Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konstantströmungsreguliervorrichtung mit einer Einlasskammer und einer Auslasskammer.

Viele Erkrankungen können durch Studieren der Konzentration von bestimmten Substanzen in der Ausatmungsluft einer Person, z. B. Stickstoffoxid, diagnostiziert werden. Da jedoch der Druck der ausgeatmeten Luft von Person zu Person variiert, variiert das Volumen von Luft, die durch eine Teströhre oder dergleichen pro Zeiteinheit strömt, erheblich. Es gibt deshalb einen Bedarf nach einer Vorrichtung, die eine konstante Strömung von ausgeatmeter Luft zu einer Teströhre oder dergleichen unabhängig von dem Druck der ausgeatmeten Luft erzeugt. Es ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung bereitzustellen.

GB-A-816212 offenbart eine Flüssigkeitströmungssteuervorrichtung. Die Vorrichtung umfasst einen fixierten Steuerstopfen d mit einem kegelförmigen Ende, das sich durch ein Loch in einer bewegbaren Wand erstreckt, die mittels einer Feder g in Richtung des Stopfens vorgespannt ist. Mit ansteigendem Flüssigkeitsdruck vergrößert sich eine ringförmige Öffnung zwischen dem Stopfen und dem Loch, um eine Flüssigkeitsströmung durch das Loch zu erhöhen.

US-A-5685296 offenbart ein strömungsregulierendes Ventil in einer Atmungsgaszuführvorrichtung. Gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erstreckt sich ein Körperabschnitt 70 eines Stifts 62 koaxial durch einen bewegbaren Einsatz 52 und durch eine darin befindliche Öffnung 54. Der Einsatz und der Stift sind dimensioniert, um für jede relative Position einen Abstand zwischen ihnen bereitzustellen, so dass eine Gasströmung durch den Abstand mit einer Regelströmungsrate aufrechterhalten wird.

Dieser Gegenstand wird durch eine Konstantgasströmungsvorrichtung mit einer Einlasskammer und einer Auslasskammer erreicht, wobei eine bewegbare Wand die Einlasskammer und die Auslasskammer voneinander abgrenzt, wobei die Wand eine Öffnung aufweist, welche eine Kommunikation zwischen den Kammern erlaubt, wobei sich ein langgestrecktes Element zentrisch in der Öffnung der bewegbaren Wand in dessen Bewegungsrichtung erstreckt, wobei die Öffnung in einer ersten Position in der bewegbaren Wand in der Nähe eines ersten Endes des langgestreckten Elements angeordnete ist, wobei das Element eine Querschnittsgröße besitzt, welche sich von dem ersten Ende zu dessen zweiten Ende allmählich vergrößert, wobei die Größe der Öffnung in der bewegbaren Wand größer ist als die Querschnittsgröße des langgestreckten Elements, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraubenfeder zum Vorspannen der bewegbaren Wand in Richtung einer ersten Position bereitgestellt ist und dass ein Körper, welcher an die bewegbare Wand angebracht ist und die Öffnung aufweist, einen Abschnitt des langgestreckten Elements umgibt, wobei der Körper mit einem langgestreckten Führungsteil, welches die Bewegungsrichtung der bewegbaren Wand definiert, verschiebbar verbunden ist.

Durch eine solche Vorrichtung vergrößert sich der Raum zwischen der äußeren Peripherie des langgestreckten Elements und der inneren Peripherie der Öffnung in der Wand proportional zu dem Anstieg des Drucks in der Einlasskammer, so dass der Druck in der Auslasskammer unabhängig von dem Druck in der Einlasskammer konstant gehalten wird.

In der bevorzugten Ausführungsform hat das langgestreckte Element ein erstes Ende, das in der Einlasskammer angeordnet ist, und ein zweites Ende, das in der Auslasskammer angeordnet ist. Die Querschnittsform des langgestreckten Elements korrespondiert mit der Querschnittsform der Öffnung, wobei die Querschnittsform der Öffnung in der bewegbaren Wand und des langgestreckten Elements kreisförmig ist und das langgestreckte Element die Form eines abgeschnittenen Konus hat. Die langgestreckte Wand kann ein Diaphragma sein. Vorzugsweise ist die konstante Strömung in einem Bereich zwischen 0,5 und 4,5 l/min. und besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 3 l/min.

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegende 1 beschrieben, die eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Konstantgasströmungsreguliervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Die Vorrichtung in 1 umfasst ein Gehäuse 1, wobei der innere Raum dieses Gehäuses in eine Einlasskammer 2 und eine Auslasskammer 3 durch ein Diaphragma 4 aus einem flexiblen Material, z. B. Silikongummi oder Latex, unterteilt ist. Ein zylinderförmiger, hohler Körper 5 ist an dem Diaphragma 4 angebracht und erstreckt sich von dem Diaphragma in die nach unten gerichtete Richtung in 1. Der Körper 5 hat ein erstes Ende, das in der Einlasskammer 2 angeordnet ist, und ein zweites Ende, das in der Auslasskammer 3 angeordnet ist.

Ein Führungsteil 6, das im wesentlichen die Form eines zylinderförmigen Körpers hat, erstreckt sich zentrisch von dessen röhrenförmigen oberen Ende 7 in die nach unten gerichtete Richtung der 1 in das Innere des Gehäuse 1. Das Führungsteil 6 wird durch das Gehäuse durch eine beliebige geeignete Einrichtung gehalten, die es Luft erlaubt, durch das Röhrenende 7 in den inneren Raum des Gehäuses 1 zu strömen. Das Führungsteil umfasst desweiteren ein Sitzelement 8 in der Form einer ringförmigen Flansch, die in einem Abstand von der oberen Wand des Gehäuses angebracht ist.

Der hohle zylinderförmige Körper 5 hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Führungsteils 6, so dass ein ringförmiger Raum zwischen dem Äußeren des Führungsteils und dem Inneren des Körpers 5 existiert. Desweiteren umfasst das erste Ende des Körpers Einrichtungen 9 z. B. drei Führungsstifte oder eine ringförmige Hülse, zum gleitbaren Verbinden des Körpers 5 mit dem Führungsteil 6. Falls eine ringförmige Hülse verwendet wird, sollte sie mit dem Hauptteil des Körpers 5 mittels radial gerichteter Verbindungsstifte oder dergleichen verbunden sein, so dass Luft zwischen dem Körper und der ringförmigen Hülse strömen kann.

Das zweite Ende des Körpers 5 umfasst eine kreisförmige Öffnung 10 mit einer geringeren Größe als der innere Durchmesser des Körpers 5, die in die Auslasskammer 3 führt. Die Öffnung 10 hat eine scharfe Kante und die Wände des Körpers 5, die die Öffnung 10 definieren, divergieren relativ zueinander von der Kante.

Ein langgestrecktes Element 11 erstreckt sich von einem zentralen Teil des zweiten Endes des Führungsteils 6 nach unten. Dieses Element hat eine kreisförmige Querschnittsfläche mit einer Größe, die sich in der nach unten gerichteten Richtung in 1 vergrößert. In der gezeigten Ausführungsform hat das Element 11 die Form eines abgeschnittenen Konus. Das Element 11 und das Teil 6 sind vorzugsweise aus demselben Material gefertigt und in einem einteiligen Materialstück integriert.

Desweiteren erstreckt sich eine Schraubenfeder 12 zwischen dem Diaphragma 4 und der unteren Wand des Gehäuses 1. Der Körper 5 ist durch diese Feder 12 in Richtung einer ersten Position vorgespannt, in der dessen erstes Ende gegen die ringförmige Flansch 8 des Führungsteils 6 angeordnet ist. Das Diaphragma wird durch eine steife kreisförmige Platte in dem zentralen Bereich verstärkt, so dass die Feder 12 gegen diese kreisförmige Platte 14 wirkt.

Die oben beschriebene Vorrichtung funktioniert in der folgenden Weise. Vor einer Benutzung sind die Drücke in der Einlasskammer und der Auslasskammer gleich und der Körper 5 befindet sich in der ersten Position. Wenn von einer Person ausgeatmete Luft durch die Einlassröhre 7 in die Einlasskammer 2 strömt, wird der Druck in der Einlasskammer größer als in der Auslasskammer, wobei die Druckdifferenz bewirkt, dass sich das Diaphragma und dadurch der Körper 5 gegen die Kraft der Feder 12 nach unten bewegt. Die ausgeatmete Luft kann dann durch den Raum zwischen dem Äußeren des Elements 11 und der Kante der Öffnung 10 in dem zweiten Ende des Körpers 5 in die Auslasskammer strömen.

Aufgrund des Druckabfalls über dem Durchgang zwischen der Einlassklammer und der Auslasskammer existiert jedoch immer eine Druckdifferenz zwischen den Kammern, wobei der Druck in der Auslasskammer geringer ist, als der in der Einlasskammer. In der Figur hat sich der Körper 5 von der ersten Position gegen den Sitz 8 pressend nach unten bewegt und die ausgeatmete in die Einlasskammer 2 strömende Luft strömt in den Durchgang zwischen der Kante der Öffnung 10 und dem Äußeren des langgestreckten Elements 11 in die Auslasskammer 3 und verlässt diese Kammer durch darin befindliche Öffnungen 13, so wie es durch Pfeile in der Figur angedeutet ist.

Je größer der Druck in der Einlasskammer ist, desto länger ist die Distanz, um die sich der Körper 5 in die nach unten gerichtete Richtung der 1 bewegt. je länger jedoch die Distanz ist, um die sich der Körper 5 bewegt, desto kleiner ist der Raum zwischen der Kante der Öffnung 10 und dem Äußeren des langgestreckten Elements. Je höher der Druck in der Einlasskammer ist, desto kleiner ist somit der Durchgang zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer. Der Raum zwischen dem Äußeren des Elements 11 und der Kante der Öffnung 10 definiert somit eine kreisförmige regulierende Öffnung mit einer variierenden Größe, abhängig von dem Druck in der Einlasskammer.

Durch richtiges Dimensionieren der Vergrößerung der Querschnittsgröße des Elements 11 in der nach unten gerichteten Richtung kann der Druckabfall über dieser regulierenden Öffnung so gestaltet werden, dass er sich bei Druck in solcher Weise vergrößert, dass eine konstante Luftströmung durch diese regulierende Öffnung bei variierenden Drücken in der Einlasskammer strömt. Der Druckabfall über dieser regulierenden Öffnung, der zum Aufrechterhalten eines konstanten Druckes in der Auslasskammer benötigt wird, und die Größe der regulierenden Öffnung zum Erhalt eines solchen Druckabfalls ist relativ leicht zu berechnen. Die Bewegung des Körpers 5 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer für variierende Einlasskammerdrücke und in Abhängigkeit von der Kraft der Schraubenfeder 12 ist auch relativ leicht zu berechnen, weshalb die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Elements 11 relativ leicht zu berechnen ist.

Für eine Konstantströmungsreguliervorrichtung zum Aufrechterhalten einer konstanten Strömung von ausgeatmeter Luft aus der Auslasskammer 3 durch Öffnungen 13 in dem Gehäuse 1 bei einem Druck in der Einlasskammer, der zwischen 500 und 2000 Pa variiert und einer Öffnung in dem Körper 5 mit einem Durchmesser von 3,5 mm und einer linearen Schraubenfeder mit einer Federkonstante von 250 N/m macht ein Kegelwinkel von 1/70 des langgestreckten Elements 11 den Druck in der Auslasskammer 3 unabhängig von der Druckvariation in der Einlasskammer 2 innerhalb der oben erwähnten Grenzen und mit der benötigten Genauigkeit.

Die Schraubenfeder wird mit einer Kraft vorgespannt, die einem Druck von 500 Pa in der Einlasskammer 2 korrespondiert, und der Körper 5 bewegt sich somit nicht bis der Druck in der Einlasskammer 500 Pa überschreitet. Falls der Druck in der Einlasskammer 2000 Pa überschreitet, hat sich der Körper 5 entlang des langgestreckten Elements 11 zu einem Punkt des langgestreckten Elements 11 bewegt, wo die Querschnittsgröße des Elements gleich dem Durchmesser der Öffnung 10 ist, und der Durchgang zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer wird dann geschlossen.

Für die beschriebene Ausführungsform führen die erwähnten Berechnungen zu einem langgestreckten Element mit einer sich linear vergrößernden Querschnittsgröße. Solch ein Element ist leicht herzustellen. Jedoch können die Berechnungen für andere Parameter zu einem langgestreckten Element führen, das sich in der Querschnittsgröße entlang einer Kurve allmählich vergrößert. Die Querschnittsform der Öffnung in dem Diaphragma und des langgestreckten Elements müssen nicht notwendigerweise miteinander korrespondieren oder kreisförmig sein. Falls diese Formen jedoch miteinander korrespondieren und kreisförmig sind, vereinfachen sich die Berechnungen und die Luftströmung durch die regulierende Öffnung ist ungestörter. Desweiteren kann der Durchgang zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer nicht geschlossen werden, wenn der Druck in der Einlasskammer den maximal erlaubten Druck überschreitet, falls die Formen der Öffnung in dem Diaphragma und der Querschnittsform des langgestreckten Elements voneinander abweichen. Eine kreisförmige Form der Öffnung in dem Diaphragma und eine kreisförmige Querschnittsfläche des langgestreckten Elements wird deshalb bevorzugt.

Ein weiteres Beispiel einer Strömungsreguliervorrichtung hat ein Diaphragma von 44 mm mit einer Öffnung von 3,2 mm und eine lineare Schraubenfeder mit einer Federkonstante von 66 N/m. Das langgestreckte Element hat einen Kegelwinkel von 1:42,5 und die Lücke zwischen dem Diaphragma und dem langgestreckten Element variiert zwischen 0,17 und 0,10 mm wenn der Druck zwischen 500 und 2000 Pa variiert. Dies ergibt eine konstante Strömung von 2,7 l/min.

Um die Herstellung des langgestreckten Elements zu vereinfachen und die benötigte Genauigkeit zu erreichen sollte dem zylinderförmigen Körper erlaubt werden, sich wenigstens um eine Distanz zu bewegen, die das Doppelte des Durchmessers des kleinsten Durchmessers des langgestreckten Elements ist.

Außer der Feder und dem Diaphragma sind alle Teile der beschriebenen Strömungsregulierungsvorrichtung vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, z. B. Polyamid, Polypropen oder Polyethylen. Metallmaterialien können jedoch auch verwendet werden.

Die Vorrichtung ist in 1 mit einer nach oben und unten gerichteten Bewegungsrichtung der bewegbaren Wand 4 gezeigt. Die beschriebene Vorrichtung funktioniert jedoch in der gleichen Weise, unabhängig von der Anordnung des Gehäuses.

Die beschriebene Ausführungsform kann natürlich in verschiedenen Weisen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Das Diaphragma kann z. B. aus einem elastischen Material gefertigt werden, in welchem Falle die Schraubenfeder entfernt werden kann. In einem solchen Fall ist es wichtig, dass das Material des Diaphragmas in dem Bereich, der die darin befindliche Öffnung umgibt, verstärkt ist, so dass die Dimensionen der Öffnung sich während des elastischen Streckens des Diaphragmas nicht verändern. Die bewegbare Wand muss kein Diaphragma sein, sondern kann eine steife Wand sein, die gleitbar in dem Gehäuse gehalten wird. Jedoch ist ein Diaphragma bevorzugt, weil eine Luftdichtheit zwischen der äußeren Kante des Diaphragmas und der Wand des Gehäuses leicht herzustellen ist. Desweiteren kann die Feder gegen das zweite Ende des zylinderförmigen Körpers 5 gerichtet sein, anstelle des Pressens gegen den steifen Teil des Diaphragmas wie in der gezeigten Ausführungsform. Das Gehäuse kann eine andere Form als in 1 haben und andere Führungsteile können verwendet werden zum Führen des Körpers 5, z. B. kann eine perforierte Führungshülse in der äußeren Kammer den Körper 5 umgebend angeordnet sein, wobei das Sitzelement, das die erste Position des Körpers definiert, dann von dem Führungsteil separat ist und in der Einlasskammer angeordnet ist. Jedoch werden die gezeigten Führungsteile bevorzugt, da das langgestreckte Element, der Sitz für den zylinderförmigen Körper und seine Führungsteile in einem einzelnen einteiligen Materialstück integriert sein können. Der Schutzumfang der Erfindung ist deshalb nur durch den Inhalt der beiliegenden Ansprüche beschränkt.