Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinheit zum miteinander Ver schalten zweier pneumatischer Einheiten. Weiterhin betrifft die Erfindung ein pneumatisches System umfassend eine derartige Schalteinheit sowie ein Ver fahren zum Betrieb des pneumatischen Systems.

Bekannt sind zum Beispiel Schalteinheiten (auch Umschalteinheiten (USE) genannt) in pneumatischen Blutpumpenantrieben. Die Funktion der Schalt- einheit besteht darin, den Betrieb des pneumatischen Systems während eines

Ausfalls einer Antriebseinheit (EPE) weiterhin zu gewährleisten. Im Falle des Ausfalls einer pneumatischen Antriebseinheit wird der Luftweg, der zum An trieb einer oder zweier Blutpumpen notwendig ist, so mittels der Schalteinheit verschaltet, dass im Falle der univentrikulären Nutzung der Luftstrom der zweiten Antriebseinheit auf die eine sich im Einsatz befindliche Blutpumpe und im Falle eines biventrikulären Einsatzes der Luftstrom der verbleibenden intakten Antriebseinheit alternierend auf die beiden Blutpumpen geleitet wird, so dass in beiden Fällen der Patient weiter bis zum Austausch der defek ten Antriebseinheit versorgt werden kann.

In der im Stand der Technik bekannten Schalteinheit wird ein Drehkolbenven til eingesetzt. Durch Drehen des Ventilkolbens des Drehkolbenventils können verschiedene Strömungskanalkombinationen freigeschaltet werden. Durch das gezielte Umlenken des Luftstroms können so im biventrikulären Unter stützungsmodus beide Blutpumpen bei Ausfall einer EPE abwechselnd ange steuert werden, bei univentrikulärer Unterstützung gelingt, es den Luftweg so zu verändern, dass eine zweite sich im System befindliche Antriebseinheit die Versorgung der Blutpumpe übernehmen kann.

Die Druckschrift DE 3323862 Al beschreibt einen Sicherheitsantrieb für ein künstliches Herz. Zur Erhöhung der Sicherheit eines Antriebs für ein künstli ches Herz kann bei Ausfall des rechten Antriebs dieser lediglich still gelegt werden. Bei Ausfall des linken Antriebs kann jedoch der noch in Funktion be findliche rechte Antrieb auf die linke Blutpumpe geschaltet werden und stellt somit den antriebsinternen Ersatzantrieb dar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine alternative Schalteinheit bereitzustellen, die einen kompakten Aufbau aufweist und kurze Schaltzyklen mit einem geringen Druckverlust dauerhaft ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein pneumatisches System umfassend eine derartige Schalteinheit sowie ein Verfahren zum Betrieb des pneumatischen Systems bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch eine Schalteinheit nach Anspruch 1, ein pneumati sches System nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schalteinheit sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen pneumatischen Systems sind im abhängigen An spruch 10 aufgeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 14 aufgeführt.

Eine erfindungsgemäße Schalteinheit zum miteinander Verschalten einer ers ten pneumatischen Einheit und einer zweiten pneumatischen Einheit eines pneumatischen Systems umfasst einen Grundkörper mit einer sich durch den Grundkörper erstreckenden Kanalstruktur, einem ersten und einem zweiten Einlass zum Einleiten eines Drucks in die Kanalstruktur, einem ersten und ei nem zweiten Auslass zum Ausleiten zumindest eines Teils des Drucks aus der Kanalstruktur sowie einem ersten und einem zweiten Ventil.

Dabei ist der erste Einlass über einen ersten Kanal mit dem ersten Auslass durch Einstellen einer ersten Schaltstellung des ersten Ventils oder über einen zweiten Kanal mit dem zweiten Auslass durch Einstellen einer zweiten Schalt stellung des ersten Ventils in eine Druckaustauschverbindung bringbar. Das heißt, zwischen dem ersten Einlass und dem ersten Auslass ist über den ers ten Kanal durch Einstellen einer ersten Schaltstellung des ersten Ventils oder zwischen dem ersten Einlass und dem zweiten Auslass über den zweiten Kanal durch Einstellen einer zweiten Schaltstellung des ersten Ventils eine Druck austauschverbindung herstellbar.

Der zweite Einlass ist über einen dritten Kanal mit dem ersten Auslass durch Einstellen einer ersten Schaltstellung des zweiten Ventils oder über einen vier ten Kanal mit dem zweiten Auslass durch Einstellen einer zweiten Schaltstel lung des zweiten Ventils in eine Druckaustauschverbindung bringbar. Das heißt, zwischen dem zweiten Einlass und dem ersten Auslass ist über den drit ten Kanal durch Einstellen einer ersten Schaltstellung des zweiten Ventils oder zwischen dem zweiten Einlass und dem zweiten Auslass über den vierten Ka nal durch Einstellen einer zweiten Schaltstellung des zweiten Ventils eine Druckaustauschverbindung herstellbar.

Unter einer Kanalstruktur werden hier nicht zwingend von einem Einlass zu einem Auslass durchgängige oder offene Kanäle verstanden. Zumindest ein Teil der Kanalstruktur wird durch das Einstellen der ersten oder zweiten Schaltstellung der Ventile verschlossen. Je nach Schaltstellung des ersten Ven tils kann der erste Kanal offen, also durchlässig für einen Druckaustausch, und der zweite Kanal verschlossen, also nicht durchlässig für einen Druckaus tausch, sein oder umgekehrt. Analog kann je nach Schaltstellung des zweiten Ventils der dritte Kanal offen und der vierte Kanal geschlossen sein oder um gekehrt. Unter einer Druckaustauschverbindung zwischen einem Einlass und einem Auslass wird hier eine Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass ver standen, welche einen Druckaustausch zwischen dem Einlass und dem Auslass ermöglicht. Insbesondere kann die Druckaustauschverbindung eine Fluidver bindung umfassen.

Die erfindungsgemäße Schalteinheit weist somit anstelle eines einzigen Dreh kolbenventils zwei unabhängige Ventile auf, die so miteinander kombiniert werden können, dass sich eine gewünschte 4/2-Wege-Funktion ergibt. Die Verwendung zweier unabhängiger Ventile ermöglicht kurze Schaltzeiten und führt zu wenig Abrieb in der Schalteinheit.

Das erste und/oder das zweite Ventil kann vorzugsweise ein 3/2-Wege-Ventil sein. Sind sowohl das erste als auch das zweite Ventil 3/2-Wege-Ventile, so ergibt die Kombination beider Ventile in der Schalteinheit eine 4/2-Wege- Funktion.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können das erste und/oder das zweite Ventil als Kolbenventil mit einem Ventilkolben ausgebildet sein, wobei der Ventilkolben innerhalb der Kanalstruktur linear zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung bewegbar ist.

Ferner kann das Kolbenventil eine Magnetspule umfassen, wobei der Ventil kolben durch eine Wechselwirkung mit der Magnetspule bewegbar ist. Insbe sondere kann durch Einschalten eines elektrischen Stromes in der Magnetspu le der Ventilkolben von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung bewegbar sein.

Das Kolbenventil kann weiterhin eine Rückstellfeder aufweisen, durch die der Ventilkolben von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung beweg bar ist und/oder in der ersten Schaltstellung gehalten werden kann, wenn kein Strom in der Magnetspule eingeschaltet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können das erste und/oder das zweite Ventil einen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor und/oder einen Enkoder, zur Messung einer Kolbenposition des Ventilkolbens des ersten und/oder zweiten Ventils umfassen. Insbesondere kann der Hall-Sensor einge- richtet sein, zu erfassen, ob sich der Ventilkolben des ersten bzw. zweiten Ventils in der ersten oder der zweiten Schaltstellung befindet.

Der Grundkörper der Schalteinheit kann vorzugsweise ein Metall, insbesonde re Aluminium, aufweisen oder daraus bestehen.

Die Erfindung schließt auch ein pneumatisches System ein, welches eine erste und eine zweite pneumatische Einheit sowie eine vorstehend beschriebene Schalteinheit umfasst, wobei die erste pneumatische Einheit eine erste Membranfluidpumpe und eine erste Antriebsvorrichtung aufweist, und wobei die zweite pneumatische Einheit eine zweite Membranfluidpumpe und eine zweite Antriebsvorrichtung aufweist, und wobei die erste und/oder die zweite Antriebsvorrichtung eingerichtet sind, die erste und/oder die zweite

Membranfluidpumpe anzutreiben.

Insbesondere kann die erste Antriebsvorrichtung über eine erste Einlassdruck leitung mit dem ersten Einlass der Schalteinheit verbunden sein, die erste Membranfluidpumpe über eine erste Auslassdruckleitung mit dem ersten Auslass der Schalteinheit verbunden sein, die zweite Antriebsvorrichtung über eine zweite Einlassdruckleitung mit dem zweiten Einlass der Schalteinheit ver bunden sein und die zweite Membranfluidpumpe über eine zweite Auslass druckleitung mit dem zweiten Auslass der Schalteinheit verbunden sein.

Die erste und/oder die zweite Antriebsvorrichtung können beispielsweise eine Kolbenpumpe oder eine Kompressorpumpe sein.

Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zum Betrieb eines vorstehend be schriebenen pneumatischen Systems ein. Insbesondere kann das Verfahren umfassen, dass eine Schaltstellung des ersten oder zweiten Ventils geändert wird, um auf eine andere Antriebsvorrichtung für die erste oder zweite Membranfluidpumpe zu wechseln.

Weiterhin kann das Verfahren umfassen, dass sich der Ventilkolben des ersten Ventils in der ersten Schaltstellung und/oder der Ventilkolben des zweiten Ventils in der zweiten Schaltstellung befindet, sodass die erste

Membranfluidpumpe von der ersten Antriebsvorrichtung angetrieben wird und/oder die zweite Membranfluidpumpe von der zweiten Antriebsvorrich tung angetrieben wird. Weiterhin kann das Verfahren umfassen, dass der Ventilkolben des ersten Ventils in die zweite Schaltstellung gebracht wird und/oder der Ventilkolben des zweiten Ventils in die erste Schaltstellung gebracht wird, sodass die zwei te Membranfluidpumpe von der ersten Antriebsvorrichtung angetrieben wird und/oder die erste Membranfluidpumpe von der zweiten Antriebsvorrichtung angetrieben wird.

Die erfindungsgemäße Schalteinheit ermöglicht bei einem geringen Arbeits druck der Antriebsvorrichtungen einen geringen Druckverlust. Weiterhin ist die Schalteinheit robust gegenüber Umwelteinflüsse, z. B. Luftfeuchtigkeit oder Öl-Wasser-Emulsion. Dadurch kann auf eine zusätzliche Filterung der Arbeitsluft verzichtet werden, die ansonsten einen zu hohen Druckverlust zur Folge hätte.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalt einheit sowie eines erfindungsgemäßen pneumatischen Systems anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswe sentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des Beispiels und weiterer Merkmale des Beispiels - verwendet werden kön nen. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.

Es zeigen

Figur 1 ein pneumatisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen pneu matischen Systems,

Figur 2 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Schalteinheit,

Figur 3 eine weitere Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Schalt einheit. Figur 1 zeigt einen pneumatischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen pneumatischen Systems. Das pneumatische System umfasst eine Schalteinheit 1 sowie eine mit der Schalteinheit 1 pneumatisch verbundene erste 11 und zweite pneumatische Einheit 12. Die erste pneumatische Einheit 11 umfasst eine erste Antriebsvorrichtung 13. Die erste Antriebsvorrichtung 13 ist über eine erste Einlassdruckleitung 15 mit einem ersten Einlass 4 der Schalteinheit 1 pneumatisch verbunden. Weiterhin umfasst das pneumatische System eine erste Membranblutpumpe (hier nicht gezeigt), welche über eine erste Aus lassdruckleitung 17 mit einem ersten Auslass 6 der Schalteinheit 1 pneuma tisch verbunden ist. Die zweite pneumatische Einheit 12 umfasst eine zweite Antriebsvorrichtung 14. Die zweite Antriebsvorrichtung 14 ist über eine zweite Einlassdruckleitung 16 mit einem zweiten Einlass 5 der Schalteinheit 1 pneu matisch verbunden. Weiterhin umfasst das pneumatische System eine zweite Membranblutpumpe (hier nicht gezeigt), welche über eine zweite Auslass druckleitung 18 mit einem zweiten Auslass 7 der Schalteinheit 1 pneumatisch verbunden ist.

Die Antriebsvorrichtungen 13 und 14 sind eingerichtet, einen vorbestimmten zeitlichen Druckverlauf zum Antreiben der Membranfluidpumpen zu erzeu gen. Dieser von den Antriebsvorrichtungen 13 und 14 erzeugte Druckverlauf wird über die Einlassleitungen 15 und 16, die Schalteinheit 1 sowie die Aus lassdruckleitungen 17 und 18 an die Membranfluidpumpen übertragen.

Die Schalteinheit 1 umfasst eine Kanalstruktur 3 (siehe Figur 2) sowie ein ers tes Ventil 8 und ein zweites Ventil 9, wobei das erste 8 und das zweite Ventil 9 3/2-Wege-Ventile mit jeweils drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen sind. Das erste und das zweite Ventil 8, 9 ermöglichen für jede Membranblutpumpe zwischen der ersten 13 und der zweiten Antriebsvorrichtung 14 umzuschal ten. In einer ersten Schaltstellung des ersten Ventils 8, die in Figur 1 darge stellt ist, befinden sich der erste Einlass 4 und somit die erste Antriebsvorrich tung 13 über eine Druckleitung 4a mit dem ersten Auslass 6 und der ersten Membranblutpumpe in einer Druckaustauschverbindung. Die Druckleitung 4a entspricht damit einem ersten Kanal innerhalb der Kanalstruktur 3 der Schalt einheit 1. In einer zweiten Schaltstellung des ersten Ventils 8, die in Figur 1 nicht dargestellt ist, befinden sich der erste Einlass 4 und somit die erste An- triebsvorrichtung 13 über eine Druckleitung 4d mit dem zweiten Auslass 7 und der zweiten Membranblutpumpe in einer Druckaustauschverbindung. Die Druckleitung 4b entspricht damit einem zweiten Kanal innerhalb der Kanal struktur 3 der Schalteinheit 1. In einer ersten Schaltstellung des zweiten Ven tils 9, die in Figur 1 dargestellt ist, befinden sich der zweite Einlass 5 und somit die zweite Antriebsvorrichtung 14 über eine Druckleitung 4c mit dem zweiten Auslass 7 und der zweiten Membranblutpumpe in einer Druckaustauschver bindung. Die Druckleitung 4c entspricht damit einem dritten Kanal innerhalb der Kanalstruktur 3 der Schalteinheit 1. In einer zweiten Schaltstellung des zweiten Ventils 9, die in Figur 1 nicht dargestellt ist, befinden sich der zweite Einlass 5 und somit die erste Antriebsvorrichtung 14 über eine Druckleitung 4d mit dem zweiten Auslass 7 und der zweiten Membranblutpumpe in einer Druckaustauschverbindung. Die Druckleitung 4d entspricht damit einem vier ten Kanal innerhalb der Kanalstruktur 3 der Schalteinheit 1.

Ein Betrieb des pneumatischen Systems ist mit verschiedenen Kombinationen der Schaltstellungen des ersten 8 und zweiten Ventils 9 möglich. Eine erste Kombination sieht vor, dass sich das erste 8 und das zweite Ventil 9 beide in der ersten Schaltstellung befinden, wobei die Druckleitungen 4a und 4c offen sind und die Druckleitungen 4b und 4d geschlossen sind. In diesem Fall wird die erste Membranblutpumpe von der ersten Antriebsvorrichtung 13 und die zweite Membranblutpumpe von der zweiten Antriebsvorrichtung 14 ange trieben. Eine zweite Kombination sieht vor, dass sich das erste und das zweite Ventil 8 und 9 beide in der zweiten Schaltstellung befinden, wobei die Druck leitungen 4b und 4d offen und die Druckleitungen 4a und 4c geschlossen sind. In diesem Fall wird die erste Membranblutpumpe von der zweiten Antriebs vorrichtung 14 und die zweite Membranblutpumpe von der ersten Antriebs vorrichtung 13 angetrieben. Eine dritte Kombination sieht vor, dass sich das erste Ventil 8 in der ersten Schaltstellung und das zweite Ventil 9 in der zwei ten Schaltstellung befindet, wobei die Druckleitungen 4a und 4b offen und die Druckleitungen 4c und 4d geschlossen sind. In diesem Fall treibt die erste An triebsvorrichtung 13 beide Membranblutpumpen an, während die zweite An triebsvorrichtung 14 nicht im Betrieb ist. Diese Kombination ist somit dann vorteilhaft, wenn die zweite Antriebsvorrichtung 14 ausfällt, da ein biventrikulärer Betrieb des pneumatischen Systems allein mit der ersten An triebsvorrichtung 13 aufrecht erhalten werden kann. Eine vierte Kombination sieht vor, dass sich das erste Ventil 8 in der zweiten Schaltstellung und das zweite Ventil in der ersten Schaltstellung befindet, wobei die Druckleitungen 4a und 4b geschlossen und die Druckleitungen 4c und 4d offen sind. In diesem Fall treibt die zweite Antriebsvorrichtung 14 beide Membranblutpum-pen an, während die erste Antriebsvorrichtung 13 nicht im Betrieb ist. Diese Kombina tion ist somit dann vorteilhaft, wenn die erste Antriebsvorrichtung 13 ausfällt, da ein biventrikulärer Betrieb des pneumatischen Systems allein mit der zwei ten Antriebsvorrichtung 14 aufrecht erhalten werden kann.

Figuren 2 und 3 zeigen Perspektivansichten einer beispielhaften Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Schalteinheit 1 von vorne links und vorne rechts. Die Schalteinheit 1 weist einen im Wesentlichen würfelförmigen Grundkörper 2 mit einer innerhalb des Grundkörpers 2 verlaufenden Kanal struktur 3 auf. An einer Rückseite des Grundkörpers 2 ragen zwei Anschlüsse aus dem Grundkörper 2 für eine erste Einlassdruckleitung und eine zweite Einlassdruckleitung auf, welche einen ersten Einlass 4 und einen zweiten Ein lass 5 bilden. Auf einer an die Rückseite des Grundkörpers 2 angrenzenden Oberseite des Grundkörpers 2 ragen zwei weitere Anschlüsse für Auslass druckleitungen aus dem Grundkörper heraus. Diese Anschlüsse bilden einen ersten und einen zweiten Auslass 6 und 7. Die Kanalstruktur 3 ist in der Lage einen an einem Einlass 4, 5 anliegenden Druck zu einem Auslass 6, 7 zu über tragen. Innerhalb des Grundkörpers 2 befinden sich weiterhin das erste und das zweite Ventil 8 und 9. Die Kanalstruktur 3 weist mehrere Kanalabschnitte 3a bis 31, welche mithilfe der Ventile 8 und 9 so kombiniert werden können, dass Druckaustauschverbindungen zwischen mindestens einem der Einlässe 4, 5 und den Auslässen 6 und 7 ermöglicht werden.

Wie bei Figur 1 beschrieben sind vier verschiedene Kombinationen der Schalt stellungen des ersten und zweiten Ventils 8 und 9 denkbar. In der ersten Kombination sind die Druckleitungen 4a und 4c in Figur 1 offen. Die Drucklei tungen 4a und 4c entsprechen einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal, wobei sich der erste Kanal im Wesentlichen aus Kanalabschnitten 3a, 3b und 3c und der zweite Kanal im Wesentlichen aus Kanalabschnitten 3g, 3h und 3i zusammensetzt. Die Kanalabschnitte 3a und 3i, 3b und 3h sowie 3 c und 3g verlaufen jeweils parallel zueinander. In der zweiten Kombination sind die Druckleitungen 4b und 4d in Figur 1 offen. Die Druckleitungen 4b und 4d ent- sprechen einem zweiten Kanal und einem vierten Kanal, wobei sich der zweite Kanal aus Kanalabschnitten 3a, 3d, 3e, 3f und 3i und der vierte Kanal aus Ka nalabschnitten 3g, 3j, 3k, 31 und 3c zusammensetzen. Die Kanalabschnitte 3d und 3j sowie 31 und 3f verlaufen parallel zueinander, die Kanalabschnitte 3k und 3f verlaufen in parallel zueinander liegenden Ebenen. In der dritten Kom bination sind die Druckleitungen 4a und 4b in Figur 1 und somit der erste und zweite Kanal in Figuren 2 und 3 offen. In diesem Fall wird nur ein am ersten Einlass 4 anliegender Druck durch die Kanalstruktur 3 des Grundkörpers 2 zu den Auslässen 6 und 7 übertragen. In der vierten Kombination sind die Druck leitungen 4c und 4d in Figur 1 und somit der dritte und vierte Kanal in den Figuren 2 und 3 offen. In diesem Fall wird nur ein am zweiten Einlass 5 anlie gender Druck durch die Kanalstruktur 3 des Grundkörpers 2 zu den Auslässen 6 und 7 übertragen.

Die Ventile 8 und 9 sind zylinderförmig gestaltet und weisen eine Magnetspu le sowie eine Rückstellfeder auf, mittels denen ein im Inneren des Ventils ent lang der Zylinderachse laufender Ventilkolben bewegbar ist. In der ersten Schaltstellung des ersten 8 und zweiten Ventils 9, in welcher die Druckleitun gen 4a und 4c in Figur 1 offen sind, sind das erste Ventil 8 und das zweite Ven til 9 stromlos. Die Ventilkolben werden dabei durch die Rückstellfeder in der ersten Schaltstellung gehalten. In der zweiten Schaltstellung des ersten und zweiten Ventils 8 und 9 fließt ein Strom durch die Magnetspulen der Ventile. Durch die Kraft der bestromten Magnetspulen werden die Ventilkolben unter Überwindung der Kraft der Rückstellfeder in der zweiten Schaltstellung gehal ten.