Atmungsgerät Die Erfindung betrifft ein Atmungsgerät zum Gebrauch unter Wasser oder in nichtbeatembarer Umgebung, z. B. rauchvermengter Luft. Bei Geräten dieser Art besteht das Erfordernis, dass das Gerät leicht beatembar sein soll, was damit gleichbedeutend ist, dass der Unterdruck, der vom Träger beim Ein atmen zu leisten ist, niedrig sein soll, wie auch der überdruck, der zum Ausatmen erforderlich ist. Wenn ein Atemgerät dieses Erfordernis nicht erfüllt, ergibt sich ein unerwünscht grosser Atemwiderstand, durch den die vom Träger geleistete Nutzarbeit herabgesetzt wird.
Bei einem Atmungsgerät zur Verwendung auf grossen Wassertiefen bis zur Grössenordnung von 50m ist ferner das Erfordernis zu berücksichtigen, dass der zur Einatmung erforderliche Unterdruck auch bei den grossen Luftmengen mässig zu halten ist, die auf diesen Tiefen zugeführt werden müssen. Selbstverständlich muss das Gerät auch so ausgebildet sein, dass es diese grossen Luftmengen wirklich ab geben kann.
Bei Atmungsgeräten zur Verwendung in nicht- beatembarer Atmosphäre besteht nicht das genannte Erfordernis nach Abgabe von sehr grossen Luftmen gen. Dagegen ist es auch hier erwünscht, dass der Atmungswiderstand niedrig gehalten wird, damit das Beatmen des Geräts nicht behindernd und ermüdi- gend wirkt.
Die 'bisherige Auffassung ging dahin, dass bei einem Atmungsgerät einwandfreier Qualität, das die genannten Erfordernisse erfüllt, für den zum Ein atmen erforderlichen Unterdruck eine Grössenord nung von 10 mm Wassersäule und für den zum Aus atmen erforderlichen Überdruck einige mm Wasser säule als vertretbare Werte angesehen werden kön nen. Zur Erfüllung dieses Erfordernisses musste bei den bisher bekannten Atmungsgeräten die Membrane, deren Bewegung in Abhängigkeit vom Druckunter schied zwischen der Umgebung und dem Atemdruck des Trägers zur Steuerung des Einatemventils diente, verhältnismässig gross bemessen werden, damit sie die erforderliche Steuerkraft für das Einatemventil er zeugen konnte.
Dadurch musste die ganze Ventilein- heit, in der das Einatem- und das Ausatemventil mit der Membrane angeordnet waren, verhältnis mässig gross ausgelegt werden, so dass ein Gerät dieser Art kaum in Verbindung mit einem Mundstück ver wendet werden konnte.
Es sind auch verschiedene Ausbildungen von Atmungsgeräten vorgeschlagen worden, bei denen eine sehr viel kleinere Membrane zur Steuerung des Einatemventils vorhanden war, wodurch die Ventil einheit derart kleine Abmessungen erhielt, d'ass sie sich mit Vorteil in Verbindung mit einem Mundstück verwenden liess. Diese bekannten Geräte waren je doch in ihrer Funktion unbefriedigend, da erstens der erforderliche Unterdruck zum Einatmen zu gross war, nämlich von der Grössenordnung 40 bis 50 mm Wassersäule, sowie auch dadurch, dass sie nicht die zum Tauchen auf grösseren Tiefen von der Grössen ordnung 10 m oder grösser erforderliche Luftmenge abgeben konnten.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt Kurven für verschiedene Atmungs geräte über den zur Einatmung erforderlichen Unter druck, der zum Abgeben einer bestimmten Luftmenge in der Zeiteinheit erforderlich ist.
Die Kurve A der Fig. 2 zeigt das grundsätzliche Verhältnis zwischen dem Unterdruck und der ab gegebenen Luftmenge in Litern pro Minute, das bei den bisher bekannten Atmungsgeräten besteht. Die Kurve zeigt, dass ein verhältnismässig kleiner Unter druck erforderlich ist, damit das Einatemventil ge öffnet und die Atemluft zugeführt wird. Beim An steigen der abgegebenen Luftmenge nimmt der er forderliche Unterdruck zuerst verhältnismässig lang sam zu.
Bei grösseren Luftmengen wird jedoch ein schnell zunehmender Unterdruck erforderlich, und ausserdem liegt eine Begrenzung der Luftmenge, die in der Zeiteinheit abgegeben werden kann, vor, so dass auch bei kräftiger Steigerung des Unterdrucks eine Vergrösserung der abgegebenen Luftmenge nicht möglich ist.
Die Kurve A ist, wie gesagt, für die bisher be kannten Atmungsgeräte kennzeichnend, wobei jedoch der Anfangswert, bei dem das Einatemventil ge öffnet wird, normalerweise bei den verschiedenen Geräten verschieden ist, wie auch der Höchstwert der in der Zeiteinheit abgegebenen Luftmenge.
Es ergibt sich aus den eingangsangestellten Er wägungen betreffend die an die Atmungsgeräte zu stellenden Erfordernisse, dass ein Gerät nach der Kurve A nicht als besonders günstig angesehen wer den kann, in erster Linie wegen des grossen Unter drucks, der zur Zuführung von hinreichend grossen Luftmengen durch das Gerät erforderlich ist.
Durch die vorliegende Erfindung kann ein At mungsgerät so ausgebildet werden, dass es sehr grosse Luftmengen in der Zeiteinheit ohne nennenswerte Er höhung des zum Einatmen erforderlichen Unter drucks abgeben kann. Das Gerät kann auch so aus gebildet werden, dass das Öffnen des Einatemventils schon bei sehr niedrigem Einatmungsunterdruck ein setzt, obwohl die zur Betätigung des Ventils die nende Membrane kleine Abmessungen besitzt. Wegen dieser günstigen Eigenschaften kann das Gerät mit Vorteil sowohl unter Wasser bis auf sehr grosse Tie fen herab wie auch beim Arbeiten in nichtatembarer Atmosphäre Verwendung finden.
Die Erfindung geht von einer Ventileinheit mit Einatemventil sowie einer Membrane zur Betätigung des Einatemventils aus, in der eine Trennwand vor gesehen ist, durch die ein das Einatemventil enthal tender Raum von einem durch die Membrane be grenzten Raum abgegrenzt wird. Ventileinheiten die ser Art sind an sich bekannt, jedoch ist die bei diesen vorgesehene Trennwand sowohl hinsichtlich ihrer Unterbringung wie ihrer Funktion anders ausgebildet als gemäss der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung ist durch eine derartige Anordnung der genannten Trennwand gekennzeichnet, dass das durch das Einatemventil einströmende Atmungsgas eine Injektorwirkung ausübt zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem genannten, durch die Membrane abgegrenzten Raum, wobei diese Wirkung in vorbe stimmtem Ausmasse dadurch ausgeglichen wird, dass eine unmittelbare Verbindung zwischen dem das Ein atemventil enthaltenden und dem durch die Mem brane abgegrenzten Raum vorgesehen ist, durch die eine begrenzte Durchströmung in den durch die Mem- brane abgegrenzten Raum hinein möglich ist.
Die genannte Verbindung kann vorteilhafterweise als ein in der Trennwand zwischen den beiden Räumen vor gesehenes Loch ausgebildet sein, dessen Abmessun gen so zu wählen sind, dass der zum Öffnen des Ein atemventils erforderliche Unterdruck im wesentli chen unabhängig von der in der Zeiteinheit durch das Einatemventil hereinströmenden Gasmenge bleibt.
Die Erfindung wird in der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform näher erläutert.
Die Ausführungsform besitzt ein Mundstück 1, jedoch kann die Erfindung mit gleichen Vorteilen bei einem mit Gesichtsmaske versehenen Atmungs gerät angewendet werden. Das Mundstück 1 besitzt ein elastisches Rohr 2, z. B. aus Gummi, in das die Ven tileinheit 3 hineingeschoben ist. Die Zufuhr des At mungsgases findet durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schlauch statt, der mit einem am einen Ende der Ventileinheit 3 vorgesehenen Anschlussstück 4 zu verbinden ist. Ein Einatemventil 5 ist in einem in der Ventileinheit vorgesehenen Einsatzteil 6 ange ordnet. Die Steuerung desselben findet über einen Stift 7 und einen Winkelhebel 8 mittels einer Mem brane 9 statt, die in einer Membrankammer 10 sitzt.
Die Kammer besitzt einen durchbrochenen Deckel 11, durch den hindurch das umgebende Medium auf die Aussenseite der Membrane 9 einwirken kann. Es ist vorteilhaft, ein Ausatemventil 12 in der Mem brane 9 vorzusehen. Die Wand der Ventileinheit 3 besitzt ferner eine Öffnung 13, durch die Ein- und Ausatmung möglich ist.
Die bisher genannten Teile des Atmungsgeräts sind herkömmlicher Ausbildung. Die Wirkungsweise eines bekannten Geräts dieser Art ist jedoch dadurch besonders unbefriedigend, dass ein sehr kräftiger Un terdruck zum Öffnen des Einatemventils erforderlich ist. Ausserdem kann das Gerät nur eine unbedeutende Luftmenge in der Zeiteinheit auch bei sehr kräftiger Steigerung des zum Einatmen aufgewendeten Unter drucks abgeben.
Die Kurve eines bekannten Geräts dieser Art hat somit im grossen und ganzen einon Verlauf wie durch die Kurve B der Fig. 2 angedeutet, aus der ersichtlich ist, dass das Einatemventil nur bei grossem Unterdruck geöffnet wird sowie auch, d'ass das Gerät nur eine unbeträchtliche Luftmenge abge ben kann. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben ergeben, däss diese Wirkungsweise zum grossen Teil darauf zurückzufüh ren ist, dass die durch das Einatemventil hereinströ mende Luft unmittelbar zur Innenseite der Membrane gelangt, so dass sich diese nicht in dem erforderlichen Ausmass bei erhöhtem Unterdruck nach innen be wegen kann.
Ein Gerät dieser Art ist somit weder zur Verwendung auf grösseren Wassertiefen noch zur Verwendung in nicht atembarer Atmosphäre geeig net.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sitzt in der Ventileinheit 3 eine Trennwand 14, die eine Tren nung zwischen dem das Einatemventil enthaltenden Raum 15 und dem durch die Membrane 9 abge grenzten Raum 16 bewirkt. Die Trennwand 14 ist gemäss der Erfindung so angebracht und ausgebildet, d'ass die dem Einatemventil 5 entströmende Luft ge gen das Mundstück 1 gerichtet und durch diese Rich tung daran gehindert wird, einen Druck auf die In nenseite der Membrane 9 auszuüben.
Stattdessen erzeugt die von dem Raum 15 in das Mundstück 1 hereinströmende Luft eine Injektorwirkung, durch die sich ein Unterdruck in dem Raum 16 ergibt, der bei wachsender Gasmenge ansteigt, wenn nicht be sondere Vorkehrungen getroffen werden. Die Wir kungsweise eines in dieser Weise ausgebildeten At mungsgeräts würde gemäss der Kurve C der Fig. 2 verlaufen. Kennzeichnend für die Kurve C ist, dass der erforderliche Unterdruck zuerst beim Anwachsen der Luftmenge im wesentlichen gleichbleibend ist. Wenn die in der Zeiteinheit zugeführte Luftmenge einen vorbestimmten Wert übersteigt, der auf der Zeichnung mit v bezeichnet wurde, geht jedoch der erforderliche Unterdruck herab.
Durch diese Wir kungsweise wird das Atmungsgerät zwar leicht be- atembar, aber die Wirkungsweise ist trotzdem nicht erwünscht, da beim Einatmen einer grösseren Gas menge der Eindruck entstehen kann, dass die Luft in die Lungen hineingeblasen wird. Erwünscht ist vielmehr eine Wirkungsweise, bei der beim Anwach sen der Luftmenge der erforderliche Unterdruck nicht abnimmt, sondern im wesentlichen konstant bleibt, wobei jedoch ein sehr schwaches Zunehmen des Unterdrucks von Vorteil sein kann, da dieses Verhältnis den physikalischen Umständen bei freier Atmung ohne Atmungsgerät am nähesten kommt.
Aus diesen Erwägungen geht hervor, d'ass die Wirkungsweise eines Atmungsgeräts gemäss der Kurve D der Fig. 2 erfolgen sollte. Dies bedeutet, dass der zur Öffnung des Einatemventils erforderliche Unter druck klein sein soll sowie dass beim Zunehmen der abgegebenen Gasmenge der erforderliche Unterdruck im wesentlichen konstant bleibt oder sehr schwach ansteigt. Diese Wirkungsweise wird nach der Erfin dung dadurch erreicht, dass eine unmittelbare Ver bindung zwischen den beiden Räumen 15 und 16 vorgesehen ist, durch die eine Strömung in den Raum 16 hinein stattfinden kann. Bei der gezeigten Aus führungsform besteht die Verbindung aus einem Loch 17 von geeigneter Abmessung, das in der Trennwand 14 vorgesehen ist.
Bei dieser Ausbildung des At mungsgeräts wird somit der Hauptteil des dem Ein atemventils 5 entströmenden Gases gegen das Mund stück 1 gerichtet und gelangt somit unmittelbar zum Träger. Dabei neigt diese Luftströmung durch ihre Injektorwirkung dazu, im Raum 16 einen Unterdruck zu erzeugen. Diese Wirkung wird im erwünschten Ausmasse durch die Luftmenge ausgeglichen, die durch das Loch 17 unmittelbar in den Raum 16 ge langt, so dass sich als Endergebnis ergibt, dass die Wirkungsweise des Gerätes mit der geeigneten Kurve i@ iibereinstimmt.
Der Druck des durch das Anschlussstück 4 zu- geführten Atmungsgases ist normalerweise von der Grössenordnung 5 kg/cm2 überdruck, während der in den Räumen 15, 16 und im Mundstück 1 herr schende Druck dem Druck der Umgebung ungefähr gleich sein sollte.
Damit man unter diesen Umständen einen kleinen Betätigungsdruck für das Einatemven- til 5 erhält, was damit gleichbedeutend ist, dass nur eine kleine Kraft durch die Membrane 9 erzeugt wer den muss, wird das Einatemventil 5 durch eine Fe der 18 beeinflusst, die zwischen einem Flansch 19 am Stift 7 und der Trennwand 14 eingespannt ist.
Die Feder ist so bemessen, dass der Unterschied zwischen dem zum Schliessen des Einatemventils nei genden Gasdruck und dem zum Öffnen desselben neigenden Federdruck den erwünschten niedrigen Öffnungsdruck für das Einatemventil ergibt.
Die Feder 18 sollte derart ausgebildet sein, dass ihre Ein wirkung auf den Stift 7 unmittelbar nach dem Öffnen des Einatemventils 5 aufhört. Das heisst, wenn das Ventil geschlossen ist, soll die Feder nur wenig zu sammengedrückt sein, was also bedeutet, dass, wenn das Ventil öffnet, die Feder nur eine ziemlich kleine Ausdehnung erfährt, worauf ihre Einwirkung auf den Stift 7 aufhört. Diese Wirkung kann erreicht werden, auch wenn die Feder ziemlich kräftig ist. Wesentlich ist nur, dass ihre Ausdehnung beim Öffnen des Ven tils beschränkt ist.
Ob diese Feder kräftig oder schwach gemacht werden soll, ist zunächst vom Druck der zugeführten Atemluft abhängig. Diese Feder soll nämlich diesen Druck ausbalancieren, und diese ausbalancierende Wirkung ist ja nicht notwen dig, wenn das Ventil geöffnet hat. In diesem Augen blick herrscht nämlich praktisch derselbe Druck auf den beiden Seiten des Ventils.
Infolge der auf der Zeichnung gezeigten Ausbil dung des Atmungsgeräts wird die dem Einatemventil 5 entströmende Luft mehreren Richtunsänderungen ausgesetzt, ehe sie zum Mundstück 1 gelangt. Die Luft drängt zuerst in den den Stift 7 umgebenden Raum, von. wo sie in den Raum 15 hinein abgelenkt wird. Hier ändert sich ihre Richtung zweimal, ehe sie zum Mundstück 1 gelangt. Dies wirkt sich insoweit günstig aus, als die Einatemluft den Träger nicht in der Form eines gesammelten Luftstrahls erreicht, was unangenehm empfunden werden könnte.