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Luftpumpe für Geräte für die Zwangsbeatmung des menschlichen Körpers
Die
Erfindung bezieht sich auf Geräte für die Zwangsbeatmung des menschlichen Körpers.
Es sind z. B. derartige Geräte bekannt, bei denen der Körper des Patienten im allgemeinen
mit Ausnahme des Kopfes von einem starren Gehäuse aufgenommen wird, das dann gegenüber
dem Hals des Patienten abgedichtet ist. Wesentlich ist bei derartigen Geräten, daß
insbesondere der Brustkorb des Patienten im Rhythmus Ider Atmung athwechselnd einem
Über- und Unterdruck ausgesetzt wird, während die Atmungsorgane unter einem gleichbleibenden
Luftdruck stehen. Durch dieses Verfahren wird eine künstliche Atmung erreicht, da
der Brustkorl> abwechselnd zusammengedrückt undl ausgectehnt wird.
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Es sind weiterhin Geräte bekannt, die an die Atmungsorgane der Menschen
unmittelbar angeschlossen werden und mit deren Hilfe abwechselnd in die Lunge Luft
eingedrückt und Luft aus der Lunge abgesaugt wird.
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Bei den bisher bekannten Geräten werden der Über- bzw. Unterdruck
mit einer Pumpe erzeugt, die bei den zuerst beschriebenen Geräten im allgemeinen
elektrisch angetrieben wird. Bei den bisher bekannten Atmungsmaschinen können nun
durch Veränderung des Antriebs des Übersetzungsverhältnisses die Atemfrequenz und
durch eine Veränderung der Hubgröfe der Pumpe der Über- bzw.
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Unterdruck verändert werden. In allen Fällen sind a+er die Zeitintervalle,
während deren der Oher-
bzw. Unterdruck erzeugt wird und die der
Ein atem- und der Ausatemphase entsprechen, einander gleich. Dies ist von Nachteil,
da bei einer natürlichen Atmung insbesondere bei geringer Atemtätigkeit, so z. B.
bei körperlicher Ruhe, die Ausatemphase länger dauert als Idlie Einatemphase.
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Außerdem folgt der Ausatemzeit noch eine Ruhepause in der Atmung,
die mit Hilfe der bisher bekannten Vorrichtungen ebenfalls nicht erzeugt werden
kann. Man könnte zwar daran denken, den normalen Kurbelantrieb durch einen Antrieb
mit einer Kurbelschwinge zu ersetzen. Bei einer derartigen Vorrichtung kann aber
Idann nicht ohin weiteres das Verhältnis der verschiedenen Phasen geändert werden,
vielmehr ist hierzu eine umständliche Veränderung der Schwingenlänge nötig. Die
Ruhepause nach der Ausatmung ist aber auch mit Hilfe einer Kurbelschwinge nicht
erreichbar.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten
Verfahrensweise zu vermeiden. Die Erfindung l)esteht darin, daß die Pumpe des Gerätes
für die künstliche Atmung hydraulisch angetrieben wird. Dazu dient im allgemeillen
eine hydraulische Pumpe, die als doppelseitige Pumpe ausgebildet sein kann. Dabei
entspricht die Bewegung der Pumpe in der einen Richtung der Ausatem- und in der
anderen Richtung der Einatemphase. Die Geschwindigkeit des Zuflusses von Druckflüssigkeit
zur Pumpe kann Ilun in denkbar einfacher Weise Idurch Regulierung eines Zuflußventils
in Abhängigkeit von den ein zelnen Stellungen der Pumpe erfolgen. Beispielsweise
kann die Pumpe beim Erreichen einer Endlage durch einen Anschlag ein Zuflußventil
eines verhältnismäßig großen Querschnittes öffnen, so daß die Pumpe durch die zuströmende
Flüssigkeit mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit bewegt wird. Diese Bewegung
entspricht der Einatempilase. Wenn die Pumpe die andere Endstellung erreicht hat,
kann das erste Ventil durch den gleichen Anschlag geschlossen und ein zweites Ventil
ebenfalls durch einen Anschlag geöffnet werden, das einen geringeren Durchfluß eines
Flüssigkeitsstromes freigibt, der die Pumpe langsamer in umgekehrter Richtung bewegt.
Diese Bewiegung entspricht der Ausatemphase. Dabei können die Ventilöffnungen verstellbar
ausgebitdet sein.
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Es ist aber auch möglich, von den Ventilen in die Druckleitung verstellbare
Drosselventile einzubauen usw.
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Der hydraulische Antrieb kann in einfachster Form dadurch erfolgen,
daß die Pumpe an ein Druckwassernetz angeschlossen wird. Dabei kann die Pumpe an
das Druckwassernetz über ein Umschaltventil etwa in Form eines Dreiwegehahns angeschaltet
sein, der seinerseits in den Endstellungen der Pumpe z. B. durch einfachen Anschlag
umgestellt wird. Der Flüssigkeitsabfluß der Pumpe kann durch ein in gleicher Weise
gesteuertes Ventil geregelt werden. Um die Zuflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit
zu regulieren und dadurch Unterschiede in der Ein- und Ausatemphase zu erreichen,
können unterschiedliche Mittel angewandt werden. So können z. B. in die Zuflußleitungen
der einzelnen Pumpenseiten verstellIare Ventile angeordnet sein usw.
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Um von einem Druckwassernetz unabhängig zu sein, kann zum hydraulischen
Antrieb eine Druckflüssigkeit dienen, die durch eine elektrisch angetriebene Pumpe
erzeugt wird. Dabei kann der Flüssigkeitszu- und Abfluß zu einem geschlossenen Kreislauf
verbunden sein. Eine einfache Ausführung einer derartigen Antriebsvorrichtung besteht
darin, daß die hydraulische Pumpe über ein von der Luftpumpe gesteuertes Umschaltorgan
an einen Flüssigkeitszu- und -abfluß angeschaltet ist, der einen Flüssigkeitskreislauf
bilden kann. Als Flüssigkeit kann Wasser, Öl oder jedes andere geeignete Mittel
dienen.
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Zur Steurung ,der Atemfrequenz kann ein verstellbares Nebenflußrücklaufventil
angeordnet sein.
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Dieses kann bei einem geschlossenen Kreislaufsystem zwischen Druck-
und Saugleitung der das Kreislaufsystem antreibenden Pumpe, d.h. an einer Umgehungsleitung,
angeschlossen sein. In gleicher Weise kann ein derartiges Ventil in einer Abzweigleitung
einer Pumpe eines Pumpenantriebes eingeschaltet sein, bei dem zum Antriel> das
Druckwasser eines Wassernetzes dient. In diesem Fall wird also die Atemfrequenz
nicht durch die Menge der gesamten Wasserzufuhr bzw. bei einem Kreislaufsystem durch
die Menge der umgewälzten Wassermengen geregelt, vielmehr erfolgt die Regelung durch
Veränderung der Menge eines dem Antriebsystem parallel liegenden Nebenflussen, in
dem zweckmäßig ein verstellbares Ventil eingebaut ist.
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Je weiter das Ventil geöffnet wird, um so mehr Wasser fließt im Nebenfluß,
so daß die Geschwindigkeit der angetriebenen Pumpe abnimmt.
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Um das Verhältnis zwischen Einatem- und Ausatemphase zu verändern,
können insbesondere für den Antrieb i,m geschlossenen Kreislauf unterschiedliche
Mittel dienen. So kann z. B. die Druckleitung über ein vorzugsweise einstellbares
Nebenschlußventil mit einer der beiden Pumpenseiten verbunden sein. Ist diese Pumpenseite
in der einen P'hase durch das Steuermittel mit der Druckleitung verbunden, so wird
der Zufluß durch das Nebenschlußventil und damit die Geschwindigkeit des entsprechenden
Arbeitshubes erhöht. Bei der rückläufigen Belegung, bei der von der gleichen Pumpenseite
die Flüssigkeit al>strömt, wird der Druck durch die den Nebenschluß zufließende
Flüssigkeit erhöht, so daß idas Abströmen verlangsamt wird, d. h. die Pumpe arbeitet
bei der rückläufigen Bewegung mit einer langsameren Geschwindigkeit.
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In gleicher Weise wirkt eine Vorrichtung, bei der eine der beiden
Pumpenseiten durch ein vorzugsweise einstellbares Nebenschlußventil mit dem Abfluß
bzw. der Saugleitung verbunden ist. In diesem Fall wird der Druck auf der Pumpenseite
stets vermindert sein, da die Flüssigkeit abfließen kann bzw. abgesaugt wird. In
beiden Fällen ist zweckmäßig das Nebenschlußventil verstellbar ausgebildet, so daß
die Menge des durchströmenden
Wassers verändert werden kann. Dadurch
kann das Verhältnis der Phasen verändert werden. In allen Fällen wird bei einer
Vergrößerung des Querschnittes der Unterschied zwischen der Länge der beiden Phasen
el)enfalls vergrößert.
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Das die Atemfrequenz steuernde Nebenflußrücklaufventil, das zwischen
Saug- und Druckleitung bzw. Zufluß- und Abflußleitung eingeschaltet sein kann, und
die anderen Nebenschlußventille, die entweder zwischen der Druckleitung und einer
Pumpenseite und/oder der Saugleitung und einer Pumpenseite angeordnet sind, können
miteinander gekoppelt sein. Die Kopplung kann darin bestehen, daß bei einer Verkleinerung
des Querschnittes des Nebenflußrücklaufventils, d.h. als o bei einer Vergrößerung
der Atemfrequenz der Querschnitt der anderen Ventile vergrößert wird. Eine derartige
Kopplung kann notwendig sein, um zu verhindern, daß bei einer Veränderung der Atemfrequenz
sich auch das Verhältnis der Einatem- zur Ausatemphase verändert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter-Iiin mit einem N Notantrieb
versehen sein. um liei dem Ausfall des hydraulischen Antriebes das Gerät für künstliche
Atmung weiterarbeiten zu lassen.
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Zu diesem Zweck kann z. B. das die hydraulische Pumpe mit der Luftpumpe
verbindende Kolbengestänge mit einem Notantrieb versehen sein. Um in diesem Fall
zu vermeiden, daß die Flüssigkeit in der hydraulischen Antriebspumpe den Antrieb
hemmt, kann das Umschaltorgan derart ausgebildet sein, daß es in einer Stellung
beide Zylinderseiten der Pumpe miteinander verbindet. Die Flüssigkeit wir<l dann
Iicim Notantrieb hin und her gedrückt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Vorrichtung sehematisch
dargestellt.
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An <leno Blasebalg 1 der Luftpumpe ist ül>er deren Anschlußstutzen
2 der Atemschlauch angeschlossen, der zu der nicht gezeichneten Beatmungsvorrichtung
fiihrt. 3 und 4 siiod Über bzw.
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Unterdruckventile, Der Rlaseloalg I ist über die Kolbenstange 5 mit
dem Kolben G der hydraulischen Pumpe 7 verbunden.
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Von den beiden Zylinderseiten dieser Pumpe führt je eine Leitung
S und g zu dem Umschaltorgan 10, das als Vierwegehahn ausgebildet ist und von dem
die Leitungen 11 und 12 zu der elektrisch angetriebenen Flüssigkeitspumpe 13 führen.
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Diese sei so geschaltet, daß fortlaufend ein Flüssigkeitsstrom in
Richtung des Pfeiles erzeugt wird, d. h. die Leitung 12 ist die Druck- und die Leitung
11 die Saugseite. Der Umschalthahn 10 wird durch nicht gezeichnete Anschläge, die
beispielsweise an der Kolbenstange 5 oder an der Pumpe 1 angebracht sind, gesteuert.
In der gezeichneten Stellung des Hahnes 10 strömt die Flüssigkeit durch die Druckleitung
12 über den Umschalthahn 10, die Leitung 8 in den oberen Pumpenraum und drückt den
Kolben 6 nach unten, während andererseits die Flüssigkeit über die Leitung 9 der
anderen Seite des @ Umschalthahnes io und die Saugleitung II zur Flüssigkeitspumpe
13 zurückfließt. Wenn der Kolben in seiner unteren Stellung angekommen ist, wird
durch einen Anschlag der Umschalthahn 10 um etwa 90° verstellt, so daß nunmehr die
Druckleitung 12 mit der Leitung 9 und die Saugleitung 11 mit der Leitung 8 verbunden
sind. Dabei wird der Kolben 6 nach oben bewegt.
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Parallel zur Flüssigkeitspumpe 13 liegt ein Nebenanschluß I4, in
dem ein verstellbares Ventil 15 eingeschaltet ist. Je weiter dieses Ventil 15 geöffnet
wird, um so mehr Flüssigkeit strömt durch diesen Nebenanschluß 14 und um so weniger
Flüssigkeit durch die Pumpe 7. Dadurch wird die Arbeitsgeschwindigkeit der Pumpe
herabgesetzt.
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Zwischen ,der Saugleitung 11 und der Leitung g ist ein weiterer Nebenschluß
I6 mit einem Ventil 17 eingeschaltet. Durch dieses Ventil kann das Verhältnis der
Ausatemphase zur Einatemphase geregelt werden. In der gezeichneten Stellung fließt
die Flüssigkeit aus der Druckleitung 12 über die Leitung 8 restlos zum oberen Arbeitlsraum.
Hat der Kolben 6 seine untere Stellung elrreicht und dabei das Ventil 10 umgestellt,
so wird die Druckflüssigkeit in die Leitung g geleitet. Sie drückt aber nicht ausschließlich
in den unteren Arbeitsraum, sondern fließt über den Nebenschluß 16, 17 unmittelbar
zur Saugseite der Flüssigkeitspumpe I3 zurück. Durch diesen Nebenschluß wird also
erreicht, daß die Aufwärtsbewegung des Kolbens verzögert wird, dies um so mehr,
je weiter das Ventil I7 geöffnet ist.
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Die Umgehungsleitung I6, I7 kann auch an anderen Stellen eingebaut
sein.
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Da das Ventil 17 einen weiteren Nebenschluß zur Flüssigkeitspumpe
darstellt, werden zweckmäßig die Ventile 15 und I7 so gekoppelt, daß eine Verstellung
am Ventil I7 keine Veränderung des Liefergrades der Pumpe zur Folge hat. Wenn die
Ventile nicht gekoppelt sind, wind z. B. bei einer Vergrößerung des Rückflusses
durch das Ventil 17 der Rückfluß durch das Ventil 15 verringert. Damit würde die
Atemfrequenz verändert.
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Durch eine entsprechende Kopplung der Ventile kann aller ,dafür gesorgt
werden, daß bei einer Veränderung des Verhältnisses der Einatemphase zur Ausatemphase
die Atemfrequenz nicht verändert wird und umgekehrt.
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Die Flüssigkeitspumpe 13 kann durch einen in der Abbildung nicht
dargestellten Elektromotor oder sonstwie angetrieben werden.
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Um beim Ausfall der elektrischen Energie die Luftpumpe I antreiben
zu können, ist ein Winkelhebel 18 vorgesehen, der beispielsweise an der Kolbenstange
5 angreift. Der Winkelhebel I8 kann al)nehmbar sein, so daß er beim normalen Betrieb
nicht mitbewegt wird. Wind die Pumpe auf Handantrieb umgestellt, dann kann der Umschalthahn
10 so eingestellt werden, daß die beiden in die Zylinder führenden Leitungen 8,
9 unmittelbar miteinander verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil eines einfachen
Aufbaues, eines geräuschlosen Ganges, einer einfachen Veränderung der Atemfrequenz,
der einfachen Veränderung der Atemtiefe, der einfachen Veränderung des Verhältnisses
zwischen
Einatem- und Ausatemphase und des Fortfalls eines nicht stufenlos arbeitenden Regelgetriebes.