CH620110A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spirometer, bestehend aus einem Gehäuse mit einer eine Einblasöffnung aufweisenden Vorkammer und einer wenigstens eine Austrittsöffnung aufweisenden und durch mehrere in einer Zwischenwand befindlichen Bohrungen mit der Vorkammer verbundene zylindrische Turbinenkammer, in welcher sich ein Windflügelrotor befindet, der ein dünnes, ebenes, doppelflügeliges Rotorblatt aufweist

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und dessen Welle über ein Untersetzungsgetriebe einen über eine Kreisskala drehenden Zeiger antreibt, wobei die Welle einerseits in einem Lager der Zwischenwand und anderseits in einer Platine des Untersetzungsgetriebes gelagert ist.

Derartige Spirometer sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt. Alle bekannten Spirometer weisen nur einen einzigen Zeiger auf. Bei einem bekannten Spirometer dieser Art ist die Zeigerachse koaxial zur Achse des Windflügelrotors angeordnet. Der Zeiger ist über ein aus zwei Stirnrädern und zwei Zahntrieben bestehendes Untersetzungsgetriebe mit dem Windflügelrotor starr gekoppelt. Der Windflügelrotor besteht aus einem Flügelrad, das aus einer Scheibe gebildet ist, an deren Umfang eine Vielzahl von schräg-radial verlaufenden Schaufelblättern angeformt ist und das mittels einer Schraubenbuchse und einer Mutter auf der Rotorwelle in einer diese rechtwinklig schneidenden Ebene befestigt ist. Die Achse des Windflügelrotors ist axial verschiebbar gelagert, so dass beim Einströmen von eingeblasener Luft aus einer Vorkammer in eine Turbinenkammer das Windflügelrad von einer Stirnwand der zylindrischen Turbinenkammer abgehoben wird. Abgesehen davon, dass dieses bekannte Spirometer nur in einer bestimmten Lage, nämlich in der Vertikallage der Rotorachse, gebrauchsfähig ist, ist zum Abheben des Flügelrades von der zylindrischen Stirnwandung in der Turbinenkammer zur Überwindung des Eigengewichts des gesamten Flügelrotors ein Mindestströmungsdruck erforderlich, der von der zu testenden Person insbesondere gegen Ende des Blasvorganges nicht in jedem Falle aufgebracht werden kann. Dieses bekannte Spirometer weist somit eine ungenügende Messgenauigkeit auf.

Bei einem anderen bekannten Spirometer (DE-AS 1 248 226) ist zwar als Mess- und Antriebselement für den Zeiger eine fast massenlose Ausbildung des Rotors und eine senkrechte Lage der Rotorachse zum Luftstrom vorgesehen. Durch die diametrale Lage der beiden die Ein- und Auslassöffnungen bildenden Rohrstutzen und die nur halbzylindrische Ausgestaltung der Turbinenkammer ist jedoch die angestrebte Messgenauigkeit nicht erreichbar, weil nur in einem Winkelbereich von etwa 90° schräg-radial gerichtete Strö-mungsleitschlitze vorhanden sind und weil aufgrund dessen vor allem im Ausströmbereich des halbzylindrischen Innenraumes starke Luftwirbel entstehen, die die Drehung des Rotors hemmen und das Messergebnis verfälschen können. Auch dadurch, dass die Strömungsleitschlitze der halbzylindrischen Wandung länger sind als das Rotorblatt, streicht ein Teil der zu messenden Atemluft wirkungslos am Rotorblatt vorbei. Ein weiterer gravierender Nachteil besteht darin, dass das zweiflüg-lige Rotorblatt eine Ruhelage einnehmen kann, in welcher die anfänglich einströmende Luft nahezu wirkungslos an ihm vorbeistreicht. Dabei ergibt sich mit Sicherheit ein Messfehler, der nicht wieder kompensiert werden kann.

Ein weiteres bekanntes Spirometer (DE-PS 659 149) weist als Windflügelrotor ein Schaufelrad auf, dessen Trägheitsmoment so gross ist, dass dieses mittels einer besonders vorgesehenen Bremse angehalten werden muss, wenn der zu messende Luftstrom endet. Bei diesem Spirometer ist es unvermeidlich, dass schon am Beginn des Messvorganges ein später nicht mehr zu kompensierender Messfehler auftritt, der noch dadurch vergrössert wird, dass die Betätigung der Bremse durch eine Klappe erfolgt, welche den freien Zustrom der zu messenden Luft zunächst ganz verhindert und erst bei Erreichen eines gewissen Druckes den Einblaskanal freigibt.

Ähnlich verhält es sich bei einem weiteren bekannten Spirometer (DE-PS 663 674), bei dem ebenfalls ein Schaufelrad als Windflügelrotor vorgesehen ist, welches ein hohes Drehmoment besitzt und deshalb zwangsläufig zu den gleichen Messfehlern führt.

Andere bekannte Spirometer (GB-PS 765 206) besitzen weder eine Zeigernullstellvorrichtung noch einen Schleppzeiger. Ihre in einer zylindrischen Gehäusewandung der Turbinenkammer angeordneten schräg-radial verlaufenden Luft-durchtrittsöffnungen bestehen aus Schlitzen, die in axialer Richtung eine längere Ausdehnung haben als das Rotorblatt. Zudem ist das Rotorblatt wesentlich kürzer als die axiale Länge der Turbinenkammer. Auch ist die Turbinenkammer auf der dem Zeigerwerk gegenüberliegenden Seite völlig offen, so dass ein Grossteil der durch die Schlitze in die Turbinenkammer einströmenden Luft unmittelbar wieder aus der Turbinenkammer austreten kann, ohne den geringsten Einfluss auf den Rotor zu nehmen. Dadurch entstehen erhebliche Messfehler.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Spirometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wesentlich höhere Messgenauigkeit garantiert, das lagenunabhängig benutzbar ist, das eine bessere, einfachere und zweck-mässigere Handhabung bzw. Anwendung sowohl im medizinischen, insbesondere sportmedizinischen, als auch im privaten Bereich ermöglicht und mit dem es zudem möglich ist, jeden Messvorgang mit der Zeigerstellung Null zu beginnen und direkte Vergleichsmessungen durchzuführen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass das Rotorblatt des Windflügelrotors mit seiner Aussenkontur der Innenkontur der zylindrischen Turbinenkammer angepasst ist, wobei die Turbinenkammer aus einem zylindrischen Hohlraum besteht, der von einer zylindrischen Ringwand und von einem geschlossenen Boden sowie von einer mit einer zentralen Auslassbohrung versehenen oberen Stirnwand umschlossen ist und wobei die Ringwand mit einer Vielzahl von in gleichen Winkelabständen voneinander und zumindest annähernd in der axialen Mitte des Rotorblattes angeordneten gleichmässig über den Umfang verteilten, schräg-radial verlaufenden Strömungskanälen versehen ist, welche eine die Ringwand umgebende Ringkammer, die durch mehrere gleichmässig über die Stirnfläche der Ringkammer verteilt angeordnete Öffnungen mit der Vorkammer verbunden ist, mit der Turbinenkammer verbinden und wobei die Welle des Windflügelrotors über ein, ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweisendes Untersetzungsgetriebe mit einer einen Hauptzeiger und einen Schleppzeiger aufweisenden Anzeigevorrichtung in getrieblicher Verbindung steht, deren Hauptzeiger mittels einer lösbaren Getriebekupplung und dessen Schleppzeiger unabhängig vom Hauptzeiger manuell nullstellbar sind.

Durch diese Massnahmen wird gegenüber den bekannten Spirometern eine wesentlich höhere Messgenauigkeit erzielt, die sich einerseitzs aus einer erheblich verbesserten Kräftekoppelung zwische der die Turbinenkammer durchströmenden Luft und dem Windflügelrotor und anderseits aus der Tatsache ergibt, dass dabei die die Turbinenkammer durchströmende Luft ausser den reinen Reibungskräften, die durch entsprechende Lagerung der Rotorwelle und der übrigen Getriebeteile des Untersetzungsgetriebes sehr klein gehalten werden können, keine Widerstandskräfte zu überwinden sind. Von besonderem Vorteil ist auch die einfache Nullsteilbarkeit des Zeigers, die wegen des Vorhandenseins eines Schleppzeigers jeweils in Gegenlaufrichtung erfolgen muss, weshalb zweckmässigerweise eine Nullrückstellfeder verwendet wird, und weiterhin dadurch, dass der Schleppzeiger, der am Ende jedes Messvorganges stehen bleibt und von Hand nullgestellt werden muss, den jeweils gemessenen Wert solange anzeigt, bis er entweder durch den Zeiger während eines neuen Messvorganges oder aber von Hand verstellt wird. Somit bietet das erfindungsgemässe Spirometer gegenüber den bekannten Spirometern sowohl bezüglich der Handhabung und der praktischen Verwendung als auch bezüglich der Messgenauigkeit erhebliche Vorteile, die das Spirometer auch nach streng wissenschaftlichen Massstäben zu einem wertwollen Messgerät machen.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Spirometer in teilweise geschnittener Frontansicht,

Fig. 2 einen Schnitt II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt III-III durch den die Turbinenkammer bildenden Körper,

Fig. 4 einen teilweise in Abwicklung dargestellten Querschnitt des Untersetzungsgetriebes bzw. des Zeigerwerkes,

Fig. 5 die Einzelteile des die Turbinenkammer bildenden Körpers in perspektivischer Explosionsdarstellung,

Fig. 6 eine Lagerung der Rotorwelle geschnitten in ver-grössertem Massstab.

Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, besteht das dargestellte Spirometer im wesentlichen aus einem aus zwei Schalenhälften 2 und 3 zusammengesetzten Gehäuse 1, einem Turbinengehäuse 4, einem Windflügelrotor 5, einem Zeigerwerk 6 mit Untersetzungsgetriebe 7 und einem Skalenblatt 8. Die äussere Form des Gehäuses 1 entspricht der eines Drehkörpers mit einem handgriffartig rundum eingebuchteten untern Gehäuseteil 9 und einem jeweils einstückig an die beiden Schalenhälften 2 und 3 angeformten kugelförmigen Kopfteil

10, das auf der Frontseite eine zylindrische Vertiefung 11 mit einem eine Zentralbohrung 12 aufweisenden Montageboden

13 besitzt und auf der Rückseite eine kalottenartige Vertiefung

14 mit einer koaxial zur Zentralbohrung 12 angeordneten Bohrung 15 aufweist. Die Trennebene 16 der beiden Schalenhälften 2 und 3 verläuft in der Längsmitte des Gehäuses 1 parallel zum Montageboden 13 der frontseitigen Vertiefung

11, wobei in dieser Trennebene 16 die beiden Schalenhälften mittels einer umlaufenden Nut-Federverbindung 17/18 ineinandergreifen. Die beiden Schalenhälften 2 und 3 sind mittels Schrauben 19, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind, miteinander verbunden. Zur Aufnahme der Schrauben 19 ist die hintere Schalenhälfte 3 im unteren Gehäuseteil 9 mit zylindrischen, nach innen gerichteten Hohlzapfen 20 und die vordere Schalenhälfte 2 mit koaxial dazu angeordneten Hohlzapfen 21 versehen. Die vordere Schalenhälfte 2 besitzt in ihrem unteren Teil ausserdem eine konische Einblasöffnung 22, in welche ein nicht dargestelltes Passstück eines Blasschlauches eingesteckt werden kann. Zwischen dem Hohlraum des untern Gehäuseteils 9 und dem Hohlraum des Kopfteiles 10 befindet sich eine Zwischenwand 23, die eine zentrische Bohrung 24 aufweist. In der Höhe der horizontalen Mittelebene des Kopfteiles 10 ist in den beiden Schalenhälften 2 und 3 eine Vertiefung 25 eingearbeitet, auf deren Innenseite sich ein von Wandteilen 26, 27, 28 gebildeter Hohlraum 29 befindet, wobei die Stirnseiten des Wandteils 28 und der Gehäusewand 30 jeweils mit koaxialen halbkreisförmigen Vertiefungen zur Aufnahme einer Lagerbuchse 31 versehen sind.

In einer etwas über der halben Höhe des Gehäuseunterteils liegenden Horizontalebene ist das Gehäuse 1 mit einer inneren Ringnut 32 versehen, in welcher das nachfolgend näher beschriebene Turbinengehäuse 4 derart befestigt ist, dass ein luftdichter Abschluss zwischen der darunter liegenden Vorkammer 33, in welche die Einblasöffnung 22 mündet, und dem darüber liegenden Hohlraum 34, der mit mehreren Auslassöffnungen 35 versehen ist, gewährleistet ist.

Wie am besten aus den Fig. 1,3 und 5 erkennbar ist, besteht das Turbinengehäuse 4 aus zwei formschlüssig zusammengesetzten Teilen 36 und 37. Das obere Teil 36 besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper mit einer zylindrischen Aussenwand 38, die sich über die gesamte axiale Länge erstreckt, aus einer Stirnwand 39, die eine zentrale Durchlassbohrung 40 aufweist, sowie aus einer zylindrischen Innenwand 41, die dicker ist als die Aussenwand 38 und die sich von der oberen Stirnwand 39 bis etwa zur halben axialen Länge der Aussenwand 38 erstreckt und in einer parallel zur oberen Stirnwand verlaufenden Ebene endet. Die untere Stirnfläche 42 der Innenwand 41 weist eine mittlere, im Querschnitt rechteckförmige Ringrippe 43 auf, welche durch eine Vielzahl von in gleichmässigen Winkelabständen voneinander angeordneten schräg radial verlaufenden halbzylindrischen Einschnitten 44, die sich durch die gesamte Dicke der Innenwand 41 erstrecken, unterbrochen ist. Dabei tangieren die in strichpunktierten Linien in Fig. 3 angedeuteten Achsen 44a der halbzylindrischen Einschnitte 44a mit einem ebenfalls in strichpunktierten Linien in Fig. 3 gezeigten Kreis k, dessen Durchmesser etwa zwei Drittel des Innendurchmessers der Innenwand 41 beträgt.

Das Teil 37 besteht aus einem kreisrunden Boden 45 mit einer konzentrisch angeordneten, im Durchmesser und Dicke auf die Innenwand 41 des Teiles 36 abgestimmten, hohlzylindrischen Wandung 46 und einer umlaufenden Ringnut 47. Diese Ringnut 47 ist auf der Innenseite konisch hinterschnitten und dient zur rastenden Aufnahme des unteren Endes der zylindrischen Aussenwand des Teiles 36, die auf der Innenseite mit einem konischen Ring-Einschnitt 48 versehen ist. Die obere Stirnfläche 49 besitzt eine der Querschnittsform der Ringrippe 43 der Innenwand 41 entsprechende Ringnut 50 und die gleiche Anzahl von schräg radialen halbzylindrischen Einschnitten 51 wie die Stirnfläche 42 der Innenwand 41, die nach dem Zusammenfügen der beiden Teile 36 und 37 schräg radiale zylindrische Strömungsleitkanäle 52 bilden, welche die einerseits zwischen der Innenwand 41 und der Wandung 46 und anderseits der zylindrischen Aussenwand 38 gebildete Ringkammer 53 (siehe Fig. 1) mit der Turbinenkammer 54 verbinden.

In dem zwischen der Ringnut 47 und der Wandung 46 liegenden Zwischenraum sind im Boden 45 gleichmässig um die Wandung 46 herum verteilt angeordnete Axialbohrungen 55 vorgesehen, welche die Vorkammer 33 mit der Ringkammer 53 des Turbinengehäuses 4 verbindet. Um sicherzustellen, dass beim Zusammenbau der beiden Teile 36 und 37 dei halbzylindrischen Einschnitte 44 und 51 jeweils deckungsgleich aufeinander zu liegen kommen, ist die Aussenwand 38 mit einer radial vorstehenden Zunge 56 und der Boden 45 mit einer diese aufnehmenden Radialnut 57 versehen. Die beschriebene Zweiteilung des Turbinengehäuses 4 ist Voraussetzung einerseits für die Herstellbarkeit des Turbinengehäuses 4 im Spritzgussverfahren und zum Einsetzen des Windflügelrotors 5, dessen radiale Ausdehnung grösser ist als diejenige der Durchlassbohrung 40 in der Stirnwand 39 des Turbinengehäuses 4 (siehe Fig. 1 ). Das Turbinengehäuse 4 ist formschlüssig in das Gehäuse 1 eingesetzt, indem der Rand des Bodens 45 in der inneren Ringnut 32 des unteren Gehäuseteils 9 sitzt.

Der Windflügelrotor 5 besteht aus einem dünnen rechtek-kigen Rotorblatt 58, dessen Länge und Breite etwa um 0,5 bis 2 mm kleiner sind als die lichte Weite der Turbinenkammer 54, und aus einer Hohlwelle 59, auf der das Rotorblatt 58 in der aus den Fig. 1, 3 und 5 erkennbaren Weise drehsicher befestigt ist.

Wie aus Fig. 6 erkennbar ist, ist die Hohlwelle 59 an beiden Enden mit eingepressten Lagerstiften 60 und 61 versehen, mittels welcher sie einerseits in einem Steinlager 62 des Bodens 45 des Turbinengehäuses 4 und anderseits in einem Steinlager 63 leicht drehbar gelagert ist. Die beiden Steinlager 62 und 63 sitzen jeweils in Fassungen 64, von denen das obere in einem Lagerklotz 65 und das untere im Boden 45 sitzt. Das obere Ende der Hohlwelle 59 ist mit einer drehsicher befestigten Schnecke 66 ausgerüstet, die mit einem Schneckenrad 67 in Eingriff steht. Das Schneckenrad 67 ist auf einer Triebwelle 68 befestigt, mit welcher ein Zahnrad 69 in Eingriff steht, das auf einer Welle 70 festsitzend angeordnet ist. Die Triebwelle

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68 und dei Welle 70 sind drehbar in zwei durch mehrere Pfeiler 71 miteinander verbundenen Lagerplatinen 72 und 73 gelagert, welche mittels Sperrfederringen 74 auf zylindrischen Ansatzzapfen 75 des Montagebodens 13 befestigt sind.

(Fig. 4).

Auf dem Zahnrad 69 gegenüberliegenden Ende der Welle 70 ist ein Stützring 76 fest aufgepresst. Zwischen diesem Stützring 76 und einer Flanschbuchse 77, die axial beweglich und drehbeweglich auf der Welle 70 gelagert ist, befindet sich ein lose auf der Welle 70 gelagertes Ritzel 78, das mit einem Zahnrad 79 in Eingriff steht. Zwischen der Flanschbuchse 77 und dem Zahnrad 69 ist auf der Welle 70 eine Druckfeder 80 angeordnet, welche die Flanschbuchse 77 in axialer Richtung gegen das Ritzel 78 und dieses gegen den Stützring 76 presst. Beiderseits des Ritzels 78 sind Friktionsscheiben 81 angeordnet, die eine schlupffreie kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stützring 76 und dem Ritzel 78 gewährleisten. Diese Teile 76 bis 81 stellen eine lösbare Getriebekupplung dar, die mit Hilfe eines radial zur Welle 70 beweglichen Tasters 82 betätigbar ist. Der Taster 82 ist axial beweglich in der Lagerbuchse 31 gegen die Wirkung einer Druckfeder 83 betätigbar, derart, dass das konische Ende 84 seines Schaftes 85 im Zusammenwirken mit einer konischen Ringfläche 86 der Flanschbuchse 77 eine Axialbewegung der Flanschbuchse 77 und damit eine Unterbrechung des Kraftflusses zwischen der Welle 70 und dem Ritzel 78 bewirkt. Der Taster 82 ist mittels einer Sicherungsscheibe 87 an der Lagerbuchse 31 gesichert.

Das mit dem Ritzel 78 in Eingriff stehende Zahnrad 79 sitzt fest auf einer Hohlwelle 88, welche drehbar in der Lageplatine 73 gelagert ist und die Bohrung 12 des Montagebodens 13 der frontseitigen Schalenhälfte 2 durchragt und mit einem Hauptzeiger 89 ausgerüstet ist. Der Hauptzeiger 89 ist mittels einer Buchse 90 auf der Hohlwelle 88 befestigt. Auf der Hohlwelle 88 befindet sich eine Schraubenfeder 91 grösseren Durchmessers. Das eine Ende 92 der Schraubenfeder 91 ist in eine Bohrung des Zahnrades 79 eingehängt, während das andere Ende 93 der Schraubenfeder 91 an einem Pfeiler 71 befestigt ist. Diese Schraubenfeder 91 dient als Nullrückstellfeder für den Hauptzeiger 89, der in seiner Nullage an einem Anschlagstift 94 anliegt.

In der Hohlwelle 88 befindet sich eine relativ zu dieser drehbare Schleppzeigerwelle 95, die einerends mit einem Schleppzeiger 96 ausgerüstet ist, der eine in die Bewegungsebene des Hauptzeigers 89 ragende Mitnehmerzunge 97' aufweist, und die am anderen Ende, das durch die Bohrung 15 der hinteren Gehäuseschale 3 ragt, mit einem Drehknopf 97 ausgerüstet ist, der zum Nullstellen des Schleppzeigers 96 dient. Der Drehknopf 97 ist durch eine Druckfeder 98 kraftschlüssig mit der Schleppzeigerwelle 95 verbunden, so dass er relativ zur Schleppzeigerwelle drehbar ist, wenn der Schleppzeiger 96 sich in Nullage befindet und am Anschlagstift 94 anliegt. Die Schleppzeigerwelle 95 ist drehbar in der Lagerplatine 72 gelagert und durch zwei Sicherungsscheiben 99 und 100 gegen axiale Verschiebung gesichert. Dabei ist die Sicherungsscheibe

99 auf der Innenseite der Lagerplatine 72 angeordnet und die Sicherungsscheibe 100 in einigem Abstand auf der Aussenseite der Lagerplatine 72, wobei sich zwischen der Lagerplatine 72 und der Sicherungsscheibe 100 eine axial verschiebbar und drehbar auf der Schleppzeigerwelle 95 gelagerte Flanschbuchse 101 befindet, die von einer Druckfeder 102 umgeben ist. Beidseits der Lagerplatine 72 sind Friktionsscheiben 103 angeordnet, die zusammenwirken mit der Druckteder 102, der Flanschbuchse 101 und den beiden Sicherungsscheiben 99 und

100 und so eine Friktionsbremse für die Schleppzeigerwelle 95 und somit auch für den Schleppzeiger 96 bilden. Sowohl die Schraubenfeder 91 als auch die Druckfeder 102 sind so schwach ausgelegt, dass sie dem Zeigerantrieb eine möglichst geringe Widerstandskraft entgegensetzen, andererseits aber in der Lage sind, bei gelöster Getriebekupplung die Nullstellung des Hauptzeigers 89 zu bewirken bzw. zu verhindern, dass sich der Schleppzeiger 96 beispielswiese durch Erschütterungen selbsttätig verstellt.

Auf der Aussenseite des Montagebodens 13 liegt das kreisrunde Skalenblatt 8, das mit einer in ccm geeichten Kreisskala 105 versehen ist und das von der zylindrischen Wandung 106 einer die Öffnung der Vertiefung 11 verschliessendeh Klarsichtscheibe 107 gehalten wird. Dabei ist die Wandung 106 mit leichtem Presssitz in die zylindrische Vertiefung 11 einge-presst.

Die Handhabung des beschriebenen Spirometers erfolgt in der Weise, dass zunächst bei nullgestellten Haupt- und Schleppzeigern 89 und 96 von der zu testenden Person über einen Schlauch Atemluft durch die Einblasöffnung 22 in die Vorkammer 33 eingeblasen wird. Diese eingeblasene Atemluft gelangt durch die Axialbohrungen 55 zunächst in die Ringkammer 53, von dort durch die schräg radialen Strömungsleitkanäle 52 in die Turbinenkammer 54 und setzt dabei den Windflügelrotor 5 mit der Hohlwelle 59 in Drehbewegung. Diese Drehbewegung wird durch das beschriebene Untersetzungsgetriebe 7 auf den Hauptzeiger 89 und von diesem auf den Schleppzeiger 96 übertragen, so dass sich dieser in Uhrzeigerdrehrichtung (bezogen auf Fig. 1 ) drehend über die Kreisskala 105 bewegt. Die in die Turbinenkammer 54 eingeströmte Luft verlässt diese wieder durch die Durchlassbohrung 40 in den Hohlraum 34, von wo sie durch die Auslassöffnungen 35 wieder ins Freie gelangt. Um zu verhindern, dass dabei in der Atemluft enthaltene Feuchtigkeit in den Hohlraum des Kopfteiles 10 gelangt und sich an den Metallteilen des Untersetzungsgetriebes 7 niederschlagen kann, ist es wichtig, die Bohrung 24 in der Zwischenwand 23 möglichst klein zu halten.

Da der Blasdruck erfahrungsgemäss mit zunehmender Blasdauer stetig abnimmt, reduziert sich auch die Drehzahl des Windflügelrotors in entsprechendem Masse, bis der Windflügel schliesslich zum Stillstand kommt, wenn das Luftvolumen der ausatmenden Person erschöpft ist. Aufgrund dieser Tatsache und aufgrund des erfindungsgemäss erreichten geringen Gewichtes und somit der geringen kinetischen Massenkräfte des Windflügelrotors 5 mit der Hohlwelle 59 und aufgrund der Tatsache, dass zwischen der Hohlwelle 59 und dem Rädergetriebe 67 bis 79 eine in Kraftrückflussrichtung selbsthemmende Getriebeuntersetzung zwischen der Schnecke 66 und dem Schneckenrad 67 besteht, ist sichergestellt, dass das Messergebnis nicht durch Schleuderfehler verfälscht wird,

zumal bei ruhender Luft in der Turbinenkammer 54 auch eine gute Bremswirkung auf den Windflügelrotor 5 augeübt wird. Anderseits wird durch die zahlreich vorhandenen schräg radialen Strömungsleitkanäle 52 und das in beschriebener Weise der Querschnittsform der Turbinenkammer 54 angepass-te dünne Rotorblatt 58 ein optimaler Kraftschluss zwischen der einströmenden Luft und dem Windflügelrotor 5 erzielt.

Nach beendetem Messvorgang kann durch Betätigung des Tasters 82 die Nullstellung des Hauptzeigers 89 erfolgen, während der Schleppzeiger 96 infolge der Wirkung der Friktionsbremse 99 bis 103 stehenbleibt und das erzielte Messergebnis festhält. Es steht nun dem Benutzer des Spirometers frei, den Schleppzeiger 96 stehenzulassen bis zum nächsten Messvorgang, um einen direkten Vergleich mit dem vorausgegangenen Messvorgang zu haben, oder den Schleppzeiger 96 durch entsprechende Drehung des Drehknopfes 97 ebenfalls auf Null zu stellen, um ggf. eine andere Person zu testen.

Die Gesamtuntersetzung des Untersetzungsgetriebes 7 beträgt 3600:1, d. h. zu einer vollen Umdrehung des Hauptzeigers 89 sind 3600 Umdrehungen des Windflügelrotors 5 erforderlich. Durch dieses hohe Untersetzungsverhältnis ist einerseits eine sehr hohe Auflösung, d. h. Messgenauigkeit gewährleistet und anderseits erreicht, dass sich die Wider5

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standskräfte der Nullrückstellfeder 91 und der auf den Schleppzeiger einwirkenden Friktionsbremse 99 bis 103 nicht negativ auf die Messgenauigkeit auswirken können.

Um das Spirometer eichfähig zu machen, d. h. um zum Beispiel fertigungsbedingte Proportionalitätsabweichungen der vom Durchsatzvolumen abhängigen Drehzahl des Windflügelrotors kompensieren bzw. eliminieren zu können, ist die die Turbinenkammer 54 umgebende Ringkammer 53 mit einem Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 versehen, der in den Hohlraum 34 mündet, und der mittels einer Schraube 137 mehr oder weniger verschliessbar ist. Dieser Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 ist als Radialbohrung in der Wandung eines zylindrischen Aufsatzes 136 des oberen Teils 36 des Turbinengehäuses 4 ausgebildet. Der Hohlraum 141 des zylindrischen Aufsatzes 136 hat einen der Querschnittsbreite des Ringkanals 53 entsprechenden Durchmesser und steht mit dem Ringkanal 53 in direkter Verbindung. Die Schraube 137, die einen etwas grösseren Nenndurchmesser als der Neben-schluss-Luftaustrittskanal 138 besitzt, ist in eine Gewindebohrung 140 eingeschraubt, die koaxial zum Nebenschluss-Luft-austrittskanal 138 diametral gegenüberliegend angeordnet ist. Durch Verdrehen der Schraube 137 in der einen oder anderen Richtung kann das dem Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 zugekehrte Ende der Schraube 137 näher an den inneren Bohrungsrand herangeführt oder weiter von diesem entfernt werden, so dass der zwischen dem inneren Bohrungsrand des Nebenschluss-Luftaustrittskanals 138 und dem diesem zugekehrten Ende der Schraube 137 bestehende Durchlassquerschnitt vergrössert bzw. verkleinert werden kann, um dadurch die Nebenschlusswirkung zu vergrössern oder zu verkleinern. Um die Schraube 137 zum Zwecke des Verstellens bzw. Eichens des Gerätes zugänglich zu machen, ist im Gehäuse 1 an entsprechender Stelle ein Durchbruch 139 vorgesehen.

Voraussetzung für die Anwendung dieses Eichprinzips ist allerdings, dass Windflügelrotor 5 und das Turbinengehäuse 4 sowie das Untersetzungsgetriebe 7 so ausgelegt sind, dass bei geschlossener Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 eine geringfügige Überproportionalität zwischen Drehzahl und Luftdurchsatzvolumen besteht, d. h. die Haupt- und Schleppzeiger 89 bzw. 96 bei geschlossener Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 auf der Skala 105 geringfügig - zum Beispiel 3-5% - mehr anzeigen als dem tatsächlich gemessenen Luftvolumen entspricht, und durch das Öffnen der Nebenschluss-Luftaustritts-

kanal 138 in dem Masse, dass der der Mehranzeige bzw. dem Messfehler entsprechende Anteil des zu messenden Luftvolumens nicht durch die Turbinenkammer 54, sondern durch den Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 in den Hohlraum 34 und 5 von dor über die Auslassöffnungen 35 wieder ins Freie gelangen kann, der Messfehler kompensiert werden kann.

Während beim in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 der zylindrische Aufsatz 136 mit dem Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 und der Schraube io 137 aus Gründen der einfacheren Darstellung so angeordnet ist, dass ein zusätzlicher Durchbruch 139 in der Gehäusewandung des Gehäuses 1 erforderlich ist, kann in der Praxis der zylindrische Aufsatz 136 so angeordnet sein, dass dei Schraube 137 durch eine der beiden ohnehin vorhandenen Auslassöff-15 nungen 35 zugänglich ist. Auf den Durchbruch 139 kann dann verzichtet werden.

Der Eichvorgang selbst wird in der Weise vorgenommen, dass mit Hilfe eines anderen Volumenmessgerätes bestimmte Luftmengen durch das Spirometer hindurchgeblasen werden 20 und die jeweilige Anzeige mit der Sollanzeige verglichen wird. Durch entsprechendes Verstellen der Schraube 137 relativ Nebenschluss-Luftaustrittskanal 138 wird dabei dann der festgestellte Messfehler eliminiert. Erst durch die Möglichkeit des Eichens und durch die dadurch wiederum gegebene Mess- und 25 Anzeigegenauigkeit erhält das Spirometer einen wesentlich höheren und bedeutungsvolleren Anwendungswert und kann somit auch als medizinisches Messgerät, zum Beispiel auch als Diagnosehilfsgerät Verwendung finden.

In Abänderung der vorstehend beschriebenen Anordnung 30 des Nebenschluss-Luftaustrittskanals 138 in Verbindung mit der die Turbinenkammer 54 umgebenden Ringkammer 53 ist es prizipiell auch möglich eine Nebenschluss-Luftaustrittsöff-nung in Verbindung mit der Vorkammer 33 anzuordnen. Ausserdem ist auch möglich eine Nebenschluss-Luftaustritts-35 Öffnung als Axialbohrung mit einer Stellschraube anzuordnen, die beispielsweise in der Aussenwand 38 des Ringkanals 53 radial eingeschraubt ist, und deren innere, ringförmige Stirnfläche gegen die zylindrische Aussenfläche der Innenwand 41 der Turbinenkammer 54 einstellbar ist. In diesem Falle müsste 40 zum Schliessen der Nebenschluss-Luftaustrittsöffnung die Stellschraube soweit radial nach innen geschraubt werden, bis deren innere Stirnfläche an der Aussenfläche der Innenwand 41 der Turbinenkammer 54 anliegt.

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Claims (14)

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1. Spirometer, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit einer eine Einblasöffnung (22) aufweisenden Vorkammer (33) und einer wenigstens eine Austrittsöffnung aufweisenden und durch mehrere in einer Zwischenwand befindliche Strömungsleitkanäle (52) mit der Vorkammer (33) verbundene zylindrische Turbinenkammer (54), in welcher sich ein Windflügelrotor (5) befindet, der ein dünnes ebenes, doppelflügliges Rotorblatt (58) aufweist und dessen Welle (59) über ein Untersetzungsgetriebe (7) einen über eine Kreisskala (105) drehenden Zeiger (89) antreibt, wobei die Welle (59) einerseits in einem Lager des Untersetzungsgetriebes (7) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt (58) des Windflügelrotors (5) mit seiner Aussenkontur der Innenkontur der zylindrischen Turbinenkammer (54) angepasst ist, wobei die Turbinenkammer (54) aus einem zylindrischen Hohlraum besteht, der von einer zylindrischen Innenwand (41) und von einem geschlossenen Boden (45) sowie von einer mit einer zentralen Durchlassbohrung (40) versehenen oberen Stirnwand (39) umschlossen ist, und wobei die Innenwand (41) mit einer Vielzahl von in gleichen Winkelabständen voneinander und zumindest annähernd in der axialen Mitte des Rotorblattes (58) angeordneten, gleichmässig über den Umfang verteilten, schräg-radial verlaufenden Strömungsleitkanälen (52) versehen ist, welche eine die Innenwand (41) umgebende Ringkammer (53), die durch mehrere gleichmässig über die Stirnfläche der Ringkammer (53) verteilt angeordnete Axialbohrungen (55) mit der Vorkammer (33) verbunden ist, mit der Turbinenkammer (54) verbinden, und wobei die Welle (59) des Windflügelrotors (5) über ein, ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweisendes Untersetzungsgetriebe (7) mit einer, einen Hauptzeiger (89) und einen Schleppzeiger (96) aufweisenden Anzeigevorrichtung in getrieblicher Verbindung steht, deren Hauptzeiger (89) mittels einer lösbaren Getriebekupplung (76/81) und dessen Schleppzeiger (96) unabhängig vom Hauptzeiger (89) manuell nullstellbar sind.

2. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekupplung aus einem mit dem auf der Zeigerwelle (88) befestigten Zahnrad (79) in Eingriff stehenden, lose auf einer Getriebewelle (70) gelagerten Zahnritzel (78) und einer das Zahnritzel (78) mittels axialen Federdruckes (80) gegen einen auf der Getriebewelle (70) befestigten Stützring (76) drückenden Flanschbuchse (77) besteht, die axial verschiebbar auf der Getriebewelle (70) gelagert und mittels eines die Gehäusewand (30) durchragenden Druckstiftes (82/84) vom Zahnritzel (78) abhebbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekupplung (76-81) mittels eines in der Gehäusewand (30) federnd gelagerten Druckknopfes (82), dessen Schaftende (84) auf den Flansch (86) der Flanschbuchse (77) gerichtet ist, betätigbar ist.

4. Spirometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeigerwelle als Hohlwelle (88) ausgebildet ist und auf der Schleppzeigerwelle (95) drehbar ist, wobei die Schleppzeigerwelle (95) mit einer Friktionsbremse (99-103) und mit einem auf der Gehäuseaussenseite angeordneten Nullstelldrehknopf (97) versehen ist.

5. Spirometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullstelldrehknopf (97) drehbar auf der Schleppzeigerwelle (95) angeordnet ist und mit der Schleppzeigerwelle (95) durch eine Friktionskupplung (98) kraftschlüssig verbunden ist.

6. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullstellfeder in Form einer Schraubenfeder (91) mit radialem Spiel konzentrisch auf der Zeigerwelle (88) angeordnet ist und dass ihr eines Endstück (92) in eine Öffnung des Zeigerwellenrades (79) und ihr anderes Endstück (93) am Lagergestell eingehängt ist.

7. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getriebliche Verbindung zwischen dem Windflügelrotor (5) und dem Untersetzungsgetriebe (7) aus einem in Kraftrückflussrichtung selbsthemmenden Winkelgetriebe, nämlich einer auf der Welle (59) des Windflügelrotors (5) sitzenden Schnecke (66) und einem in diese eingreifenden Schneckenrad (67) besteht.

8. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (59) des Windflügelrotors (5) aus einem dünnwandigen Rohr geringen Durchmessers besteht, in dessen Enden rollierte und in Steinlagern (62, 63) gelagerte Lagerzapfen (60) eingesetzt sind.

9. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trubinenkammer (54) und die Ringkammer (53) aus einem zweiteiligen, formschlüssig zwischen der Vorkammer (33) und dem Untersetzungsgetriebe in das Gehäuse (1) einsetzbaren, hohlzylindrischen Körper gebildet sind, wobei ein oberes Körperteil (36) aus einer äusseren, sich über die gesamte Länge der Ringkammer (53) erstreckenden zylindrischen Aussenwand (38) und einer Innenwand (41) besteht, die mit der Aussenwand (38) durch eine in der Mitte offene Stirnwand (39) verbunden ist und in der Mittelebene (Schnittebene III-III) der Strömungsleitkanäle (52) endet und die obere Hälfte der Turbinenkammer (54) bildet, und das andere Körperteil (37) aus einem kreisrunden, mit im Bereich der Ringkammer (53) angeordneten Axialbohrungen (55) versehenen Boden (45) und einer die untere Hälfte der Turbinenkammer (54) bildenden Innenwand (46) besteht, die ebenfalls in der Mittelebene der Strömungsleitkanäle (52) endet.

10. Spirometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (45) mit einer das freie Ende der Aussenwand (38) rastend aufnehmenden Ringnut (47) versehen ist.

11. Spirometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden je eine Hälfte der Turbinenkammer (54) bildenden Innenwände (41 und 46) durch eine stirnseitig umlaufende Nut-Federverbindung (43/50) formschlüssig ineinandergreifen.

12. Spirometer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus zwei mittels einer umlaufenden Nut-Federverbindung (17/18) ineinandergreifenden und mittels Schrauben (19) lösbar miteinander verbindbaren Halbschalen (2, 3) besteht, wobei die eine Halbschale (2) mit einem runden, in einer parallel zur Trennebene (16) und zugleich parallel zur Turbinenkammerachse verlaufenden Ebene liegenden Skalenblatt (8) versehen ist, und auf der Innenseite angespritzte Zapfen (75) zur Befestigung der einen Getriebeplatine (73) aufweist.

13. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (7) ein Gesamtuntersetzungs-verhältnis von mindestens 3000:1 aufweist.

14. Spirometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand eines hohlen Aufsatzes (136) des Turbinengehäuses (4) eine Nebenschluss-Luft-austrittsöffnung (138) angeordnet ist, welche eine koaxiale Stellschraube (137) aufweist, die durch eine Öffnung (35 oder 139) des Gehäuses (1) mittels eines Werkzeuges zugänglich ist.