DE3712390A1

DE3712390A1 - Valve

Info

Publication number: DE3712390A1
Application number: DE19873712390
Authority: DE
Inventors: Anton Dr Ing Obermayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1988-10-27

Abstract

There is proposed a valve with a pneumatic or hydraulic control in which movement of the valve is executed via a bellows. At the same time, the longitudinal axis of symmetry (19) of the bellows (18) is oriented in such a way that it is aligned with the longitudinal axis (20) of the connecting line (8) to be opened or closed (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einer pneumatischen oder hydraulischen Steuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a valve with a pneumatic or hydraulic control according to the preamble of Claim 1.

Insbesondere pneumatisch gesteuerte Ventile werden in der Medizintechnik bei Beatmungsmaschinen verwendet. So kann bei einem Atemhilfegerät nach der DE-A1 32 40 897 bzw. der EP-PS 01 12 979 das am Ende des exspiratorischen Zweigs angeordnete Exspirationsventil als pneumatisch gesteuertes Peep-Ventil ausgebildet sein, welches über eine Druckleitung vom Druck im inspiratorischen Zweig gesteuert ist.Pneumatically controlled valves in particular are used in the Medical technology used in respiratory machines. So can in a breathing apparatus according to DE-A1 32 40 897 or EP-PS 01 12 979 that at the end of the expiratory branch arranged expiration valve as pneumatically controlled Be formed peep valve, which over a Pressure line controlled by pressure in the inspiratory branch is.

Bekannte Ventile können als Kolben-Zylindereinheit ausgebildet sein, wobei der Kolben auf die Ventilplatte und diese auf den Ventilsitz zum Verschließen einer Leitung einwirkt.Known valves can be used as a piston-cylinder unit be formed, the piston on the valve plate and this on the valve seat to close one Line acts.

Sehr empfindliche und feinfühlige Ventile werden mittels eines pneumatisch oder hydraulisch erzeugten Steuerdrucks, der auf eine Gummimembran einwirkt, gesteuert, da diese auf kleinste Druckschwankungen reagieren können. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten bekannten Ventil wird eine zu verschließende Leitung mittels einer quer vor dieser Leitung angeordneten Gummimembran verschlossen, die durch einen im dahinter angeordneten Druckraum herrschenden Steuerdruck betätigt wird. Die Gummimembran kann sich nach oben oder unten durchwölben und öffnet oder verschließt damit die Anschlußleitung. Die Gummimembran ist als Kreisscheibe oder als Kreisring ausgebildet und trägt in ihrer Mitte eine Ventilplatte zum Verschluß der Anschlußleitung. Um eine bessere axiale Beweglichkeit zu erreichen, kann die Gummimembran einen kreisringförmigen Biegebereich aufweisen, der besonders dünn und damit empfindlich gegen Druckschwankungen ausgebildet ist und eine leichte axiale Verschiebbarkeit der Gummimembran ermöglicht. Dieser Biegebereich kann als Faltenbereich oder als im Querschnitt kreissegmentförmige Ausbeulung ausgebildet sein.Very sensitive and sensitive valves are controlled by means of a pneumatically or hydraulically generated control pressure, which acts on a rubber membrane, as these can react to the smallest pressure fluctuations. In the known valve shown in FIG. 1, a line to be closed is closed by means of a rubber membrane arranged transversely in front of this line, which is actuated by a control pressure prevailing in the pressure space arranged behind it. The rubber membrane can bulge upwards or downwards and thus opens or closes the connecting line. The rubber membrane is designed as a circular disc or as a circular ring and carries in its center a valve plate for closing the connecting line. In order to achieve better axial mobility, the rubber membrane can have an annular bending area which is particularly thin and therefore sensitive to pressure fluctuations and which allows the rubber membrane to be easily moved axially. This bending area can be designed as a fold area or as a bulge in the form of a segment of a circle.

Das beschriebene bekannte pneumatische Ventil mit quer zur Längsachse der Anschlußleitung angeordneten Gummimembran hat den Nachteil, daß die Membran keine exakt definierte Hubbewegung ausführt, da die Krafteinwirkung auf die Membran senkrecht zur Flächenebene der Membran erfolgt. Die für die Bewegung dieser Membran verantwortliche kreisringförmige Biegezone ermöglicht nur einen undefinierten Biegebereich, was in den Fig. 1a und 1b wiedergegeben ist. Sofern man diese Biegezone als Faltenzone ausbildet, entspricht dies dem Aufbau einer Spiralfeder. Bei der bekannten Ventilanordnung wird diese Spiralfeder dann durch Querbeanspruchung aus ihrer Längsachse verschoben.The known pneumatic valve described, with a rubber membrane arranged transversely to the longitudinal axis of the connecting line, has the disadvantage that the membrane does not perform an exactly defined lifting movement, since the force acting on the membrane is perpendicular to the surface plane of the membrane. The circular bending zone responsible for the movement of this membrane enables only an undefined bending area, which is shown in FIGS . 1a and 1b. If you form this bending zone as a fold zone, this corresponds to the construction of a spiral spring. In the known valve arrangement, this spiral spring is then displaced from its longitudinal axis by transverse stress.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der einleitend bezeichneten Art zu schaffen, bei welchem die Membran einer exakt definierten Bewegung ausgesetzt ist und dementsprechend leicht und empfindlich betätigt werden kann.The invention has for its object a valve introductory type in which the Membrane is exposed to a precisely defined movement and are therefore operated easily and sensitively can.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ventil der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is based on a valve initially designated type according to the invention by the characterizing features of claim 1 solved.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben.In the subclaims are further advantageous and expedient embodiments of the invention Establishment described.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß auch die Bewegungsrichtung eines Gummibauteils in definierter Weise erfolgen soll. So kann ein Faltenbalg oder eine faltenförmige Wand definiert nur in seiner Längsachse, nicht jedoch in seiner Querachse hierzu bewegt werden. Aus dieser Erkenntnis erfolgt die erfindungsgemäße Anordnung dahingehend, daß anstelle der herkömmlichen, quer zur Strömungsrichtung ausgerichteten Gummimembran ein in Längsrichtung zur Strömungsrichtung ausgerichteten Faltenbalg als pneumatisch beaufschlagbarer Ventilkörper verwendbar ist. Sofern man den Faltenbalg mit einer Feder vergleicht, wird in diesem Fall das Bauelement in axialer Richtung und nicht quer hierzu beansprucht. Dies ergibt einen definierten Weg über eine große Wegstrecke und damit eine sehr feinfühlige Einstellmöglichkeit des Ventils. Dies ist insbesondere in der Medizintechnik von hoher praktischer Bedeutung, da der Atemwegwiderstand bei der Beatmung eines Patienten entscheidend von der Bauart des Ventils abhängt. Das erfindungsgemäße Ventil läßt sich demnach besonders vorteilhaft als Exspirationsventil im Exspirationszweig oder als Rückschlagventil im Inspirationszweig eines Atemhilfegeräts einsetzen.The invention is based on the knowledge that the Direction of movement of a rubber component in a defined Way should be done. So a bellows or a wrinkled wall defines only in its longitudinal axis, but not be moved in its transverse axis for this. Out The arrangement according to the invention is based on this finding in that instead of the conventional, across Direction of flow aligned rubber membrane in Longitudinal direction to the flow direction Bellows as a pneumatically actuated valve body is usable. Provided you have the bellows with a spring compares, in this case the component is axial Direction and not across claimed. This results in a defined path over a long distance and thus a very sensitive adjustment option of the valve. This is particularly high in medical technology practical importance because the airway resistance in the Ventilation of a patient depends on the design of the Valve depends. The valve according to the invention can be therefore particularly advantageous as an expiration valve in Expiratory branch or as a check valve in the Use the inspiration branch of a breathing apparatus.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 2 ist der Faltenbalg als pneumatischer Ventilkörper in einem Ventilgehäuse angeordnet, wobei die Längssymmetrieachse mit der Längsachse der Anschlußleitung fluchtet. Hierdurch erfolgt die Kraftbeaufschlagung auf den Faltenbalg in seiner axialen Längsrichtung.According to the development of the invention according to subclaim 2 is the bellows as a pneumatic valve body in one Valve housing arranged, the longitudinal axis of symmetry aligned with the longitudinal axis of the connecting line. Hereby the force is applied to the bellows in its axial longitudinal direction.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 3 kann die Ventilplatte zum Verschließen bzw. zum Öffnen der Anschlußleitung zusätzlich durch einen mechanischen Stößel betätigt bzw. gesteuert sein.According to the development of the invention according to subclaim 3 can the valve plate to close or open the Connection line additionally by a mechanical plunger be operated or controlled.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below explained. Show it

Fig. 1 ein herkömmliches pneumatisches Ventil mit quer zur Ausströmrichtung angeordnete Membran, Fig. 1 shows a conventional pneumatic valve with transversely arranged to the outflow membrane,

Fig. 1a eine symbolische Darstellung zur Erläuterung der Fig. 1 und Fig. 1a is a symbolic representation to explain Fig. 1 and

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes pneumatisches Ventil mit Faltenbalg in Längsrichtung zur Ausströmrichtung und Fig. 2 shows an inventive pneumatic valve with bellows in the longitudinal direction to the outflow direction and

Fig. 2a und Fig. 2b eine Darstellung zur Erläuterung der Fig. 2. Fig. 2a and Fig. 2b is a diagram for explaining FIG. 2.

In der Fig. 1 ist die prinzipielle Anordnung eines pneumatischen Ventils, insbesondere eines bekannten Exspirationsventils dargestellt. Ein beispielsweise kreiszylindrisches Gehäuse (1) ist durch eine kreisförmige Gummimembran (2) in einen oberen Druckraum (3) und einen unteren Raum (4) geteilt, wobei der obere Druckraum (3) über eine Leitung (5) mit Druck (Pfeil 6) beaufschlagbar ist. Der untere Raum (4) führt über eine Leitung (7) ins Freie (Pfeil 12). In den unteren Raum (4) mündet eine Anschlußleitung (8), aus der beispielsweise Atemluft über den Raum (4) und die Leitung (7) ins Freie strömen soll. Mit Pfeil (9) ist die Bewegungsrichtung der Atemluft gekennzeichnet.In FIG. 1, the basic arrangement of a pneumatic valve, in particular shown a prior art exhalation valve. An example of a cylindrical housing ( 1 ) is divided by a circular rubber membrane ( 2 ) into an upper pressure chamber ( 3 ) and a lower chamber ( 4 ), the upper pressure chamber ( 3 ) being pressurized via a line ( 5 ) (arrow 6 ) is acted upon. The lower room ( 4 ) leads to the outside via a line ( 7 ) (arrow 12 ). A connecting line ( 8 ) opens into the lower room ( 4 ), from which, for example, breathing air is to flow outside via the room ( 4 ) and the line ( 7 ). The direction of movement of the breathing air is indicated by arrow ( 9 ).

Die Anschlußleitung (8) wird durch eine Ventilplatte (10) mit konischen Ventilkörper (24) gegen den Ventilsitz (11) der Leitung (8) durch den Druck im Druckraum (3) verschlossen. Ist der Druck in der Leitung (8) größer als der Druck im Druckraum (3) so biegt sich die Membran (2) nach oben hin durch, wodurch sich die Ventilplatte (10) vom Ventilsitz (11) der Anschlußleitung (8) abhebt. Die Atemluft kann dann aus der Leitung (8) in den Raum (4) und von dort aus ins Freie strömen (Pfeil 12).The connecting line ( 8 ) is closed by a valve plate ( 10 ) with a conical valve body ( 24 ) against the valve seat ( 11 ) of the line ( 8 ) by the pressure in the pressure chamber ( 3 ). If the pressure in the line ( 8 ) is greater than the pressure in the pressure chamber ( 3 ), the membrane ( 2 ) bends upwards, causing the valve plate ( 10 ) to rise from the valve seat ( 11 ) of the connecting line ( 8 ). The breathing air can then flow from the line ( 8 ) into the room ( 4 ) and from there into the open air (arrow 12 ).

Die Bewegung der Ventilplatte (10) kann durch einen mechanischen Stößel (13) in der Auf- und Abbewegung beeinflußt werden. Dies ist mit Pfeil (14) angedeutet.The movement of the valve plate ( 10 ) can be influenced by a mechanical tappet ( 13 ) in the up and down movement. This is indicated by arrow ( 14 ).

Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 ist die Gummimembran entweder als durchgehende kreisringförmige Scheibe mit innerer Ventilplatte (1) ausgebildet. Die Gummimembran kann auch direkt als Kreisscheibe auf die Öffnung der Anschlußleitung (8) einwirken, so daß die Ventilplatte selbst durch die Gummimembran gebildet wird.In the known arrangement according to Fig. 1, the rubber membrane is designed either as a continuous circular disc with an inner valve plate ( 1 ). The rubber membrane can also act directly as a circular disc on the opening of the connecting line ( 8 ), so that the valve plate itself is formed by the rubber membrane.

Um die Beweglichkeit der Gummimembran (2) zu verbessern, ist in der Fig. 1 auf der linken Zeichnungsdarstellung eine im Querschnitt kreissegmentförmige Ausbeulung (15) und auf der rechten Seite alternativ ein Faltenbereich (16) dargestellt, der die Ausbeulung der Gummimembran erleichtern soll. Wie in Fig. 1a schematisch für zwei Alternativen dargestellt, ermöglicht die Ausbeulung (15) (linke Seite in Fig. 1a) ein leichteres Anheben des mittleren Bereichs der Gummimembran (2), was jedoch zu einer undefinierten Bewegung der Ausbeulung (15) führt.In order to improve the mobility of the rubber membrane (2), 1 is a circular segment-shaped in cross section bulge (15) is shown in Fig. On the left drawing representation shown, alternatively, a gusset portion (16) on the right side, which is to facilitate the bulging of the rubber membrane. As shown schematically in Fig. 1a for two alternatives, the bulge ( 15 ) (left side in Fig. 1a) enables the central region of the rubber membrane ( 2 ) to be lifted more easily, but this leads to an undefined movement of the bulge ( 15 ).

Gleichermaßen führt in Fig. 1a die Faltenwand (16) (rechte Seite in Fig. 1a) bei der Aufwärtsbewegung der Gummimembran zur Erzielung des Abstands (a) zwischen Ventilplatte und Anschlußleitung (8) eine undefinierte Bewegung aus, die in Längs- und Querrichtung der Längsachse des Faltenbereichs liegt. Dies kann damit verglichen werden, wenn man eine Schraubenfeder nicht nur in seiner Längsachse sondern auch quer hierzu belastet.Similarly, in Fig. 1a, the pleated wall ( 16 ) (right side in Fig. 1a) with the upward movement of the rubber membrane to achieve the distance ( a ) between the valve plate and the connecting line ( 8 ) performs an undefined movement in the longitudinal and transverse directions of the Longitudinal axis of the fold area lies. This can be compared to loading a coil spring not only in its longitudinal axis but also across it.

In der Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Ventil dargestellt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf die diesbezügliche Beschreibung zu Fig. 1 wird verwiesen.In FIG. 2 valve of the invention is illustrated. The same parts as in Fig. 1 are given the same reference numerals. Reference is made to the relevant description of FIG. 1.

In der Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Faltenbalg (18) im Gehäuse (1) derart angeordnet, daß die Symmetrielängsachse (19) mit der Längsachse (20) der Anschlußleitung (8) fluchtet. Die Bewegungsrichtung (Pfeil 21) des Faltenbalgs (18) erfolgt deshalb unmittelbar achssymmetrisch zur Kraftbeaufschlagung. Die Druckkraft (P) auf die Ventilplatte (10) wirkt deshalb parallel zu dem Federweg (22) des Balgs (18) mit Faltenwand (23) und nicht quer hierzu wie in Fig. 1a (rechte Seite) gezeigt.In FIG. 2, the bellows according to the invention (18) is arranged in the housing (1) such that the longitudinal axis of symmetry (19) is aligned with the longitudinal axis (20) of the connecting line (8). The direction of movement (arrow 21 ) of the bellows ( 18 ) is therefore directly axially symmetrical to the application of force. The pressure force ( P ) on the valve plate ( 10 ) therefore acts parallel to the spring travel ( 22 ) of the bellows ( 18 ) with a pleated wall ( 23 ) and not transversely to it, as shown in FIG. 1a (right side).

Der Faltenbalg (18) umschließt den Druckraum (3) und wird über die Leitung (5) mit Druck beaufschlagt, um das Ventil (18) zu schließen. Ist der Druck in der Anschlußleitung (8) größer als im Druckraum (3) so wird der Faltenbalg (18) in seiner axialen Längsrichtung (19) zusammengedrückt, so daß das Atemgas aus der Leitung (8) in den Raum (4) und von dort aus über die Leitung (7) ins Freie strömen kann (Pfeil 12). Der mechanische Stößel kann ebenfalls zur zusätzlichen Steuerung der Ventilbetätigung des Faltenbalgs (18) dienen.The bellows ( 18 ) encloses the pressure chamber ( 3 ) and is pressurized via the line ( 5 ) to close the valve ( 18 ). If the pressure in the connecting line ( 8 ) is greater than in the pressure chamber ( 3 ), the bellows ( 18 ) is compressed in its axial longitudinal direction ( 19 ), so that the breathing gas from the line ( 8 ) into the room ( 4 ) and from can flow from there via line ( 7 ) to the outside (arrow 12 ). The mechanical tappet can also be used to additionally control the valve actuation of the bellows ( 18 ).

In Fig. 2a ist nochmals die symbolisch lineare Bewegung des Faltenbalgs (18) durch Kraftbeaufschlagung über den Druckraum (3) oder über die Kraft (P) dargestellt. Hierdurch drückt sich wie in Fig. 2b dargestellt, der Faltenbalg linear und nicht quer hierzu zusammen.In Fig. 2a, the symbolic linear movement of the bellows ( 18 ) is again shown by applying force via the pressure chamber ( 3 ) or via the force ( P ). As a result, as shown in FIG. 2b, the bellows compresses linearly and not transversely to it.

Das erfindungsgemäße Ventil kann beispielsweise als Exspirationsventil oder Peep-Ventil verwendet werden. Um einen kontinuierlich positiven Atemwegdruck (CPAP) zu erzielen, wird der Druckraum (3) auf Peep-Niveau gehalten, so daß der Patient über die Exspirationsleitung (8) gegen dieses Peep-Niveau (z. B. 5 mbar bis 10 mbar) ausatmen muß.The valve according to the invention can be used, for example, as an expiration valve or peep valve. In order to achieve a continuously positive airway pressure (CPAP), the pressure chamber ( 3 ) is kept at peep level so that the patient can exhale against this peep level (e.g. 5 mbar to 10 mbar) via the expiratory line ( 8 ) got to.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt.The invention is not based on the embodiment limited. Rather, it also includes all professional Modifications and further training without your own inventive content.

Claims

1. Valve with a pneumatic or hydraulic control, consisting of a membrane or the like, which closes off a control pressure chamber, a valve plate for closing a line with a valve seat being attached to the diaphragm and the axial lifting and lowering movement of the valve plate by the control - or discharge pressure is defined, characterized in that the membrane is designed as a bellows ( 18 ), the fold wall ( 23 ) of which executes a spring travel ( 22 ) which is aligned parallel to the axial stroke direction ( 21 ) of the valve plate ( 10 ).

2. Valve according to claim 1, characterized in that through the valve plate ( 10 ) to be opened and closed connecting line ( 8 ) with valve seat ( 11 ) opens into a valve housing ( 1 ) in which the bellows ( 18 ) with its longitudinal axis of symmetry ( 19 ) with the longitudinal axis ( 20 ) of the line ( 8 ) is fastened in alignment and that the valve housing ( 1 ) has a pressure connection line ( 5 ) to the interior ( 3 ) of the bellows ( 18 ) and an outlet line ( 7 ) for the line ( 8 ) has flowing medium.

3. Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the valve plate ( 10 ) in its axial lifting and lowering movement of a mechanical plunger ( 13 ) is controllable.