AT513590A1

AT513590A1 - Verfahren zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts

Info

Publication number: AT513590A1
Application number: ATA1090/2012A
Authority: AT
Original assignee: Gradischar Andreas Dipl Ing
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US20150251026A1; JP2015536859A; WO2014056009A1; EP2906464A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Verlängerungder Einsatzdauer eines umluftunabhängigen DruckluftAtemgeräts,das einen Speicherbehälter für ein unter Druckstehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an denSpeicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung einesDruckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstückumfasst, sind folgende Schritte vorgesehen:a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter,b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir,c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir unddl) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oderd2) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst.

Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräten, umfassend eine Ventileinrichtung und ein Atemgasreservoir, wobei die Ventileinrichtung wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Verbinden mit einem Mundstück, einen Atemregleranschluss und eine Exspirationsöffnung aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist.

Umluftunabhängige Druckluft-Atemgeräte werden unter anderem beim Gerätetauchen oder für Atemschutzanwendungen eingesetzt. Enthält die Umgebungsluft zu wenig Sauerstoff (weniger als 17 Vol.-%) oder sind giftige Gase vorhanden, die durch Gas- oder Kombinationsfilter nicht absorbiert werden können, und ist die Art und/oder die Konzentration von Atemgiften unbekannt, muss umluftunabhängiger Atemschutz verwendet werden. Da im Einsatz z.B. bei der Feuerwehr schwer feststellbar ist, ob tatsächlich genug Sauerstoff in der Umgebungsluft vorhanden ist, wird hauptsächlich der umluftunabhängige Atemschutz eingesetzt. Beim Arbeiten mit umluftunabhängigem schweren Atemschutz wird der zur Atmung notwendige Sauerstoff in einer Pressluftflasche mitgeführt.

Auch beim Gerätetauchen wird der zur Atmung notwendige Sauerstoff in einer Pressluftflasche mitgeführt. Aufgrund der Steigerung des Umgebungsdrucks (Wasserdrucks) auf den Brustkorb mit zunehmender Tauchtiefe muss auch der Luftdruck der Einatemluft (Inspirationsluft) im selben Maße steigen, um die Druckdifferenz zwischen extrakorporalen und intrakorporalen Bereichen auszugleichen und dadurch die Atmung zu ermöglichen. Pro 10m Tauchtiefe steigen der Umgebungsdruck und damit der vom SCUBA-Gerät (Self-Contained Underwater Breathing Aparatus) zur Verfügung gestellte Inspirationsdruck um 1 bar.

Bei sogenannten SCBA-Geräten (SCBA = Self-Contained Breathing Aparatus) werden prinzipiell zwei Systeme unterschieden, offene Systeme und Kreislaufsysteme (Rebreather-Systeme). Die vorliegende Erfindung befasst sich mit offenen Systemen.

Beim offenen System wird nicht mit reinem Sauerstoff, sondern mit gereinigter Pressluft oder luftähnlichen Gasgemischen (Nitrox, Heliox) gearbeitet. Da nur ca. 4% des Sauerstoffes bei einem Atemzug verbraucht werden, gehen die restlichen 17% des Sauerstoffes unverbraucht verloren, da das ausgeatmete Atemgas in die Umgebung ausgelassen wird. Aufgrund der einfachen Handhabung und der vergleichsweise niedrigen Anschaffungskosten werden offene Systeme von Sporttauchern und bei Feuerwehren bevorzugt.

Im Atemschutz-Einsatz werden meist freitragbare Isoliergeräte z.B. Pressluftatmer verwendet. Aufgrund der begrenzten Luftmenge ist jedoch die Einsatzdauer meist auf 15 - 30 Minuten begrenzt. Die Einsatzdauer ist abhängig vom Alter des Geräteträgers, von der körperlichen 3/31

Leistungsfähigkeit und der Art der Belastung im Einsatz.

Bei 200bar-Geräten sind zwei Flaschen mit je 4 Liter Inhalt üblich. Das ergibt rechnerisch 1600 Liter Normalluft und eine Einsatzdauer von ca. einer halben Stunde.

Geschlossene Kreislaufsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass das Atemgas nach dem Ausatmen nicht in die Umgebung abgegeben, sondern in der sog. Gegenlunge mit Hilfe von Atemkalk vom Kohlendioxid, das im Körper durch den Stoffwechsel entsteht und über die Lunge abgeatmet wird, befreit und dann erneut eingeatmet wird. Der Sauerstoffgehalt im Atemgas wird konstant gehalten, indem der verbrauchte Sauerstoff mechanisch, elektronisch oder manuell durch reinen Sauerstoff ersetzt wird.

Halbgeschlossene Systeme sind dadurch charakterisiert, dass im Kreislaufgerät der verbrauchte Sauerstoff durch Zuhilfenahme einer (Misch)gasquelle ersetzt wird. Durch den stetigen bzw. verbrauchsabhängigen Zusatz von Atemgas in den Kreislauf besteht die Notwendigkeit, überschüssiges Atemgas durch ein geeignetes Ventil in die Umgebung abzugeben.

Der große Vorteil von Rebreathern gegenüber den offenen Systemen ist die sehr viel effizientere Ausnützung des verwendeten Atemgases und die daraus resultierende Verlängerung der Einsatzdauer.

Probleme mit Rebreathern ergeben sich aus der aufwendigen und komplexen Steuerungstechnik, welche oft störanfällig ist und eine Spezialausbildung des Anwenders notwendig macht. Falsche Handhabung oder Fehler des Gerätes (z.B. verbrauchter oder feuchter Atemkalk) können zu einem 4/31 • ·· · · « · · · ·· • · · · · ····· · · • ····« .· « · • ·· · · 4· · · ·· ·· ·· ··· ·· ··· erhöhten Kohlendioxidanteil und damit zu Unfällen, wie z.B. Kohlendioxidvergiftungen führen.

Zur Verlängerung der Einsatzdauer von offenen Systemen wurde in der DE 102005023392 B2 bereits vorgeschlagen, die eingeatmete Luft in ein Atemgasreservoir auszuatmen und diese Luft in der Folge rückzuatmen. Der Hintergrund der Rückatmung in offenen Systemen wird in der Folge anhand von Tauchanwendungen und von Atemschutzanwendungen erläutert.

Da sich die Zusammensetzung der Luft beim Tauchen mit dem steigenden Umgebungsdruck nicht ändert, bleiben die fraktionellen Konzentrationen von Stickstoff (FN2=0,791), Sauerstoff (FO2=0,209), Kohlendioxid (FCo2=0,0003) sowie der übrigen Gase (Edelgase, Spurengase) konstant. In weiterer Folge wird bei einer Tiefe von beispielsweise 10m aufgrund der Verdopplung des Druckes die doppelte Menge Sauerstoff eingeatmet: 1 Liter Luft bei Umgebungsdruck enthält ca. 130mg O2, bei doppeltem Druck (in 10m Wassertiefe) enthält derselbe Liter Luft bereits 260mg O2- Allerdings verbraucht der menschliche Körper bei höherem Druck nicht mehr Sauerstoff als bei gleichem Aktivitätsgrad an Land (Luftdruck lbar). Bei einer 02-Aufnähme von ca. 30mg pro Atemzug in Ruhe entspricht dies bei lbar Druck einem O2-Volumen von ca. 24ml, bei 2bar Druck ist dies ein Volumen von ca. 12ml pro Atemzug. Daraus ergibt sich ein 02-Gehalt (fraktionelle Konzentration) der Exspirationsluft von ca. 19 Vol-% (FO2=0,19). Konkret ändert sich der 02-Gehalt der Exspirationsluft über die Tauchtiefe von 16,6 Vol-% an der Wasseroberfläche zu 20,5 Vol-% in 30m Tiefe. Dieser 02-Gehalt ist jedenfalls hoch genug, um die Exspirationsluft gefahrlos ein weiteres Mal einatmen zu können. 5/31 • « t ·· · · · · ·· ·«·»······#· • · · · ··· « · · · • · · · ^ · · ^ · ·

Wesentlich kritischer als die ausreichende Sauerstoffmenge ist die Erhöhung der C02~Konzentration. Die Exspirationsluft bei Umgebungsdruck von lbar hat einen C02~Gehalt von etwas über 4 Vol-%, in 10m Tauchtiefe allerdings nur noch ca. 2 Vol-%. Wird die Exspirationsluft nochmals eingeatmet, so hat diese Inspirationsluft bereits diesen erhöhten CO2-Gehalt, die entsprechende Ausatemluft einen noch höheren Gehalt.

Die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) für 8 Stunden tägliche Arbeit liegt für CO2 bei 0,5 Vol-% mit einem Überschreitungsfaktor von 2, also bei 1 Vol-% bei kurzzeitiger Exposition. Die Toxizität von C02 mit beginnender Symptomatik beginnt allerdings erst ab 8 Vol-%·. Somit kann für Freizeit-Taucher, für die der MAK-Wert bedeutungslos ist, gefahrlos mit einer mittleren CO2-Konzentration von maximal 2 Vol-% gearbeitet werden, was zu einer Verdopplung der Tauchdauer führt.

Auch bei Atemschutzanwendungen kann das Prinzip der Rückatmung angewendet werden. Die Ausatemluft enthält 17 Vol.-% Sauerstoff, was ausreichend ist, um ein weiteres Mal eingeatmet zu werden. Aus der Kombination eines "Frischluft-Atemzugs" und eines "Recycling-Atemzugs" ergibt sich ein durchschnittlicher Sauerstoff-Gehalt von 19 Vol·.-%, der keine Leistungseinschränkung bewirkt.

Bei der Ausführung gemäß der DE 102005023392 B2 wird das Gerät zwischen einem ersten Zustand, in dem die aus dem Speicherbehälter eingeatmete Luft in ein Atemgasreservoir ausgeatmet wird, und einem zweiten Zustand, in dem die im Atemgasreservoir befindliche Luft rückgeatmet wird, hin-und hergeschaltet. Die Steuerung der Umschaltung erfolgt 6/31 • · · · · 9 9 9 9 99 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 9 9 9 9 999 t.« · · 9 9 9 9 9 {)· · · dabei volumsabhängig, d.h. das Gerät wird vom ersten in den zweiten Zustand umgeschaltet, sobald ein definiertes Volumen in das Atemgasreservoir ausgeatmet wurde. Dies bedeutet, dass während einer Mehrzahl von Atemzügen zuerst Luft aus dem Speicherbehälter eingeatmet und in das Atemgasreservoir ausgeatmet wird und danach während einer Mehrzahl von Atemzügen Luft aus dem Atemgasreservoir eingeatmet und in die Umgebung ausgeatmet wird. Dies ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Zum einen ist das Rückatemverhältnis nicht veränderbar, d.h. die Luft kann nur einmal aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet werden. Zum anderen besteht die Gefahr einer C02~Vergiftung, wenn das im Atemgasreservoir befindliche Gas beim Auftauchen expandiert, sodass die Rückatmung über einen längeren Zeitraum als beabsichtigt erfolgt. Außerdem führt die Ausbildung gemäß DE 102005023392 B2 dazu, dass sich beim Ausatmen der Luft in das Atemgasreservoir über eine Mehrzahl von Atemzyklen ein relativ großes Gasvolumen im Atemgasreservoir ansammelt, was eine Erhöhung des Auftriebs des Tauchers bewirkt. Beim Rückatmen verringert sich das Volumen im Atemgasreservoir wiederum, sodass der Taucher einer ständigen Höhenänderung unterworfen ist.

Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräten weiter zu erhöhen und die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren vor, bei dem mit einem Druckluft-Atemgerät mit einem Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einem an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung 7/31 • ♦ eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und einem Mundstück, die folgenden Schritte unmittelbar aufeinanderfolgend vorgenommen werden: a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter, b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir, c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir und dl) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oder d2) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.

Wesentlich ist somit, dass immer nur die Luft eines einzigen Atemzugs in das Atemgasreservoir ausgeatmet und in der Folge aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, jeden Atemzug in einem genau definierten Verhältnis rückzuatmen, wobei dieses Verhältnis 1:1 (d.h. jeder Atemzug wird einmal rückgeatmet), 2:1 (zweimalige Rückatmung jedes Atemzugs) oder jedes ganzzahlige Vielfache davon sein kann (3:1, 4:1,...).

Bei einer bevorzugt vorgesehenen einmaligen Rückatmung jedes Atemzuges wird so vorgegangen, dass ein Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) und ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) abwechselnd vorgenommen werden. Für eine mehr als einmalige Rückatmung jedes Atemzuges wird bevorzugt so vorgegangen, dass nach einem Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) wenigstens ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und dl) und abschließend ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) vorgenommen werden. Die Atemluft eines Atemzuges frischer Luft wird zuerst in das Atemgasreservoir ausgeatmet, worauf diese Luft aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet und wieder in das Atemgasreservoir ausgeatmeten und danach wieder rückgeatmet wird. Zum Schluss wird die rückgeatmete Luft in die Umgebung ausgeatmet und danach 8/31 • ·· · · · · · · ·· • ·· · ♦ ····· · · • ·· · ♦·· ·· · · 0 ···· · · · · · beginnt der gesamte Vorgang wieder mit dem Einatmen eines Atemzuges frischer Luft aus dem Speicherbehälter.

Bevorzugt wird ein Verhältnis des Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) zur Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) von 1:2, 1:3 oder 1:4 gewählt.

Bevorzugt wird das genannte Verhältnis, d.h. die Anzahl der hintereinander durchgeführten Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl), in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungsparameter, insbesondere dem Umgebungsdruck, gewählt. Je höher der Umgebungsdruck, desto öfter kann die Luft aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet werden ohne eine Unterschreitung des zulässigen 02-Gehalts oder eine Überschreitung des zulässigen CÜ2-Gehalts zu riskieren.

Auf Grund der Möglichkeit der mehrmaligen Rückatmung wird der im Gasgemisch enthaltene Sauerstoff optimal genützt und die Einsatzdauer kann erheblich verlängert werden.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung vor, die eine Ventileinrichtung und ein Atemgasreservoir umfasst, wobei die Ventileinrichtung wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Verbinden mit einem Mundstück, einen Atemregleranschluss und eine Exspirationsöffnung aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist, und sich dadurch auszeichnet, dass die Ventileinrichtung mit einer Umschalteinreichung zusammenwirkt, um die Ventileinrichtung atemzugabhängig zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umzuschalten, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem 9/31 • · · ·· ·· · ··· • ·· ·· ····· · · ······· ··· · y ···· · ····

Atemregleranschluss und zum Ausatmen mit dem Atemgasreservoir und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem Atemgasreservoir und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung verbunden sind. Mit einer derartigen Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise durchführen. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung lässt sich ohne Mühe anstelle des Mundstücks an den Atemregler bestehender Druckluft-Atemgeräte anschließen, sodass bestehende Systeme ohne weiters nachgerüstet werden können.

Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Atemgasreservoir handelt es sich bevorzugt um einen flexiblen Beutel, der im leeren Zustand vollständig kollabiert ist und durch das Befüllen mit ausgeatmeter Luft aufgeblasen wird. Insbesondere ist das Atemgasreservoir mit einer Schutzhülle versehen, die aus einem verschleißfesten, wasser- und luftundurchlässigen Material besteht.

Obwohl die Ventileinrichtung über lediglich eine Verbindungsleitung an das Atemgasreservoir angeschlossen werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Luft beim Aus-und Einatmen über gesonderte Verbindungsleitungen strömt. Die Ausbildung ist in diesem Zusammenhang derart getroffen, dass die Ventileinrichtung über eine erste

Verbindungsleitung und über eine parallel dazu geschaltene zweite Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem Atemregleranschluss und zum Ausatmen über die erste Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen über die zweite Verbindungsleitung mit dem 10/31 10 10 • · • · • ·

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Atemgasreservoir und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung verbunden sind. Das Vorsehen von zwei gesonderten Verbindungsleitungen für den Exspirations- und den Inspirationsvorgang ermöglicht eine bevorzugte Ausbildung, bei der in der ersten Verbindungsleitung ein Atemkalk-Filter angeordnet ist. Dadurch kann das bei der Ausatmung anfallende Kohlenstoffdioxid vor der Rückatmung auf chemischem Wege entfernt werden.

Weiters ist es vorteilhaft,,wenn an die erste Verbindungsleitung ein Überdruckventil angeschlossen ist.

Der Ex- bzw. Inspirationsanschluss kann als ein einziger Anschluss ausgebildet sein oder es kann ein gesonderter Inspirationsanschluss und ein gesonderter Exspirationsanschluss vorgesehen sein.

Bevorzugt ist die Vorrichtung derart weitergebildet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung während genau eines Atemzugs in dem ersten Zustand zu halten, nach dem einen Atemzug in den zweiten Zustand umzuschalten und für wenigstens einen weiteren Atemzug in dem zweiten Zustand zu halten. Für die einmalige Rückatmung jedes Atemzugs ist die Umschalteinrichtung bevorzugt ausgebildet, um die Ventileinrichtung bei jedem Atemzug umzuschalten, sodass die Ventileinrichtung jede zweite Exspiration in das Atemgasreservoir umleitet und die Luft für jede zweite Inspiration aus diesem wieder entnimmt.

Zur Erzielung einer mehrmaligen Rückatmung eines Atemzuges ist die Umschalteinrichtung bevorzugt ausgebildet ist, um 11/31 • ♦ 11 • · + ··· · ··· · ·# ·· ·♦ #♦» ·· ··· die Ventileinrichtung in einem Atemverhältnis von 1:2, 1:3 und/oder 1:4 umzuschalten. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Atemverhältnis einstellbar ist. Das Atemverhältnis kann hierbei manuell oder automatisch eingestellt werden.

Im letzteren Fall ist bevorzugt ein Sensor für einen Umgebungsparameter vorgesehen, der mit der Umschalteinrichtung derart zusammenwirkt, dass das Atemverhältnis in Abhängigkeit von dem Umgebungsparameter eingestellt wird.

Um eine zuverlässige und automatische Umstellung der Ventileinrichtung sicherzustellen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung ein von einem Exoder Inspirationsluftstrom betätigbares Schaltglied umfasst. Beispielsweise kann das Schaltglied von einer Ventilklappe betätigt werden, die von einem Exspirationsstrom beaufschlagt und dadurch verstellt wird und die kraft- oder formschlüssig mit dem Schaltglied zusammenwirkt.

Generell kann die Umstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand und zurück in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise mechanisch, elektro-mechanisch, elektrisch, elektronisch, pneumatisch oder hydraulisch oder in jeder möglichen Kombination hiervon.

In konstruktiv besonders einfacher Weise kann die Ventileinrichtung einen von dem Schaltglied betätigbaren, in einem Gehäuse rotierbar gelagerten Rotationskolben umfassen. Die Umschalteinrichtung wirkt dabei bevorzugt mit dem Rotationkolben derart zusammen, dass der Rotationskolben beim Umschalten vom ersten in den zweiten Zustand um einen Winkel von 90° verdreht wird. Insbesondere 12/31 • ·· * · · · · φ φφ • φ φ · t · φφφ φφφ • φ · φφφ φ φ φ φ 12 #φφφ # φφφ # kann hierbei vorgesehen sein, dass der Rotationskolben eine quer zur Rotationsachse verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, um den Ex- bzw. Inspirationsanschluss im ersten Zustand über die erste Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir und im zweiten Zustand über die zweite Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir zu verbinden.

Wie bereits erwähnt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur weiteren Verlängerung der Tauchdauer so ausgeführt werden, dass die Rückatmungsrate in Abhängigkeit der Tauchtiefe ansteigt. Somit könnte zwischen Om und 10m keine Rückatmung stattfinden, zwischen 10m und 20m wird jeder Atemzug lx rückgeatmet (1:1), zwischen 20m und 30m 2x (2:1) usw. Wird zusätzlich ein Atemkalk-Filter verwendet, kann bereits zwischen 0m und 10m mit der einmaligen Rückatmung begonnen werden, die Kaskade verschiebt sich hin zu geringeren Tiefen. Diese Zusammenhänge werden in der nachfolgenden Tabelle verdeutlicht.

Tiefenbereich RückatmungsVerhältnis ohne Atemkalk-Filter RückatmungsVerhältnis mit Atemkalk-Filter 0m bis 10m ---- 1:1 10m bis 20m 1:1 2:1 20m bis 30m 2:1 3:1 30m bis 40m 3:1 4 :1

Mit einem zusätzlichen Konstruktionselement in dem Atemgasreservoir kann der Recyclinganteil im Bereich zwischen 0m und 10m auf ein sicheres Maß reduziert oder die Rückatmung aufgehoben werden. Die Reduzierung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Tauchtiefe erfolgen, wobei ein geschlossener Ballon in das Atemgasreservoir integriert ist. An der Wasseroberfläche füllt das Volumen 13/31 des Ballons das Volumen des Atemgasbehälters teilweise oder vollständig aus. Bei steigendem Außendruck (=Tauchtiefe) wird das Volumen des Ballons geringer, wodurch sich das nutzbare Volumen des Atemgasreservoirs vergrößert und somit der Rückatmungsgrad steigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein umluftunabhängiges Druckluft-Atemgerät vorgesehen, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst, wobei ergänzend eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie oben beschrieben nach einem der Ansprüche 6 bis 18 vorgesehen ist, wobei der Ex- bzw. Inspirationsanschluss mit dem Mundstück und der Atemregleranschluss mit dem Atemregler verbunden sind. Der Atemregler und die Rückatemvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18 können dabei entweder als voneinander gesonderte Bauelemente ausgebildet oder zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefast sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Druckluftatemgeräts, Fig.2 einen Funktionsplan des Atemgeräts, Fig.3 die Ventileinrichtung samt Atemgasreservoir in einer dreidimensionalen Ansicht, Fig.4 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung bei der Inspiration, Fig.5 eine zweite Ansicht der

Ventileinrichtung während der Inspiration, Fig.6 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in das Atemgasreservoir, Fig.7 eine zweite Ansicht der ·· · · · ♦ · ··

Ventileinrichtung während der Exspiration in das Atemgasreservoir, Fig.8 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung bei der Rückatmung aus dem Atemgasreservoir, Fig.9 zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Rückatmung aus dem Atemgasreservoir, Fig.10 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in die Umgebung und Fig.ll eine zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in die Umgebung.

In der Prinzipskizze gemäß Fig.l ist ein konventionelles Druckluftatemgerät, nämlich ein SCBA-Gerät dargestellt, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer ausgestattet ist. Das System umfasst einen Speicherbehälter 1 für Druckluft, der als Pressluftflasche ausgebildet ist und an den ein Druckminderer 2 angeschlossen ist. An den Druckminderer 2 ist über einen Mitteldruckschlauch 3 ein Atemregler 4 angeschlossen. Anstelle des Mundstücks ist an den Atemregler die Ventileinrichtung 5 angeschlossen. Die Ventileinrichtung 5 weist einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss 15 zum Verbinden des Mundstücks 6 und eine Exspirationsöffnung 7 auf. Die Ventileinrichtung 5 ist weiters über eine Verbindungsleitung 8 mit einem Atemgasreservoir 9 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 8 mit einem Atemkalkfilter 10 ausgestattet sein kann. Weiters ist an die Verbindungsleitung 8 ein Überdruckventil 11 angeschlossen. Das Atemgasreservoir 9 ist von einer Schutzhülle 12 umgeben.

Die Funktionsweise des in Fig.l dargestellten Systems wird nun anhand des Funktionsplans gemäß Fig.2 erläutert. Beim Einatmen in die schematisch angedeutete Lunge 13 wird 15/31

frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 über den Druckminderer 2, die Mitteldruckleitung 3, den Atemregler 4, die Ventileinrichtung 5 und das Mundstück 6 eingeatmet. Dabei ist die Ventileinrichtung 5 so geschalten, dass die aus dem Speicherbehälter 1 kommende Luft über den Atemregleranschluss 14 der Ventileinrichtung 5 in derselben direkt zur Inspirationsleitung 15 und über das an diese angeschlossene Mundstück 6 in die Lunge 13 gelangt. Beim nachfolgenden Ausatmen gelangt die Luft über das Mundstück 6 wiederum in die Ventileinrichtung 5 und wird dort so geleitet, dass sie ein Steuerventil bzw. eine Ventilklappe 16 beaufschlagt, welches ein schematisch angedeutetes Schaltglied 17 betätigt. Der Ausatemstrom gelangt bei der in Fig.2 dargestellten Position des Umschaltventils 18 über die Verbindungsleitung 8 und den Atemkalkfilter 10 in das Atemgasreservoir 9. Sobald die Ausatmung beendet ist, bewirkt die Rückstellung des Steuerventils 16 eine Betätigung des Schaltglieds 17, wodurch das Umschaltventil 18 von dem in Fig.2 dargestellten ersten Zustand in den zweiten Zustand umgestellt wird. In diesem zweiten Zustand ist der Inspirationsanschluss 15 über das Umschaltventil 18 nun mit dem Atemgasreservoir 9 verbunden, sodass eine Rückatmung der im Atemgasreservoir 9 befindlichen Luft in die Lunge 13 erfolgen kann. Bei der nachfolgenden Ausatmung gelangt die Luft aus der Lunge 13 über den Exspirationsanschluss 15 und das Umschaltventil 18 zur Exspirationsöffnung 7 und gelangt dadurch in die Umgebung. Dabei beaufschlagt der Ausatemstrom wiederum das Steuerventil 16, wobei bei Beendigung der Ausatmung das Steuerventil 16 derart mit dem Schaltglied 17 zusammenwirkt, dass das Umschaltventil 18 von dem zweiten Zustand wiederum in den in Fig.2 dargestellten ersten Zustand verstellt wird, sodass bei der nachfolgenden 16/31

Einatmung wiederum frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 eingeatmet werden kann.

In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausbildung der Ventileinrichtung 5 samt Atemregler 4, Atemkalkbehälter 10 und Atemgasreservoir 9 dargestellt. Die Ventileinrichtung 5 weist einen Atemregleranschluss 14 zum Anschließen des Atemreglers 4 auf. Der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Anschließen des nicht dargestellten Mundstücks ist mit 15 bezeichnet. Die Exspirationsöffnung 7 ist als Flatterventil ausgebildet. Die Ventileinrichtung 5 ist bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine erste Verbindungsleitung 22 und über eine schematisch dargestellte zweite Verbindungsleitung 21 mit dem Atemgasreservoir 9 verbunden. Zu diesem Zweck weist die Ventileinrichtung 5 einen Anschluss 19 für die zweite Verbindungsleitung 21 und einen Anschluss 20 für die erste Verbindungsleitung 22 auf. Die erste Verbindungsleitung 22 ist mit einem Atemkalkfilter 10 ausgestattet und ist parallel zur zweiten Verbindungsleitung 21 geschalten. In den nachfolgenden Fig.4 bis 11 ist der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich die Ventileinrichtung 5 dargestellt, wobei das Gehäuse teilweise weggelassen wurde, um den Verlauf der Luftströme besser darstellen zu können.

In den Fig.4 und 5 ist die Inspiration von frischer Luft aus dem Speicherbehälter 1 in die Lunge 13 veranschaulicht. Die frische Luft gelangt über den Atemregleranschluss 14 in die Ventileinrichtung 5 und wird dort über einen Hohlraum entsprechend der strichlierten Linie zum In- bzw. Exspirationsanschluss 15 geleitet. In Fig.5 ist das Steuerventil bzw. die Steuerklappe 16 dargestellt, die mit einem als Schaltschieber 17 ausgebildeten Schaltglied 17/31 • · • · · · · ιί • ·Μ I « • · · # · · • · · · zusammenwirkt. Der Schaltschieber 17 ist an seinem freien Ende mit einem hakenförmigen Fortsatz 23 versehen, der in der in Fig. 5 dargestellten Position einen ersten Schaltstift 24 hintergreift. Der Schaltstift 24 ist an einer Stirnfläche des Rotationskolbens 25 angeordnet, dessen Funktion anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden wird.

In den Fig.6 und 7 ist die Exspiration der Luft aus der Lunge 13 über die erste Verbindungsleitung 20 in das Atemgasreservoir 9 dargestellt. Die ausgeatmete Luft gelangt über den Ex- bzw. Inspirationsanschluss 15 in die Ventileinrichtung 5 und drückt dabei das Steuerventil bzw. die Ventilklappe 16 auf, wobei die Ventilklappe 16 um die Schwenkachse 26 schwenkbar gelagert ist. Danach strömt die Luft durch die im Rotationskolben 25 ausgebildete Durchgangsbohrung 27 und strömt über den Anschluss 20 in die erste Verbindungsleitung 22. In der Ansicht gemäß Fig.7 ist ersichtlich, dass aufgrund des Aufdrückens der Ventilklappe 16 der Schaltschieber 17 in Richtung des Pfeils 28 verschoben wurde. Sobald die Ausatmung beendet ist, gelangt die Ventilklappe 16 in ihre ursprüngliche Position zurück, wodurch der Schaltschieber 17 samt seines hakenförmigen Fortsatzes 23 in die in Fig.9 dargestellte Position zurückgeholt wird, wobei der hakenförmige Fortsatz 23 bei seiner Zurückbewegung den zweiten Schaltstift 29 ergreift und mitnimmt, wodurch der Rotationskolben 25 um 90° verdreht wird, um die in den Fig.8 und 9 dargestellte Position einzunehmen.

In dieser Position kann bei der nachfolgenden Rückatmung Luft aus dem Atemgasreservoir 9 über den in Fig.8 nicht dargestellten Anschluss 19 in die Ventileinrichtung 5 18/31 • · • · • · i0 ··: i::: gelangen und durchströmt dort die Durchgangsbohrung 27 des Rotationskolbens 25 und strömt weiter über einen Hohlraum des Gehäuses zum In- bzw. Exspirationsanschluss 15.

Bei der nachfolgenden Exspiration (Fig.10 und 11) gelangt Luft über den In- bzw. Exspirationsanschluss 15 in die Ventileinrichtung 5 und drückt die Ventilplatte 16 auf und wird an einer abgeschrägten Fläche des Rotationskolbens 25 zur Exspirationsöffnung 7 (Flatterventil) umgeleitet und verlässt die Ventileinrichtung 5 über diese Exspirationsöffnung 7. Das Aufdrücken der Ventilplatte 16 bewirkt wiederum eine Verschiebung des Schaltschiebers 17 entsprechend dem Pfeil 28, sodass der hakenförmige Fortsatz 23 nach beendeter Ausatmung beim Zurückklappen der Ventilplatte 16 rückgeholt wird und dabei den dritten Steuerstift 30 am Rotationskolben 25 ergreift und mitnimmt, wodurch der Rotationskolben wieder um 90° verdreht und die in den Fig.4 und 5 dargestellte Position einnimmt. In dieser Position kann der ganze Zyklus nun wiederum von vorne beginnen und es kann, wie in den Fig.4 und 5 dargestellt, frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 über die Ventileinrichtung 5 eingeatmet werden. 19/31

Claims

is :: • · · · · · · • · » ··· · | • ··· · · · • · · · · Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst, umfassend die unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritte: a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter, b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir, c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir und dl) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oder d2) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) und ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) abwechselnd vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) wenigstens ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und dl) und abschließend ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) vorgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungsparameter, insbesondere dem Umgebungsdruck, gewählt wird. 20/31 • · • · · 2® • ·
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) zur Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) von 1:2, 1:3 oder 1:4 gewählt wird.
6. Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräten, umfassend eine Ventileinrichtung (5) und ein Atemgasreservoir (9), wobei die Ventileinrichtung (5) wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Verbinden mit einem Mundstück (6), einen Atemregleranschluss (14) und eine Exspirationsöffnung (7) aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung (8; 21, 22) mit dem Atemgasreservoir (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) mit einer Umschalteinrichtung zusammenwirkt, um die Ventileinrichtung (5) atemzugabhängig zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umzuschalten, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemregleranschluss (14) und zum Ausatmen mit dem Atemgasreservoir (9) und in dem zweiten Zustand der Ex-bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemgasreservoir (9) und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung (7) verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) über eine erste Verbindungsleitung (22) und über eine parallel dazu geschaltene zweite Verbindungsleitung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) verbunden ist, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemregleranschluss (14) und zum Ausatmen über die erste Verbindungsleitung (22) mit dem 21/31 21 21 • ·

• · · · ···· · • · » «Μ » · • · ♦ · · · Atemgasreservoir (9) und in dem zweiten Zustand der Ex-bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen über die zweite Verbindungsleitung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung (7) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) während genau eines Atemzugs in dem ersten Zustand zu halten, nach dem einen Atemzug in den zweiten Zustand umzuschalten und für wenigstens einen weiteren Atemzug in dem zweiten Zustand zu halten.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) bei jedem Atemzug umzuschalten.
10. Vorrichtung nach Anspruch s, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) in einem Atemverhältnis von 1:2, 1:3 und/oder 1:4 umzuschalten.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemverhältnis einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor für einen Umgebungsparameter vorgesehen ist, der mit der Umschalteinrichtung derart zusammenwirkt, dass das Atemverhältnis in Abhängigkeit von dem Umgebungsparameter eingestellt wird. 22/31 21 21 • · * · • · · · · • · ···· · · • · »«·· · » « • · * · · · ·
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ein von einem Ex- oder Inspirationsluftstrom betätigbares Schaltglied (17) umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) einen von dem Schaltglied (17) betätigbaren, in einem Gehäuse rotierbar gelagerten Rotationskolben (25) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung mit dem Rotationkolben (25) derart zusammenwirkt, dass der Rotationskolben (25) beim Umschalten vom ersten in den zweiten Zustand um einen Winkel von 90° verdreht wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (25) eine quer zur Rotationsachse verlaufende Durchgangsbohrung (27) aufweist, um den Ex-bzw. Inspirationsanschluss (15) im ersten Zustand über die erste Verbindungsleitung (22) mit dem Atemgasreservoir (9) und im zweiten Zustand über die zweite Verbindungsleitung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) zu verbinden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verbindungsleitung (22) ein Atemkalk-Filter (10) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Verbindungsleitung (21) ein Überdruckventil (11) angeschlossen ist. 23/31 • · • · • ·

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19. Umluftunabhängiges Druckluft-Atemgerät umfassend einen Speicherbehälter (1) für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter (1) ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers (2) angeschlossenen Atemregler (4), ein Mundstück (6) und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) mit dem Mundstück (6) und der Atemregleranschluss (14) mit dem Atemregler (4) verbunden sind.
20. Verwendung eines Druckluft-Atemgerätes nach Anspruch 19 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5. Wien, am 9. Oktober 2012 Anmelder durch:

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