專利名稱：用于呼吸器的控制閥的制作方法
用于呼吸器的控制閥
獄領域
本發明涉及一種用于對呼吸器進行流量控制與調節的閥門，其中，該閥門具
有一個外殼和一個在外殼中圍繞其縱軸可旋轉地設置的旋轉滑閥，ffi31轉動旋轉 滑閥可以完全或部分關閉至少一個穿通 L旋轉滑閥具有與相應設計的外殼支撐 面相互配合的錐形密封面，并且穿通 L被設置在密封面的范圍內。
背景魷
呼吸器既可以在固定的區域(例如診所或家里)使用，也可以在移動的區 域(例如急求劃艮務)使用。其中非常重要的是，這種器具能安全可靠且無故障 ite作。為避免^ffl這種器具時對周圍環境造成影響，在操作時必須盡可能地使 其安靜平穩。
US 6，615，831公開了一種帶有3/2旁通閥的呼吸器。該閥門具有一個可以借 助電磁線圈軸向移動的控制滑閥，控制滑閥在其端位置可以打開用于涼 自壓 力產生器的吸氣的穿通孔，或關閉穿通孔并同時打開單獨的穿通孔，以便使玉力 產生器的空氣消耗降到劇氐。但由于對控制滑閥的軸向移動需要軸向間隙，所以 這種閥門對位置，依賴，即使是在關閉狀態下也不密封。
EP1 177 810Bl展示了一種閥門，戶腿閥門帶有一個可圍繞其縱軸轉動的旋 轉滑閥。這種閥門在其周邊具有至少一個縱向槽，戶腿縱向槽與環繞滑閥的外殼 部件的相應開孔相匹配。另外，在旋轉滑閥的自由端面安裝有一個控制凸輪，通 過控制凸輪也只能部分敞開開 L。這種閥門同樣具有以下缺點，即在關閉狀態下 不能完全密封。為了保證閥門的動力學性能，旋轉滑閥必須以一定的徑向間隙才 能套入外殼部件中。而這時所產生的環狀間隙會泄漏一部分呼吸氣，并且會對期 望的呼吸量造成不利影響。
GB 288 403公開了一種用于氣體與其它液體的閥門或者說滑閥。該閥門具有 一個帶有錐座的外殼與一個可從外部通過旋轉操作的截錐形閥體。在旋轉閥體 時，外殼錐座中的穿通孔與閥體上的開孔相匹配，這樣就可以使介質》魅圣閥門。但是錐座中的大面積的閥體支撐會產生較高的的摩擦阻力，該摩擦阻力妨礙操作 并且妨礙閥門的動力學控制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種呼吸器，或者說一種用于呼吸器的閥門，所述呼 吸器或閥門操作起來安全可靠，并且具有較小的通流阻力，其還具有較高的動力 學性能以及在關閉狀態下使閥門具有較高的密封性。
根據本發明，通過以下方式可以達到所述目的，即在軸向上通過中心的點支
承裝置將旋轉滑閥支撐在外H:，所述點支孝^atm為設置在縱向中心軸上的 鄉承。旋轉滑閥與外殼之間的點^^驢產生極小的摩^l員耗，并且可以借助 較小的操作力與操作力矩達到較高的閥門動力學性能。由于是錐形密封面，所以 旋轉滑閥在閥門關閉時可以被吸氣或呼氣的過壓壓向密封面。因此實際上避免了 泄漏損失。而且還可以自動補償由于磨損而導致的旋轉滑閥與相應支撐面的損 壞。
有利的是，密封面的錐形朝著流動方向逐漸變細。在吸氣或呼氣流入錐體時， 閥門中的氣流均勻分布，并且產生相對極小的通流阻力。
密封面的錐角適宜在60°與120°之間，i^大約90° 。這種角度范圍可 以使閥門形成一種相對短小而緊湊的結構型式。該角度范圍也可以得出有利的流 動比率并且很大禾，i1^i免了紊流。
穿通 US宜按如下方式設計，即在關閉方向上轉動旋轉滑閥時通流截面不斷 減小，禾口/或設置多個穿通孔。在快完成關閉過程時，僅僅還存在較小的通流截面, 從而可以很大f，i"W免在完全關閉閥門時在系統中產生沖擊。針對多個孔的情 況，孑L的大小可以不同，其中，孑L的大小在關閉過程接近完成時會變小。M以 下方式可以達到相同的效果，即在徑向上并排設置多個孔，并且在關閉過程接近 完成時，徑向湘隙置的孔的數量減少。
有利的是，穿通 L在旋轉滑閥的關閉方向上以楔形的方式逐漸變細。M5 形的形狀可以使剩下的通流截面在關閉閥門時更快或更漫地變小或變大。楔形穿 通孔的iiiH^是弧形的。
為了在關閉狀態下使閥門達到較高的動力學性能以及艦的密封性，在朝著 閥門的關閉方向上，外殼和/^M轉滑閥的相互配合的密封面的錐半徑在部分圓周上持續變大。因此，旋轉滑閥與外殼相互貼靠的密封面并非精確的錐面，而根據 這種特別的結構與精確的錐面有稍微差異。在閥門的關閉狀態下，密封面是以面 的形式相互支撐的，并且由此產生很高的密封效果。在閥門打開時產生密封間隙， 該密封間隙額夕卜擴大通流截面，并且使M31閥門的流量更高。
另夕卜種有利的實施方式在于，夕卜殼的穿通孔在與旋轉滑閥相對的側面被凸 出部分包圍住，其中，凸出部分的邊緣高度朝著閥門的關閉位置增加。此外，在 閥門的關閉狀態下同樣產生平面的密封。在閥門打開時，旋轉滑閥與凸出部分分 離，同樣也產生額外的密封間隙。
閥門的另外一種有利的實施方式在于，ilil轉動旋轉滑閥使閥門具有完全或 部分關閉的孔，其中，旋轉滑閥是以虹膜的形式構成的，戶; MO莫帶有可以Mil 可轉動的控制環在穿通孔的凈橫截面中擺動的薄片。迄今為止，ill莫主要在照相 機與攝像機的光學系統中用作曝光定量。
本發明的一個重要目的還在于，在閥門內部產生盡可能的層流。因此，, 的薄片可以有利地朝向設置在中心的置換體移動。在閥門打開時，置換,各個 面上繞流，并且在氣流中形成一種"浮標"。
為了實！Ul)iia似徑向分布在閥門上的薄片密封地關閉閥門，置換體本身可 由一種彈性材料制成。然而有利的是，置換體具有至少一個彈性密封元件。
有利的是，閥門Mil伺服機構，imiiil^it電機相應地控制。因此在閥門 的工作中不僅有閥門的兩個最終位置，即"開"或"關"，而且還可以根據需求 控制任意中間體。
有利的是，在旋轉滑閥與伺服機構之間設置可拆卸的彈性聯軸器。這種聯軸 器可以無間隙地將旋轉運動從伺服機構傳遞給旋轉滑閥。同時還可以補償可能的 軸偏距。
有禾啲是，為了可以自動復位到其初始位置，旋轉滑閥可以克服至少一個扭 轉彈簧的復位力轉動。因此在旋轉驅動的無流狀態中存在定義的初始位置。在斷 電的情況下，閥門，自動進入到完全打開的狀態，這樣就不會妨礙病人的自然 呼吸。
吸的自動呼吸器中使用，該呼吸器具有一^Ht氣口、 一4^源、至少一個可相應 調節的控制閥以及用于測量氣壓與流量的傳離，其中，測量流量用于控制閥門。有利的是，在這種呼吸器中的氣源優選以在整個呼吸循環中以恒定,轉動 的鼓風機構成。這樣的鼓風機不僅運行駄相當安靜，而且具有較低噪音級。同 時可以M控制閥門達到調節呼吸的目的。
本發明的其它設計方案在附圖與從屬權利要求中給出。
附圖標記清單以及權利要求書魏明公開的一部分。
以下將對附圖進纟 ^賣而全面的說明。相同的附圖標記代表相同的部件，帶 有不同字母標記的附圖標記代表功微胴或相似的部件。
以下將根據附圖用^H己及舉例對本發明進行詳細說明，其中-圖1是根據本發明的呼吸器的示意圖，
圖2是根據本發明的閥門的第一實施方式的縱剖面圖，所示閥門帶有錐形閥
座，
圖3是圖2中的閥門沿剖面線A-A的剖面圖，戶萬示閥門處于打開狀態， 圖4是類似于圖3的剖面圖，所示閥門處于關閉狀態， 圖5是根據本發明的閥門的另一種實施方式的正視圖，所示閥門是以虹膜的 形式構成的，
圖6是根據圖5的閥門沿剖面線B -B的剖面圖， 圖7是圖5與圖6中所示閥門的透視圖，
圖8是在圖10中根據本發明的閥門沿剖面線C-C的剖面圖，所示閥門處于 打開狀態，
圖9是根據圖8的閥門，所示閥門處于關閉狀態以及 圖10是根據圖8與圖9所示的閥門的縱音靦圖。
在圖i中示出的呼吸器具有一^HS氣口 l與一^源2，該呼吸器具有用于
防護的外罩IO。氣源2雌以m機或壓縮機的形式構成。也可以4頓內部激卜 部蓄壓器或外部壓縮空氣供^置作為氣源2。在用于病人吸氣的上部管道中設 置有可調的吸氣控制閥3a、吸氣流量傳繊4a以及吸氣壓力傳感器5a。在管道 的末端連接有通向病人的吸氣軟管6。出氣軟管7從病人處接回外罩10中。在控制呼氣的下部管道中同樣設置有呼氣壓力傳感器5b、呼氣流量傳感器4b與可調
的呼氣控制閥3b。流量傳感器與壓力傳繊的測量值將被連續傳送給控制裝置8， 在那里將用作調節用于病人吸氣與呼氣的控制閥3a、 3b。所呼出的氣體最后將通 過出氣口9排入大氣中。
呼吸器可以直接與外部電源相誠艦內部歜卜部電池供電。 根據圖3至圖5的實施方式可以看出，根據本發明的控制閥由一個外殼11 與一個可以在外殼中旋轉支承的旋轉滑閥12組成。外殼11具有側面進氣接頭lla 和在軸向上與旋轉滑閥12相連的出氣接頭llb。在進氣接頭lla與出氣接頭lib 之間設置有隔板llc。隔板llc是錐形的，并且包圍成大約90°的錐角。隔板llc 具有錐形穿通 L lld。旋轉滑閥12由管狀軸12a和與之相連的漏斗12b組成。漏 斗12b的內側與外殼11的隔板llc上的支撐面llf 一起構成密封面12c，在圖4 中示出的閥門封閉狀態下，該支撐面密封穿通孔lld。
如圖2所示，旋轉滑閥12在軸向上M辦由承13 ，在外殼11的中心。 在縱向中心軸線區域中，辦由承13在兩^fP件11、 12上產生中心的點支承，從 而使摩擦非常小。
包圍旋轉滑閥12的軸12a的扭轉彈簧14用于在閥門的無流狀態下將旋轉滑 閥12保持在定義的初始位置(例如"開"或"關")中。此外，扭轉彈簧14 還可以M以下方式密封旋轉滑閥12，即在軸向上將漏斗12b壓向隔板llc。蓋 板15在與出氣接頭lib相對的一側與外殼11相連。優選以0型圈的形式構成的 密封圈16用于密封蓋板15。
在蓋板15上固定有用作伺服驅動裝置的，電機17。皿電機17用于借助 傳動軸17a旋轉驅動旋轉滑閥12。在閥門關閉時，在閥門后會產生過壓，該過壓 會將漏斗12b或旋轉滑閥12的密封面12c軸向壓向外殼11的支撐面llf。這樣 實際上就不會產生泄漏損失。這種方式使得例如以MK機的形式構成的氣源會, 以穩定的自在由吸氣與呼氣組成的完整呼吸循環中運行。據此，僅僅利用控制 閥就可以達到呼吸循環的旨動力學性能。在縱向上設置的導翼lle可以避免閥 中的氣流產生漩渦。這種導翼既可以隨意選擇，也可以取消。
如圖3所示，穿通孔lld是錐形的，并且帶有彎曲的邊緣。這樣就可以使閥 門具有特定的、比如逐船也關閉或打開的性能。特別^fflilS種方式可以斷氐或 避免壓力峰值。通過扭轉彈簧14的作用力可以將旋轉滑閥12旋入如圖4所示的關閉位置，從而關閉閥門。根據空氣需求量情況，也可以通過旋轉滑閥12的較
小偏轉角只部分打開穿通孔lld。
穿通孔lld被凸出部分llg包圍著。凸出部分llg的 高度 在關閉方
向上不斷增加。因itb就會形成用于旋轉滑閥12的滑入斜角。由此在閥門的關閉
狀態下達到特別好的密封效果。在闊門打開時，旋轉滑閥12從凸出部分llg離
開，從而打開額外的密封間隙，^f大閥門的M量。
圖5至圖7示出的控制閥的實施方式具有以法蘭的形式構成的外殼20。在外 殼20中可旋轉地支承有控制環21 。設置在中心的置換體22 ilii徑向腹板(Stege) 23與外殼20相連。置換體22由錐形前部22a與錐形后部22b組成，前部與后部 例如用螺栓相互緊固在一起。在外殼20上以可旋轉的方式固定有薄片25，其根 據光學上已知的虹膜原理，可以通過旋轉控制環21使薄片徑向地向內旋轉。同 時，置換體22形成對薄片25的徑向止擋。為了達翻艮好的密封效果以及避免損 壞薄片25，置換體22在薄片25的轉動區域配置一個或多個彈性密封元件24。 該密封元件24可以是0型圈。這種以虹膜形式構成的控制閥可以M穿通孔26 的對稱分布產生非常有利的流動比率。
圖8至圖10示出的閥門在功能上基本符合圖2至圖4所示的實施方式，其 同樣由外殼31與以可轉動的形式支承在外殼中的旋轉滑閥32。在外殼31的側面 模制有進氣接頭31a。出氣接頭31b以與旋轉滑閥32的縱軸同軸的方式設置。在 進氣接頭31a與出氣接頭31b之間設置有錐形隔板31c。隔板31c構成了旋轉滑 閥32的支撐面31f。旋轉滑閥32具有基本為圓柱形的軸32a和與之相連的漏斗 32b。在漏斗32b的區域內具有密封面32c，該密封面與支撐面31f—起構成平面 密封裝置。
旋轉滑閥32通過中心設置的球軸承33以點狀的方式被支承在外殼31上， 這樣就可以克服極小的阻力旋轉。扭轉彈簧34將旋轉滑閥32保持在圖8所示的 初始狀態。其中外殼31的穿通孔31d完全被打開，并且達到閥門的全^I狀態。 與圖2至圖4所示的實施方式不同的是，在兩偵識有唯一的錐形穿通孔(1 ld)， 在這種實施方式中，穿通 L31d是以大量的單獨的孔的形式構成的。其中，孑L要 這樣設計，即通流截面在關閉方向上同樣逐漸減小。
閥門的后端^lil蓋板35封閉。為了在外殼31與蓋板35之間形成密封狀 態，設置有密封圈36。與旋轉滑閥32的軸32a相互配合的軸密封裝置39避免了入。
旋轉滑閥32同樣^il過例如以皿電機37的形式構成的伺服驅動裝置驅 動。其中，步進電機37的驅動軸37a^!31可拆卸的彈性聯軸器38與旋轉滑閥 32相連的。聯軸器38的撓性產生至少三種有利的效果
1. 將旋轉運動從g電機37無間隙地傳遞給旋轉滑閥32。
2. 補償步進電機37與旋轉滑閥之間可能出現的軸偏距。
3. 聯軸器可以施加輔助的軸向力，其可以導致聯軸器38位于旋轉滑閥側的 末端總是與旋轉滑閥32充分接觸。
與圖2至圖4示出的實施方式(支撐面llf與密封面12c是以精確錐體的形 式構成的)不同的是，密封面32c與支撐面31f在整個圓周上具有可變化的錐半 徑r/R，該錐判5朝著關閉方向不斷擴大。判5變化的傾斜角雌大約3。。這樣 可以實現在閥門關閉的狀態下，球軸承33從點支機置離開，并且密封面在軸 向上完全相互壓緊。M這種方式，可以實現閥門在關閉的狀態下的較高密封效 果。
外殼ll、 31以及旋轉滑閥12、 32都 由塑料制成。塑料具有相對較小的 比重，從而使活動件(特別是旋轉滑閥12、 32)的自重也相對較小。同時還可以 使這些零件的運動具有較高的動力學性能。塑料的另外一個阮點在于，塑料的殺 菌效果持久并且非常有效。附圖t斜己
1、 進氣口
2、 氣源
3a、吸氣控制閥 3b、呼氣控制閥 4a、吸氣流量傳感器 4b、呼氣流量傳感器 5a、吸氣壓力傳感器 5b、呼氣壓力傳感器
6、 吸氣軟管
7、 呼氣軟管
8、 控制裝置
9、 出氣口
10、 外罩
11、 外殼 lla、進氣接頭 llb、出氣接頭 llc、隔板 lld、穿通孔 lle、導翼 llf、支撐面 llg、凸出部分
12、 旋轉滑閥 12a、軸 12b、漏斗 12c、密封面
13、 鄉承
14、 扭轉彈簧
15、 蓋板16、 密封圈
17、 步進電機 17a、驅動軸
20、 外殼
21、 控制環
22、 置換體 22a、前端 22b、后端
23、 腹板
24、 密封元件
25、 薄片
26、 穿通孔
31、 外殼 31a、進氣接頭 31b、出氣接頭 31c、隔板 31d、穿通孔 31f、支撐面
32、 旋轉滑閥 32a、車由 32b、漏斗 32c 、密封面
33、 球軸承
34、 扭轉彈簧
35、 蓋板
36、 密封圈
37、 步進電機 37a、驅動軸38、 聯軸器
39、 軸密封裝置
權利要求
1.一種用于對呼吸器(1)進行流量控制和調節的閥門，其中，所述閥門具有一個外殼(11)和一個在外殼中圍繞其縱軸可旋轉地設置的旋轉滑閥(12)，通過轉動旋轉滑閥(12)可以完全或部分關閉至少一個穿通孔(11d)，旋轉滑閥(12)具有與相應設計的外殼(11)的支撐面(11f)相互配合的錐形密封面(12c)，并且穿通孔(11d)設置在密封面(11f)的范圍內，其特征在于，所述旋轉滑閥(12)在軸向上通過中心的點支承裝置支撐在外殼(11)上，所述點支承裝置優選為設置在縱向中心軸線上的球軸承(13)。
2. 根據權利要求1所述的閥門，其特征在于，所述密封面(12c)的 錐形朝著流動方向不斷變細。
3. 根據權利要求l或2所述的閥門，其特征在于，所述密封面的錐角 位于60。與120°之間，優選為大約90。。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的閥門，其特征在于，所述穿通孔 (lld)是如下構成的，即在轉動旋轉滑閥(12)時，通流截面在關閉方向上逐漸變小，和/或設置更多的穿通孔。
5. 根據權利要求4所述的閥門，其特征在于，所述穿通孔(lld)在 旋轉滑閥(12)的關閉方向上是以楔形的方式變細的。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的閥門，其特征在于，外殼(31) 和/或旋轉滑閥(32)的相互配合的密封面的錐半徑(r/R)朝著閥門的關 閉方向在部分圓周上連續變大。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的閥門，其特征在于，外殼(11) 的穿通孔(lld)在與旋轉滑閥(12)相對的一側上被凸出部分(llg)包 圍，其中，凸出部分(llg)的邊緣高度朝著閥門的關閉方向增加。
8. —種用于對呼吸器進行流量控制與調節的閥門，其特征在于，所述 閥門通過轉動旋轉滑閥的方式具有完全或部分關閉的開孔(26)，其中， 所述旋轉滑閥是以虹膜的形式構成的，所述虹膜帶有能夠通過可轉動的控 制環(21)在穿通孔的凈橫截面中擺動的薄片(25)。
9. 根據權利要求8所述的閥門，其特征在于，虹膜的薄片(25)能夠朝著設置在中心的置換體(22)移動。
10. 根據權利要求9所述的閥門，其特征在于，所述置換體(22)具 有至少一個彈性密封件(24)。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的閥門，其特征在于，所述旋轉 滑閥(12)能夠通過伺服機構，優選通過步進電機(17、 37)進行相應地 控制。
12. 根據權利要求ll所述的閥門，其特征在于，在旋轉滑閥(12)與 伺服機構之間設置有可拆卸的、彈性的聯軸器(38)。
13. 根據前述權利要求中任一項所述的閥門，其特征在于，所述旋轉 滑闊(12、 32)能夠克服至少一個扭轉彈簧(14、 34)的復位力轉動。
14. 一種用于人工呼吸或幫助病人呼吸的呼吸器，帶有一個進氣口 (1)、 一個氣源(2)，至少一個能夠相應調節的控制閥(3a、 3b)以及用于測 量壓力(5a、 5b)和流量(4a、 4b)以便控制控制閥(3a、 3b)的傳感器， 其特征在于，所述控制閥是根據權利要求1至13中任一項所述的閥門。
15. 根據權利要求14所述的呼吸器，其特征在于，所述氣源(2)是 以能夠在整個呼吸循環中以恒定轉速轉動的鼓風機構成的。
全文摘要
本發明涉及一種用于人工呼吸或幫助病人自然呼吸的呼吸器，其帶有一個進氣口、一個氣源與至少一個可以相應調節的控制閥。控制閥具有一個外殼(11)和一個在外殼中可圍繞其縱軸旋轉設置的旋轉滑閥(12)，利用該控制閥可以通過轉動旋轉滑閥(12)的方式完全或部分關閉外殼(11)的穿通孔(11d)。旋轉滑閥(12)和與旋轉滑閥(12)相互配合的外殼(11)的支撐面(11f)都是錐形的。穿通孔(11d)設置在支撐面(11f)的范圍內。
文檔編號A61M16/20GK101652154SQ200880009658
公開日2010年2月17日 申請日期2008年2月5日 優先權日2007年2月5日
發明者哈里·弗里博格, 米歇爾·威爾特, 費利克斯·克拉默, 雅各布·戴舍爾 申請人:醫療模擬器械股份公司