 und 0,8 mm. Das Ende des Ventilgliedes 14, das dem Einlaß 11 zugewandt ist, weist eine Stirnplatte 23 auf, die eine zentrale Buchse 24 trägt, hi der ein Dauermagnet 25 angebracht ist. Dieser bildet einen Teil einer magnetischen Vorspannungseinrichtung. An der Außenfläche der Stirnplatte . 23 ist eine sich axial erstreckende Dichtungsringrippe 26 angeformt, die mit dem Ringflansch 17 in Dichtungseingriff gelangt, wenn sich das Ventilglied 14 in Exspirationsstellung (Fig. 2) befindet. Durch die Stirnplatte 23 erstreckt sich eine Anzahl radial außerhalb der Dichtungsringrippe 26 gelegener Durchtrittsöffnungen 27. Das der Stirnplatte 23 abgewandte Ende des Ventilgliedes 14 ist offen und weist vorzugsweise eine abgerundete Stirnkante 28 auf, die mit der Fläche 21' des Ventilgehäuses 10 gasdicht im Eingriff steht, wenn sich das Ventilglied in seiner Inspirationsstellung befindet.

Die magnetische Vorspannungseinrichtung weist außer dem Dauermagneten 25 einen weiteren Dauermagneten 29 auf, der im Vergleich zu dem Dauermagneten 25 entgegengesetzt gepolt und von einer manuell einstellbaren Vorrichtung 30 getragen ist. Die Einstellvorrichtung 30 weist einen Einsatz 31 auf, der im Einlaß 11 gleitend beweglich ist, eine sich durch diesen erstreckende Öffnung 32 aufweist und den Dauermagneten 29 trägt. Eine Muffe 33, die auf dem Einlaßende 11 des Ventilgehäuses 10 verschieblich ist, ist über eine Schraube 34 mit dem Einsatz 31 verbunden. Die Muffe 33 und der Einsatz 31 können aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kunststoff hergestellt sein. Die Schraube 34 durchgreift das Ventilgehäuse 10 in einer Öffnung 35, welche die Form eines Schraubenlinienabschnitts hat, um einen Teil eines groben Schraubgewindeganges zu bilden. Durch ein Drehen der Muffe 33 kann so eine Axialbewegung des Dauermagneten 29 in Richtung auf den Dauermagneten 25 zu oder von diesem hinweg bewirkt werden. Jeder der Dauermagneten kann durch ein magnetisches Eisenstück ersetzt werden.

Im Betrieb ist der Einlaß 11 über eine geeignete, vorzugsweise flexible Leitung an das Vorratsbehältnis einer üblichen Narkoseapparatur angeschlossen. Der Inspirationsauslaß 12 ist mit dem Patienten verbunden. Der Funktionsablauf setzt ein, wenn sich das Ventilglied 14 in seiner in F i g. 2 dargestellten Exspirationsstellung befindet und den Einlaß verschließt. Wenn das Beatmungsgas im Vorratsbehältnis unter einem geeigneten Überdruck steht, überwindet es mit seiner Druckkraft auf den zentralen Verschlußbereich der Stirnplatte 23 die Vorspannkraft zwischen den Magneten 25 und 29 und schiebt das Ventilglied 14, in der Zeichnung nach rechts, in die in Fig. 1 dargestellte Inspirationsstellung.

Das Beatmungsgas strömt entlang der durch die Pfeile 36 in F i g. 1 eingezeichneten Bahn durch den Einlaß 11 zum Inspirationsauslaß 12 und zum Patienten. Aus den Pfeilen ist ersichtlich, daß das Gas den Einlaß 11, die Öffnung 32 im Einsatz 31, die vom

Ringflansch 17 begrenzte öffnung 18, das Innere des Ventügehäuses 10, die Durchtrittsöffnungen 27 in der Stirnplatte 23 des Ventilgliedes 14, das Innere des Ventilgliedes 14 und den Inspirationsauslaß 12 passiert. Sobald sich das Verstellglied aus seiner Exspirationsstellung in F i g. 2 nach rechts bewegt und das Beatmungsgas die öffnung 18 durchströmt, tritt sie nahezu umgehend durch die Durchtrittsöffnungen 27 hindurch, so daß sich der Druck auf beiden Seiten der Stirnplatte 23 des Ventilgliedes 14 schnell ausgleicht. Infolgedessen bewegt sich das Ventilglied 14 unter der praktisch allein einwirkenden Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung relativ schnell nach links und schließt den Einlaß (F i g. 2). Dadurch wird die Inspirationsphase beendet und die Exspirationsphase beginnt. Vom Patienten kommendes Ausatmungsgas passiert das Ventil in Richtung der Pfeile 37 in F i g. 2 und durchströmt dabei den Inspirationsauslaß 12, den Ringschlitz 20, den Durchtrittsspalt 19. Hat sich der Druck im Vorratsbehältnis wieder ao hinreichend aufgebaut, um die Schließkraft der Dauermagnete 25 und 29 zu überwinden, so bewegt sich das Ventilglied 14 von neuem nach rechts, um die in F i g. 1 dargestellte Stellung einzunehmen. Dabei schließt das Ventilglied 14 durch seine Bewegung nach rechts den Ringschlitz 20 mittels seiner Stirnkante 28, so daß der Weg von dem Exspirationsauslaß 16 zum Inspirationsauslaß 12 versperrt ist.

Da das Ventilglied 14 nach Öffnen des Einlasses 11 und eingetretenem Druckausgleich im wesentlichen vollständig unter Einwirkung der magnetischen Vorspannungseinrichtung steht, erfolgt das Verschließen des.. Einlasses 11 mit großer Genauigkeit und Sicherheit.

Claims (5)

Patentansprüche: 35

1. Nicht-Rückatmungsventil für Beatmungsgeräte zur Zwangsbeatmung von Patienten während einer medizinischen Behandlung mit einem unter Druck stehenden Beatmungsgas, z. B. Luft, bestehend aus einem Ventilgehäuse mit einem Einlaß für das Beatmungsgas, einem mit dem Patienten verbindbaren Inspirationsauslaß sowie einem Exspirationsauslaß für vom Patienten ausgeatmete Gase, einem im Ventilgehäuse längs einer Gehäusehauptachse zwischen einer Exspirations- und einer Inspirationsstellung verschieblichen Ventilglied, welches in der Inspirationsstellung eine Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Inspirationsauslaß freigibt und gleichzeitig den Exspirationsauslaß schließt sowie in der Exspirationsstellung mit einer Stirnplatte den Einlaß abschließt, während es gleichzeitig den Inspirationsauslaß mit dem Exspirationsauslaß verbindet, wobei eine magnetische Vorspanneinrichtung auf das Ventilglied eine dieses in seine Exspirationsstellung zu drücken bestrebte Vorspannkraft ausübt, welche mittels einer handbetätigbaren Vorrichtung in ihrer Größe einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Einlaß (11) und der Inspirationsauslaß (12) koaxial zur Gehäusehauptachse angeordnet sind und der Exspirationsauslaß (15) zwischen diesen radial ausmündet, die Stirnplatte (23) des Ventilglieds (14) einen mittleren. Verschlußbereich und einen diesen umgebenden Außenbereich aufweist, von denen in der Exspirationsstellung des Ventilglieds der Verschlußbereich der Beaufschlagung von Beatmungsgas im Einlaß ausgesetzt und der mit zumindest einer axialen Durchtrittsöffnung (27) versehene Außenbereich dieser Beaufschlagung entzogen ist, und die Stirnplatte Bestandteil eines Rohrschiebers ist, dessen axialer Mantel (22) das Steuerglied für den Exspirationsauslaß bildet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaß (11) des Ventügehäuses (10) in an sich bekannter Weise ein nach innen gerichteter Ringflansch (17) vorgesehen ist, dessen dem Inspirationsauslaß (12) zugewandte Ringfläche in Exspirationsstellung des Ventilgliedes (14) dessen mit der Durchtrittsöffnung (27) versehenen Außenbereich der Stirnplatte (23) abdeckt und mit einer axialen Dichtungsringrippe (26) an der Stirnplatte in Dichtungseingriff gelangt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (22) am Außenumfang zumindest zwei sich axial erstrekkende Dichtungsvorsprünge (23') aufweist, die das Ventilglied (14) im Ventilgehäuse (10) verschieblich führen, und der Exspirationsauslaß (16) aus dem Ventilgehäuse (10) zwischen dem Inspirationsauslaß (12) und dem Führungsbereich des Mittelteils (13) des Ventilgehäuses für die Dichtungsvorsprünge am Rohrschieber ausmündet.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Exspirationsauslaß (16) in an sich bekannter Weise von einem Rohrstutzen (15) gebildet ist, der an den Innenraum des Ventilgehäuses (10,13) über einen ringförmigen Durchtrittsspalt (19) angeschlossen ist, welcher sich vollständig um den Mittelteil (13) des Ventügehäuses erstreckt und über einen Ringschlitz (20) mit dem Gehäuseinnern in Verbindung steht.

5. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Vorspanneinrichtung mit zwei Magneten, von denen einer im Ventüglied abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (29) in einem Einsatz (31) im Einlaß (11) untergebracht und der Einsatz (31) mit seinem Magneten (29) mittels einer Muffe (33) in axialer Richtung verschieb- und feststellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen