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Patent Searching and Data


Title:
CONTROL VALVE FOR RESPIRATORY DEVICES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/096316
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a respiratory device for keeping a patient breathing artificially or support his or her breathing naturally. Said respiratory device comprises an air inlet, an air source, and at least one proportionally adjustable control valve. The control valve is provided with a housing (11) and a rotary valve (12) which is arranged in the housing so as to be twistable about the longitudinal axis thereof and which allows through-holes (11d) of the housing (11) to be entirely or partially closed by twisting the rotary valve (12). The rotary valve (12) and a corresponding support surface (11f) of the housing (11) have a conical shape, the support surface (11f) cooperating with the rotary valve (12). The through-holes (11d) are disposed in the area of the support surface (11f).

Inventors:
FRIBERG, Harri (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
DÄSCHER, Jakob (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
WIRTH, Michael (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
KRAMER, Felix (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
Application Number:
IB2008/050415
Publication Date:
August 14, 2008
Filing Date:
February 05, 2008
Export Citation:
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Assignee:
IMTMEDICAL AG (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
FRIBERG, Harri (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
DÄSCHER, Jakob (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
WIRTH, Michael (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
KRAMER, Felix (Gewerbestrasse 8, Buchs, CH-9470, CH)
International Classes:
A61M16/20; F16K3/03; F16K5/02
Domestic Patent References:
WO1992011054A11992-07-09
WO1999047839A11999-09-23
Foreign References:
GB288403A1928-04-12
EP0621052A21994-10-26
GB2215218A1989-09-20
DE29922220U12000-08-31
US6148816A2000-11-21
GB924377A1963-04-24
US3159179A1964-12-01
Attorney, Agent or Firm:
ROSENICH, Paul (Patentbüro Paul Rose BGZ, Triesenberg, CH-9497, LI)
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Claims:
Patentansprüche

1. Ventil für die Durchfluss-Steuerung und -Regulierung eines Beatmungsgerätes (1 ), wobei das Ventil ein Gehäuse (11 ) und einen darin um seine Längsachse verdrehbar angeordneten Drehschieber (12) aufweist und wobei durch Verdre- hen des Drehschiebers (12) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (11 d) ganz oder teilweise verschliessbar ist, wobei der Drehschieber (12) eine mit einer korrespondierend ausgebildeten Stützfläche (11 f) des Gehäuses (11 ) zusammenwirkende, kegelförmige Dichtfläche (12c) aufweist und die Durchtrittsöffnung (11d) im Bereich der Dichtfläche (11 f) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (12) in axialer Richtung über eine zentrale Punktauflage, vorzugsweise eine in der Längsmittelachse angeordnete Kugel (13), auf dem Gehäuse (11 ) abgestützt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel der Dichtflä- che (12c) sich entgegen einer Durchflussrichtung verjüngend ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel der Dichtfläche zwischen 60° und 120°, vorzugsweise etwa 90° beträgt.

4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (11d) so ausgebildet ist, dass sich der Durchflussquerschnitt beim Verdrehen des Drehschiebers (12) in Schliessrichtung progressiv verkleinert, und/oder dass mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung bzw. Durchtrittsöffnungen (11 d) in Schliessrichtung des Drehschiebers (12) sich keilförmig verjüngend ausgebildet ist, bzw. sind.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kegelradius (r/R) der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen des Gehäuses (31 ) und/oder des Drehschiebers (32) entgegen der Schliessrichtung des Ventils über Teile des Umfanges kontinuierlich vergrössert.

7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (11 d) des Gehäuses (11 ) auf der dem Drehschieber (12) gegenüberliegenden Seite von einem Wulst (11g) umgeben sind, wobei die Randhöhe des Wulstes (11g) gegen die Schliessstellung des Ventils hin zu- nehmend ist.

8. Ventil für die Durchfluss-Steuerung und -Regulierung eines Beatmungsgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Verdrehen eines Drehschiebers eine ganz oder teilweise verschliessbare öffnung (26) aufweist, wobei der Drehschie- ber nach der Art einer Irisblende mit durch einen verdrehbaren Betätigungsring

(21 ) in den lichten Querschnitt der Durchtrittsöffnung einschwenkbaren Lamellen (25) ausgebildet ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (25) der Irisblende gegen einen zentral angeordneten Verdrängungskörper (22) beweglich sind.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (22) wenigstens ein elastisches Dichtelement (24) aufweist.

11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Drehschieber (12) über ein Stellglied, vorzugsweise über einen Schrittmotor (17, 37) proportional angesteuert wird.

12. Ventil nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehschieber (12) und dem Stellglied eine lösbare, elastische Kupplung (38) angeordnet ist.

13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (12, 32) gegen die Rückstellkraft wenigstens einer Torsionsfeder (14, 34)) verdrehbar ist.

14. Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung, bzw. Unterstützung der Beatmung eines Patienten, mit einem Lufteingang (1 ), einer Luftquelle (2), wenigstens einem proportional regulierbaren Steuerventil (3a, 3b) sowie Sensoren zur Messung des Drucks (5a, 5b) und des Durchflusses (4a, 4b) zur Ansteuerung des Steuerventils (3a, 3b), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein

Ventil gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13 ist.

15. Beatmungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftquelle (2) als ein über einen gesamten Atemzyklus mit konstanter Drehzahl rotierendes Gebläse ausgebildet ist.

Description:

Steuerventil für Beatmungsgeräte

Die Erfindung betrifft ein Ventil für die Durchfluss-Steuerung und -Regulierung eines Beatmungsgerätes, wobei das Ventil ein Gehäuse und einen darin um seine Längs- achse verdrehbar angeordneten Drehschieber aufweist und wobei durch Verdrehen des Drehschiebers wenigstens eine Durchtrittsöffnung ganz oder teilweise ver- schliessbar ist und der Drehschieber eine mit einer korrespondierend ausgebildeten Stützfläche des Gehäuses zusammenwirkende, kegelförmige Dichtfläche aufweist und die Durchtrittsöffnung im Bereich der Dichtfläche angeordnet ist.

Beatmungsgeräte werden sowohl im stationären (z.B. Klinik- oder Heimbereich) als auch im mobilen Bereich (z.B. Rettungsdienst) eingesetzt. Dabei ist es sehr wichtig, dass diese Geräte zuverlässig und störungsfrei arbeiten. Um Störungen der Umgebung beim Betreiben von solchen Geräten zu vermeiden, müssen diese Geräte im Betrieb auch möglichst leise sein.

Aus der US 6,615,831 ist ein Beatmungsgerät mit 3/2-Weg-Ventil bekannt. Das Ventil weist einen mittels einer Magnetspule axial verschiebbaren Steuerschieber auf, der in seinen Endstellungen Durchtrittsöffnungen für die von einem Druckgenerator stam- mende Beatmungsluft öffnet, bzw. diese verschliesst und gleichzeitig separate Durchtrittsöffnungen öffnet, um einen minimalen Luftverbrauch für den Druckgenerator zu ermöglichen. Dieses Ventil ist jedoch sehr stark lageabhängig und, infolge des für die axiale Beweglichkeit des Steuerschiebers erforderlichen Radialspiels, im geschlossenen Zustand auch undicht.

Die EP 1 177 810 B1 zeigt ein Ventil mit einem um seine Längsachse verdrehbaren Drehschieber. Dieser weist an seinem Umfang wenigstens einen Längsschlitz auf, der mit entsprechenden öffnungen des den Schieber umgebenden Gehäuseteils zur Deckung gebracht werden kann. An der freien Stirnseite des Drehschiebers ist ausser- dem eine Steuerkurve angebracht, durch welche die öffnungen auch nur teilweise freigelegt werden können. Dieses Ventil weist ebenfalls den Nachteil auf, dass es in geschlossenem Zustand nie völlig dicht ist. Um die Dynamik des Ventils zu gewähr-

leisten, muss der Drehschieber mit einem gewissen Radialspiel in das Gehäuseteil eingepasst werden. Durch den dabei entstehenden Ringspalt kann ein Teil der Atemluft entweichen und somit die gewünschte Dosierung negativ beeinflussen.

Aus der GB 288 403 ist ein Ventil, bzw. ein Schieber für Gase und andere Fluids bekannt. Dieses weist ein Gehäuse mit einem Kegelsitz und einen kegelstumpfförmigen, von aussen durch Verdrehen betätigbaren Ventil körper auf. Beim Verdrehen des Ventilkörpers werden Durchtrittsöffnungen im Kegelsitz des Gehäuses mit öffnungen am Ventilkörper zu Deckung gebracht und somit ein Durchströmen des Mediums durch das Ventil ermöglicht. Durch die grossflächige Auflage des Ventilkörpers im Kegelsitz entsteht jedoch ein relativ hoher Reibungswiderstand, der sich auf die Betätigung hindernd auswirkt und eine dynamische Steuerung des Ventils verhindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beatmungsgerät, bzw. ein Ventil für ein Beatmungsgerät zu schaffen, das betriebssicher ist, einen geringen Durchflusswiderstand aufweist, sich durch eine hohe Dynamik auszeichnet und in geschlossenem Zustand eine hohe Dichtheit des Ventils ermöglicht.

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Drehschieber in axialer Richtung über eine zentrale Punktauflage, vorzugsweise eine in der Längsmittelachse angeordnete Kugel auf dem Gehäuse abgestützt ist. Eine Punktauflage zwischen dem Drehschieber und dem Gehäuse ergibt geringe Reibungsverluste und ermöglicht dadurch mittels kleinen Stellkräften und -Momenten eine hohe Dynamik des Ventils. Durch die kegelförmige Dichtfläche wird der Drehschieber beim Verschliessen des Ventils durch den überdruck der Beatmungs-, bzw. Ausatmungsluft gegen die Dichtfläche gepresst. Leckverluste werden dadurch praktisch vermieden. Abnützungen des Drehschiebers und der korrespondierenden Stützfläche infolge Verschleiss werden automatisch kompensiert.

Der Kegel der Dichtfläche ist vorteilhaft sich entgegen der Durchflussrichtung verjüngend ausgebildet. Beim Anströmen des Kegels durch die Beatmungs-, bzw. Ausat-

mungsluft entsteht dadurch eine gleichmässige Verteilung des Luftstroms im Ventil und somit ein relativ geringer Durchflusswiderstand.

Der Kegelwinkel der Dichtfläche beträgt zweckmässigerweise zwischen 60° und 120°, vorzugsweise etwa 90°. Durch diesen Winkelbereich wird eine relativ kurze und kompakte Bauweise des Ventils ermöglicht. Der genannte Winkelbereich ergibt auch günstige Strömungsverhältnisse und weitgehende Vermeidung von Turbulenzen.

Die Durchtrittsöffnungen sind zweckmässigerweise so ausgebildet, dass sich der Durchflussquerschnitt beim Verdrehen des Drehschiebers in Schliessrichtung progressiv verkleinert, und/oder dass mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind.. Zum Ende des Schliessvorganges hin besteht nur noch ein kleiner Durchgangsquerschnitt, sodass beim völligen Schliessen des Ventils Druckschläge im System weitgehend vermieden werden. Bei mehreren Bohrungen können diese in der Grosse unter- schiedlich sein, wobei die Grosse der Bohrungen gegen Ende des Schliessvorganges kleiner wird. Der gleiche Effekt kann dadurch erzielt werden, dass in radialer Richtung mehrere Bohrung nebeneinander angeordnet werden und die Anzahl der radial nebeneinander angeordneten Bohrungen gegen das Ende des Schliessvorganges abnimmt.

Die Durchtrittsöffnungen sind vorteilhaft in Schliessrichtung des Drehschiebers sich keilförmig verjüngend ausgebildet. Durch die Form des Keils kann bewirkt werden, dass sich der verbleibende Durchflussquerschnitt beim Schliessen des Ventils schneller oder langsamer verkleinert, bzw. vergrössert. Die Ränder der keilförmigen Durch- trittsöffnung sind vorzugsweise gebogen ausgebildet.

Um eine hohe Dynamik und eine gute Abdichtung des Ventils in geschlossenem Zustand zu erreichen, ist es zweckmässig, dass sich der Kegelradius der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen des Gehäuses und/oder des Drehschiebers) ent- gegen der Schliessrichtung des Ventils über Teile des Umfanges konstant vergrössert. Die aneinander liegenden Dichtflächen des Drehschiebers und des Gehäuses sind also keine genauen Kegelflächen, sondern weichen gemäss dieser besonderen

Ausgestaltung geringfügig von einer Kegelfläche ab. Im geschlossenen Zustand des Ventils stützen sich die Dichtflächen flächig aufeinander ab und ergeben eine sehr hohe Abdichtung. Beim öffnen des Ventils entsteht ein Dichtspalt, der den Durchtrittsquerschnitt zusätzlich vergrössert und somit einen höheren Durchfluss durch das Ventil ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass die Durchtrittsöffnungen des Gehäuses auf der dem Drehschieber gegenüberliegenden Seite von einem Wulst umgeben sind, wobei die Randhöhe des Wulstes gegen die Schliessstellung des Ventils hin zunehmend ist. Dabei entsteht bei geschlossenem Zustand des Ventils ebenfalls eine flächige Abdichtung. Beim öffnen des Ventils hebt der Drehschieber vom Wulst ab und es entsteht ebenfalls ein zusätzlicher Dichtspalt.

Eine weitere zweckmässige Ausführung des Ventils besteht darin, dass es durch Ver- drehen eines Drehschiebers eine ganz oder teilweise verschliessbare öffnung aufweist, wobei der Drehschieber nach der Art einer Irisblende mit durch einen verdrehbaren Betätigungsring in den lichten Querschnitt der Durchtrittsöffnung einschwenkbaren Lamellen ausgebildet ist. Die Irisblende wird bisher hauptsächlich im Bereich der Optik bei Foto- und Video-Kameras für die Dosierung der Belichtung verwendet.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht auch darin, innerhalb des Ventils eine möglichst laminare Strömung zu erzielen. Die Lamellen der Irisblende sind daher vorteilhaft gegen einen zentral angeordneten Verdrängungskörper beweglich. Bei geöffnetem Ventil wird der Verdrängungskörper allseitig umströmt und bildet dabei in der Luftströmung sozusagen einen „Schwimmer".

Um ein dichtes Verschliessen des Ventils durch die etwa radial daran auflaufenden Lamellen zu ermöglichen, kann der Verdrängungskörper selbst aus einem elastischen Material bestehen. Es ist jedoch zweckmässig, dass der Verdrängungskörper wenigs- tens ein elastisches Dichtelement aufweist.

Das Steuerventil wird vorteilhaft über ein Stellglied, vorzugsweise über einen Schrittmotor proportional angesteuert. Somit gibt es im Betrieb des Ventils nicht nur zwei Endstellungen des Ventils, nämlich „offen" oder „zu" , sondern es können je nach Bedarf beliebige Zwischenstellungen angesteuert werden.

Zwischen dem Drehschieber und dem Stellglied ist vorteilhaft eine lösbare, elastische Kupplung angeordnet. Diese Kupplung ermöglicht eine spielfreie übertragung der Rotationsbewegung vom Stellglied auf den Drehschieber. Gleichzeitig kann ein allfälliger Achsversatz ausgeglichen werden.

Für eine automatische Rückstellung in seine Ausgangslage ist der Drehschieber zweckmässigerweise gegen die Rückstellkraft wenigstens einer Torsionsfeder verdrehbar. Im stromlosen Zustand des Drehantriebs besteht somit eine definierte Ausgangslage. Bei einem Stromausfall ist bzw. geht das Ventil somit vorzugsweise automatisch in voll geöffneter Stellung, sodass die natürliche Atmung des Patienten nicht behindert wird.

Das erfindungsgemässe Ventil wird vorteilhaft in einem automatischen Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung, bzw. Unterstützung der Beatmung eines Patienten, mit einem Lufteingang, einer Luftquelle wenigstens einem proportional regulierbaren Steuerventil sowie Sensoren zur Messung des Drucks und des Durchflusses zur Ansteuerung des Ventils verwendet.

Die Luftquelle in einem derartigen Beatmungsgerät ist zweckmässigerweise als ein über einen gesamten Atemzyklus mit konstanter Drehzahl rotierendes Gebläse ausgebildet. Ein solches Gebläse zeichnet sich durch eine hohe Laufruhe sowie einen geringen Geräuschpegel aus. Die Regulierung der Beatmung erfolgt dabei durch die Ansteuerung der Ventile.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Bezugszeichenliste ist, so wie die Anspruchsfassung, Bestandteil der Offenbarung.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Be- zugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indizes geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.

Anhand von Figuren wird die Erfindung symbolisch und beispielhaft näher erläutert.

Es zeigen dabei :

Fig. 1 ein erfindungsgemässes Beatmungsgerät, schematisch dargestellt,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Ventils mit kegelförmi- gern Ventilsitz, im Längsschnitt dargestellt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Ventil, entlang der Schnittlinie A-A, in geöffnetem Zustand,

Fig. 4 einen Querschnitt analog Fig. 3, in geschlossenem Zustand,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen, nach Art einer Irisblende ausgebildeten Ventils, in Stirnansicht,

Fig. 6 einen Schnitt durch das Ventil gemäss Fig. 5, entlang der Schnittlinie B-B,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 5 und 6 dargestellten Ventils,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie C - C in Fig. 10 durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemässen Ventils, im geöffneten Zustand,

Fig. 9 das Ventil gemäss Fig. 8, in geschlossenem Zustand und

Fig. 10 einen Längsschnitt durch das aus Fig. 8 und 9 ersichtliche Ventil.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte, zum Schutz mit einer Verschalung 10 versehene Beatmungsgerät weist einen Lufteingang 1 und eine Luftquelle 2 auf. Die Luftquelle 2 ist vorzugsweise als Gebläse oder Kompressor ausgebildet. Als Luftquelle 2 kann aber auch ein interner oder externer Druckspeicher oder eine externe Druckluftversorgung verwendet werden. Im oberen, der Einatmung eines Patienten dienenden Strangs ist ein regulierbares Einatmungs-Steuerventil 3a, ein Durchfluss-Sensor 4a für die Einatmung und ein Druck-Sensor 5a für die Einatmung angeordnet. Am Ende dieses Strangs führt ein Einatmungsschlauch 6 zum Patienten. Ein Ausatmungsschlauch 7 führt vom Patienten zurück in die Verschalung 10. In diesem unteren, die Ausatmung steuernden Strang ist ebenfalls ein Druck-Sensor 5b für die Ausatmung, ein Durchfluss-Sensor 4b für die Ausatmung und ein regulierbares Ausatmungs- Steuerventil 3b angeordnet. Die Messwerte der Durchfluss- und Druck-Sensoren werden laufend einer Steuerung 8 zugeführt, wo sie zur Regelung der Steuerventile 3a, 3b für die Einatmung, bzw. Ausatmung des Patienten dienen. Schliesslich gelangt die ausgeatmete Atemluft über einen Luftaustritt 9 ins Freie.

Das Beatmungsgerät kann direkt an einem externen Stromnetz oder durch eine interne oder externe Batterie betrieben werden.

Die aus den Fig. 3 bis 5 ersichtliche Ausführung eines erfindungsgemässen Steuerventils besteht aus einem Gehäuse 11 mit einem darin drehbar gelagerten Drehschieber 12. Das Gehäuse 11 weist einen seitlichen Eintrittstutzen 11 a und einen in axialer Richtung an den Drehschieber 12 anschliessenden Austrittstutzen 11 b auf. Zwischen dem Eintrittstutzen 11 a und dem Austrittstutzen 11 b befindet sich eine Zwischenwand 11 c. Die Zwischenwand 11 c ist kegelförmig ausgebildet und schliesst einen Kegelwinkel von ca. 90° ein. Die Zwischenwand 11 c ist mit keilförmig ausgebildeten Durchtrittsöffnungen 11 d versehen. Der Drehschieber 12 besteht aus einem rohrförmigen Schaft 12a und einem damit verbundenen Trichter 12b. Die Innenseite

des Trichters 12b bildet zusammen mit einer Stützfläche 11 f an der Zwischenwand 11 c des Gehäuses 11 eine Dichtfläche 12c, welche in dem in Fig. 4 dargestellten geschlossenen Zustand des Ventils die Durchtrittsöffnungen 11 d verschliesst.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Drehschieber 12 in axialer Richtung über eine Kugel 13 auf dem Gehäuse 11 zentrisch abgestützt. Die Kugel 13 ergibt an beiden Teilen 11 , 12 eine zentrale Punktauflage im Bereich der Längsmittelachse und ermöglicht somit eine sehr geringe Reibung.

Eine Torsionsfeder 14, welche den Schaft 12a des Drehschiebers 12 umgibt, dient dazu, den Drehschieber 12 im stromlosen Zustand des Ventils in einer definierten Ausgangslage zu halten. (z.B. „offen" oder „zu"). Zudem unterstützt die Torsionsfeder 14 das Dichthalten des Drehschiebers 12, indem der Trichter 12b in axialer Richtung gegen die Zwischenwand 11 c gedrückt wird. Ein Deckel 15 ist auf der dem Austritt- stutzen 11 b gegenüberliegenden Seite mit dem Gehäuse 11 verbunden. Ein vorzugsweise als O-Ring ausgebildeter Dichtring 16 dient zur Abdichtung des Deckels 15.

Am Deckel 15 ist ein als Stellantrieb dienender Schrittmotor 17 befestigt. Der Schrittmotor 17 dient dem Drehantrieb des Drehschiebers 12 mittels einer Antriebswelle 17a. Beim Schliessen des Ventils entsteht hinter dem Ventil ein überdruck, welcher den Trichter 12b, bzw. die Dichtfläche 12c des Drehschiebers 12, axial gegen die Stützfläche 11 f des Gehäuses 11 presst. Dadurch entstehen praktisch keine Leckverluste. Dies ermöglicht das Betreiben einer beispielsweise als Gebläse ausgebildeten Luftquelle mit konstanter Drehzahl über einen kompletten Atemzyklus, bestehend aus Einatmung und Ausatmung. Die gesamte Dynamik des Atemzyklusses kann demnach alleine mit den Steuerventilen erreicht werden. In Längsrichtung ausgerichtete Leitflügel 11 e sollen eine Verwirbelung der Strömung im Ventil verhindern. Diese Leitflügel sind jedoch fakultativ und können somit auch entfallen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Durchtrittsöffnungen 11 d keilförmig mit gebogenen Rändern ausgebildet. Dies ermöglicht eine bestimmte, z.B. progressive Schliess-, bzw. -öffnungs-Charakteristik des Ventils. Insbesondere können damit auch Druck-

spitzen abgebaut, bzw. verhindert werden. Zum Schliessen des Ventils wird der Drehschieber 12 durch die Kraft der Torsionsfeder 14 in die in Fig. 4 dargestellte geschlossene Position verdreht. Je nach Luftbedarf können die Durchtrittsöffnungen 11 d durch einen geringeren Schwenkwinkel des Drehschiebers 12 auch nur teilweise ge- öffnet werden.

Die Durchtrittsöffnungen 11 d sind von einem Wulst 11g umgeben. Die Randhöhe des Wulstes 11g ist vorzugsweise in Schliessrichtung zunehmend. Somit wird eine Auflaufschräge für den Drehschieber 12 gebildet. Dadurch wird in geschlossenem Zu- stand des Ventils eine besonders gute Abdichtung erreicht. Beim öffnen des Ventils kann der Drehschieber 12 vom Wulst 11g abheben, sodass ein zusätzlicher Dichtspalt geöffnet und der Durchsatz des Ventils vergrössert wird.

Die aus den Fig. 5 bis 7 ersichtliche Ausführungsform des Steuerventils weist ein als Flansch ausgebildetes Gehäuse 20 auf. Im Gehäuse 20 ist ein Betätigungsring 21 verdrehbar gelagert. Ein zentral angeordneter Verdrängungskörper 22 ist über radiale Stege 23 mit dem Gehäuse 20 erbunden. Der Verdrängungskörper 22 besteht aus einem kegelförmigen Vorderteil 22a und einem kegelförmigen Hinterteil 22b, welche beispielsweise miteinander verschraubt sind. Am Gehäuse 20 sind Lamellen 25 schwenkbar befestigt, welche durch Verdrehen des Betätigungsringes 21 nach dem Prinzip einer aus der Optik bekannten Irisblende radial nach innen geschwenkt werden können. Der Verdrängungskörper 22 bildet dabei den radialen Anschlag der Lamellen 25. Um eine gute Abdichtung zu erreichen und eine Beschädigung der Lamellen 25 zu verhindern, ist der Verdrängungskörper 22 im Auflaufbereich der Lamellen 25 mit einem oder mehreren elastischen Dichtelementen 24 versehen. Diese Dichtelemente 24 können beispielsweise als O-Ringe ausgebildet werden. Dieses nach Art einer Irisblende ausgebildete Steuerventil ergibt durch die symmetrische Anordnung der Durchtrittsöffnung 26 sehr günstige Strömungsverhältnisse.

Das aus den Fig. 8 bis 10 ersichtliche Ventil entspricht funktionell im wesentlichen der aus den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführung und besteht ebenfalls aus einem Gehäuse 31 und einem darin drehbar gelagerten Drehschieber 32. Seitlich am Gehäuse 31 ist

ein Eintrittsstutzen 31 angeformt. Ein Austrittsstutzen 31 b ist koaxial zur Längsachse des Drehschiebers 32 angeordnet. Zwischen dem Eintrittsstutzen 31 a und dem Austrittsstutzen 31 b befindet sich eine kegelförmige Zwischenwand 31 c. Die Zwischenwand 31 c bildet eine Stützfläche 31 f für den Drehschieber 32. Der Drehschieber 32 weist einen im wesentlichen zylindrischen Schaft 32a und einen damit verbundenen Trichter 32b auf. Im Bereich des Trichters 32b sind Dichtflächen 32c angeordnet, welche zusammen mit den Stützflächen 31f eine flächige Abdichtung bilden.

Der Drehschieber 32 ist über eine zentral angeordnete Kugel 33 punktförmig auf dem Gehäuse 31 abgestützt und ist somit gegen einen sehr geringen Widerstand verdrehbar. Eine Torsionsfeder 34 hält den Drehschieber 32 in der in Fig. 8 dargestellten Ausgangsstellung. Dabei sind Durchtrittsöffnungen 31 d des Gehäuses 31 voll geöffnet und ermöglichen Durchströmen des Ventils. Im Unterschied zu der aus Fig. 2 bis 4 ersichtlichen Ausführung, welche auf beiden Seiten nur eine einzige, keilförmige Durchtrittsöffnung (11 d) aufweist, sind bei dieser Ausführung die Durchtrittsöffnungen 31 d als eine Vielzahl einzelner Bohrungen ausgebildet. Dabei sind die Bohrungen so angeordnet, dass sich der Durchflussquerschnitt ebenfalls in Schliessrichtung progressiv verkleinert.

Das rückwärtige Ende des Ventils wird durch einen Deckel 35 abgeschlossen. Zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse 31 und und dem Deckel 35 ist ein Dichtring 36 vorgesehen. Eine mit dem Schaft 32a des Drehschiebers 32 zusammenwirkende Wellendichtung 39 verhindert Leckverluste der Beatmungsluft und gleichzeitig das Eindringen von Fremdstoffen.

Der Drehschieber 32 wird ebenfalls über einen beispielsweise als Schrittmotor 37 ausgebildet Stellantrieb angetrieben. Die Antriebswelle 37a des Schrittmotors 37 ist dabei über eine lösbare, elastische Kupplung 38 mit dem Drehschieber 32 verbunden. Die Flexibilität der Kupplung 38 ergibt wenigstens drei vorteilhafte Effekte:

1. die Rotation wird vom Schrittmotor 37 spielfrei auf den Drehschieber 32 übertragen.

2. ein allfälliger Achsversatz zwischen dem Schrittmotor 37 und dem Drehschieber wird ausgeglichen und

3. die Kupplung kann eine zusätzliche axiale Kraft aufbringen, die dazu führt, dass das drehschieberseitige Ende der Kupplung 38 stets satt in der Aufnahme der Drehschiebers 32 anliegt.

Im Unterschied zu der aus Fig. 2 bis 4 ersichtlichen Ausführung, bei der die Stützfläche 11f und die Dichtfläche 12c als exakter Kegel ausgebildet sind, weisen die Dichtfläche 32c und die Stützfläche 31 f über den Umfang einen variablen Kegelradius r / R auf, der sich entgegen der Schliessrichtung kontinuierlich vergrössert. Der Steigungswinkel der Radiusänderung beträgt vorzugsweise ca. 3°. Dadurch kann erreicht werden, dass in geschlossenem Zustand des Ventils die Kugel 33 von der Punktauflage abgehoben und die Dichtflächen voll axial gegeneinander gepresst werden. Dadurch wird eine hohe Abdichtung des Ventils in geschlossenem Zustand erreicht.

Sowohl das Gehäuse 11 , 31 als auch der Drehschieber 12, 32 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Kunststoffe weisen ein relativ geringes spezifisches Gewicht auf und ergeben somit ein geringes Eigengewicht der beweglichen Teile, insbesondere des Drehschiebers12, 32. Dies wiederum ermöglich eine hohe Dynamik der Bewe- gung dieser Teile. Ein weitere Vorteil der Kunststoffe besteht darin, dass sie dauerhaft und sehr gut sterilisierbar sind.

Bezugszeichenliste

1 Lufteingang

2 Luftquelle

3a Einatmungs-Steuerventil

3b Ausatmungs-Steuerventil

4a Durchfluss-Sensor für Beatmung

4b Durchfluss-Sensor für Ausatmung

5a Druck-Sensor für Beatmung

5b Druck-Sensor für Ausatmung

6 Beatmungsschlauch

7 Ausatmungsschlauch

8 Steuerung

9 Luftaustritt

10 Verschalung

11 Gehäuse

11 a Eintrittstutzen

11 b Austrittstutzen

11 c Zwischenwand

11d Durchtrittsöffnungen

11 e Leitflügel

11f Stützfläche

11g Wulst

12 Drehschieber

12a Schaft

12b Trichter

12c Dichtfläche

13 Kugel

14 Torsionsfeder

15 Deckel

16 Dichtring

17 Schrittmotor

17a Antriebswelle

20 Gehäuse

21 Betätigungsring 22 Verdrängungskörper

22a Vorderteil

22b Hinterteil

23 Steg

24 Dichtelement 25 Lamelle

26 Durchtrittsöffnung

31 Gehäuse

31 a Eintrittstutzen 31 b Austrittstutzen

31 c Zwischenwand

31 d Durchtrittsöffnungen

31 f Stützfläche

32 Drehschieber 32a Schaft

32b Trichter

32c Dichtfläche

33 Kugel

34 Torsionsfeder 35 Deckel

36 Dichtring

37 Schrittmotor 37a Antriebswelle

38 Kupplung 39 Wellendichtring