CN1501830A - 呼吸功能的训练机 - Google Patents

Abstract

一种呼吸训练机，包括一个带一可拆卸的呼吸空气通道(2)的外壳(1)、一个气嘴(3)、一个空气袋(5)和一个控制器(14)。在呼吸空气通道(2)中安装了一个阀装置即一个活塞阀，该活塞阀配有一个阀体，该阀体可自由运动，而且与呼吸空气通道(2)没有固定连接。在外壳(1)和/或阀装置的壳体中设置有产生力的装置，该装置使阀体保持在密封位置并确定打开该阀所需的力。与呼吸空气接触的全部元件都可便捷地拆卸并进行清洁处理。本发明还涉及上述训练机的新鲜空气供入的监控方法。

Description

呼吸功能的训练机

本发明涉及呼吸功能的一种训练机及其工作方法，该机具有一个送气嘴、一个连接在该送气嘴上的带一个入气/出气口的呼吸空气通道、一个与该呼吸空气通道连接的软空气袋、一个用来调节呼吸空气通道耗用空气的出气量和新鲜空气进入呼吸空气通道的进气量的阀装置。

这种训练机用来增强呼吸肌肉系统。这一方面可用于治疗目的，但另一方面可改善健康人的呼吸功能和呼吸能力，后者例如对运动员是有益的。这种机器例如可从文献WO 9917842中得知。

WO 9917842描述的这种机器具有一个管形的呼吸空气通道，该通道的一端设置一个送气嘴，而其离该送气嘴的一端则有支路，其中，该通道的一段通入软气袋中并与它连接。该呼吸空气通道的第二支路与一个阀装置连通，消耗的空气通过该阀装置可从该呼吸空气通道流出，或新鲜空气可吸入该呼吸空气通道。该阀装置是一个舌簧阀(舌簧式)，该阀在一个规定的负压时打开并可通过该呼吸空气通道吸入新鲜空气。该阀是这样设计的，即在呼吸空气通道为正常压力时，该阀是关闭的，而在该通道达到一定的过压时，该闭则重新打开，并可使消耗过的呼吸空气从该通过排到大气中去。这种已知的呼吸训练机的基本功能在于，使用该机的人只通过该送气嘴并由此通过该机进行呼吸。在每次呼吸循环时，呼出的空气的一部分存储在袋中，并只有在该袋装满时，才通过产生的过压打开该阀，并通过该阀排出残余空气。在呼气过程转换成吸气过程时，该阀关闭，而通过该送气嘴呼吸的人则首先吸入袋内的整个空气。只有当该阀排空时，在该呼吸空气通道内产生要求的负压，该阀才重新打开并附加吸入新鲜空气。与该呼吸空气通道连通的袋的容积则因人而异。此外，这种已知的机器提供一个控制装置，该装置规定应当用什么样的频率进行呼吸，并提供一个监控装置来监控呼吸空气中的二氧化碳含量。在训练过程中，呼吸空气中的二氧化碳含量应稳定保持在一个预定的、对健康无害的范围。在每次训练过程中，呼吸空气所流经的训练机的各部分都被污染并须进行清洁。特别是这种机器用于治疗时，相关部分必须进行消毒。对已知的这类机器来说，这些过程难于进行，尤其是阀装置的清洁器要相当昂贵的费用。

本发明的目的是，提出一种结构简单的呼吸功能训练机，该机的运动部分和与呼吸空气接触的部分无须任何辅助工具就可拆开，需要时，该机与空气接触的部分可以消毒，而且阀装置或阀的功能几乎与阀的位置无关。

这个目的是通过权利要求1和权利要求20所述的特征来实现的。本发明的诸多改进可从各项从属权利要求的特征部分得知。

阀装置按本发明用一个活塞阀具有诸多优点。该活塞阀的壳体部分可构成呼吸空气通道的一个整体组成部分，而阀体则可直接布置在呼吸空气的内部并进行导向运动。从而保证了呼吸空气在呼吸空气通道和阀壳体部分的通流空间中在流动轴向内的最佳流动。阀体部分具有一个活塞，该活塞对空气通流空间上的一个密封面密封，并通过导向件在空气通流空间内进行滑动导向和可在流动轴线的两个方向内移动。阀体与活塞阀的壳体部分没有机械连接，而是设置有附加的产生力的装置，这种装置使阀体定位在活塞阀壳体部分对面的密封位置内。产生力的这种装置也产生力来使阀体从一个偏转的位置重新回到密封位置。从产生力的装置作用到阀体上的力是这样预先规定的，即在满的或空的空气袋时，阀体通过呼吸空气通道内的过压力或负压力可从密封的位置移到一个打开的位置。

产生力的装置最好是磁性元件。其中，一方面在阀体中至少设置一个用磁性材料制成的元件，另一方面，在阀的壳体中至少安装一个用来产生磁场的元件或至少一个用磁性材料制成的元件。产生所需要的磁力的元件在阀体的密封位置内大致布置在一个相对于空气通流空间纵轴线的共同径向平面内。在阀的壳体内用来产生磁场的元件最好由一个永久磁铁或一个电磁铁构成，其磁场可通过电流变化来调节。用磁场来产生所需的自持力和复原力具有一大优点，即力可不接触地传递到阀体上。阀装置的整个结构变得很简单，因为不需要附加的力传递元件。此外，磁性元件或产生磁场的元件可完全封闭安装，所以可对与呼吸空气接触的部分进行可靠清洁，并在需要时还可进行消毒。在这种结构中，唯一的运动部件是带活塞的阀体，该阀体可在呼吸空气通道的通流空间内自由移动。

其他的优点在于，使用磁性元件作为产生力的装置可有多种有利的实施方案。在阀体中可安装一个用硬磁材料制成的元件例如一个永久磁铁，而在活塞阀的壳体中，则可安装一个用软磁材料例如铁制成的环形元件。但在阀体中，也可用一个由软磁材料例如铁制成的元件，而在活塞阀的壳体中，则可用一个或多个由硬磁材料例如永久磁铁制成的元件。如果在阀体中和活塞阀的壳体中的磁性元件都用一种硬磁材料例如在两种情况中都用永久磁铁制成时，则可获得一个特别紧凑的解决方案。在这种情况下，在阀的壳体中或在壳体的范围内，以合适的方式安装两个用硬磁材料制成的元件，这两个元件相对于空气通流空间的纵轴线对称对应布置。所有这些实施方案的一个主要优点在于，这些磁性元件或其极性配置和磁场的预先规定的强度可使阀体精确定位在密封位置内，亦即具有要求的自持力。在阀体打开或从密封位置移到打开位置时，通过打开行程把保持不变的或不断减小的力作用到阀体上，所以可在阀内进行空气通流空间的很快的完全打开。这与已知的弹簧加载的隔膜阀或舌簧阀正好相反，这类阀的打开运动产生一个逐渐增加的力。所以本发明的阀装置可实现空气体积的精确确定和界定，该空气体积附加地从训练机的袋容积呼出或吸入训练机中并由此吸入被培训的人员的肺中。

根据本发明使用一个活塞阀也可使活塞阀的壳体整体集成在呼吸空气通道中，亦即与呼吸空气接触的全部元件可组成一个唯一的组件。该组件即呼吸空气通道可拆卸地这样保持在一个外壳中，即它可用简单的方式进行拆卸和清洁。由于阀体有呼吸空气通道中自由进行导向运动，所以可用简单的方式从该通道取出它，并用最简单的方式对全部这些元件进行清洁。这些元件最好用一种可耐受消毒过程的材料制成。

在呼吸空气通道可拆卸保持的外壳中，最好也布置磁性材料制成的元件或产生磁场用的、与活塞阀的壳体对应的元件以及探测阀体位置用的传感器。这个外壳还包括一个用来握住训练机的手柄以及位置传感器所测出的数据的传送装置和可能的其他装置。由于外壳与呼吸空气不接触，所以它不需消毒，且其形状也可在一个大的范围内构成，因为对清洁可能性的要求小得多。

本发明的训练机可用于呼吸的两种不同的训练方案。即用于耐力训练或用于力的训练。在耐力训练时用呼吸频率和呼吸深度进行工作。在力的训练时，与呼吸过程方向相反的阻力附加地改变。为此，产生力的装置在活塞阀壳体的范围内是可更换的，或用供电可调的电磁铁。由于使用不同强度的产生力的装置，所以活塞阀的开启力可以改变，从而导致打开阀用的由呼吸产生的力同样可以改变。在使用电磁铁时，对磁场的改变具有相同的效果。

在活塞阀的壳体范围内用一个电磁铁时，还可获得另一个优点，即这个阀装置可以进行控制。为此，该电磁铁与一个控制器连接。该控制器根据规定的呼吸频率或呼吸循环控制活塞阀的打开和关闭。

如果用弹性元件作为产生力的装置，则可获得另一种有利的解决方案。这时，至少一个弹性元件一方面与阀体的一个端部区域连接，另一方面又与活塞阀的壳体或呼吸空气通道连接。与先有的解决方案比较，这种布置也可获得简化的结构形状，并保持带有活塞的自由运动的阀体的诸多优点。作为弹性元件可按公知的方式采用螺旋形弹簧，这种弹簧设计成以简单的方式就可拆卸并进行清洁。

在一些规定的使用场合中，最好设置两个平行作用的活塞阀，而且每个阀都配有吸入功能和呼出功能。其中第一个活塞阀调节从呼吸空气通道消耗的空气流出量，而第二个活塞阀则调节流入呼吸空气通道的新鲜空气的流入量。不论在用一个还是两个活塞阀时，阀体的移动行程最好通过终端止挡进行限定。终端止挡决定消耗的空气从呼吸空气通道流出时和新鲜空气流入呼吸空气通道对活塞阀的打开位置。

通过在活塞阀的壳体中或在外壳中设置用来探测空气通流空间内阀体的位置的传感器可获得一些其他的优点。用这种传感器确定阀体是否位于打开位置之一和确定活塞阀打开的时间间隔。活塞阀的打开时间被监控和记录，并用来监控袋中的呼吸空气体积与通过活塞阀流出或流入的呼吸空气之间的正确比例。

在阀体中用一个本发明提出的那种磁性元件时，在活塞阀的壳体中或在外壳中，最好在阀体的密封位置的两侧分别装一个霍耳传感器作为传感器。这种霍耳传感器按公知的方式通过空气通道纵轴线方向内阀体的运动记录磁场的变化，并可由此产生相应的位置信号，这种霍耳传感器可按公知的方式用舌簧传感器、光传感器或压力传感器代替。这些传感器带有一个测量值记录器，并通过一个接口和数据传输线与一个控制器连接。这里控制器的概念含有最广泛的意义，例如也包括使用一台计算机。该控制器例如包括呼吸训练目标数据的输入单元、一个微处理器、一个数据存储器和至少一个控制信息的显示装置。呼吸循环的要求的极限值或控制值通过该控制器预先给定。通过与布置在阀装置范围内的传感器的测量数据的比较，确定人的呼吸活动，训练机用这些呼吸活动和这些数据与目标数据进行比较。在偏离目标数据时，该控制器自动确定需要的校正并通过显示装置显示出来。然后利用训练机的人必须改变其呼吸过程，特别是呼吸频率和/或呼吸深度，直至它们与目标数据一致为止。如果误差超过一个预定的值，则通过该控制器释放一个报警功能，因为这时吸入空气和呼出空气中的二氧化碳含量不再与目标值一致。由于根据本发明至少用一个活塞阀时，阀体的打开位置和打开时间以及由此流动空气体积的比例都可相互进行精确地确定，所以不需要设置二氧化碳传感器。从而达到了训练机的附加的简化，也简化了由被训练的人或被治疗的人进行操作。由于阀体的特殊造型，训练机对位置相当不敏感，而且使用方便。

在由为了呼吸功能的治疗目的或训练目的的人使用本发明的呼吸训练机时，必须确定单独的与个人有关的预定数据，这些数据是建立在经验数值上的。首先要测出肺活量，并从中确定训练所需的袋容积。在标准情况中，袋容积相当于肺活量体积的50％。确定袋容积的其他数据可从WO 9917842中得知，并也在这里作相应的使用。从所谓的每分钟呼吸体积的经验值、相关人在训练状态的校正值和袋容积中算出呼吸频率。其中用训练状态和每分钟呼吸体积的乘积除以袋容积。WO9917842也包括这方面的精确数据，并在这里予以补充使用。在训练过程中，相关的人通过训练机进行呼吸。在吸入时，首先从空气袋吸走呼吸空气体积的一部分，紧接在排空袋时，通过阀装置从大气供入空气体积的一部分。这时，阀装置由于吸入过程在空气呼吸通道中产生的负压而被打开。在从吸入过程转换为呼出过程时，阀装置关闭，并首先把空气体积的一部分供入空气袋和存储其中。在袋装满后，由于呼气过程在呼吸空气通道中产生过压，于是阀装置重新打开并把呼出的空气的一部分通到大气中去。由于呼吸频率和气袋容积是相互关连的，所以通过训练机功能或吸入循环可使呼吸空气中的二氧化碳含量大致保持不变。从而防止了过量或欠量换气的产生。如果呼吸频率被控制器预定为目标值，则是特别有利的。作为控制器可理解为配有至少一台微处理器或例如包括一台计算机的设备。通过该控制器或其处理器可从预先规定的呼吸频率确定每个吸气循环和呼气循环的持续时间，在阀装置上测出它在打开状态的持续时间，并将相应的测量值传送到控制器。通过吸气或呼气过程的算出的循环时间与阀装置的打开持续时间进行比较，确定一个比值，并与一个预先给定的存储值进行比较。这个预先给定的存储值可从经验曲线查出，这类经验曲线是在呼吸空气的二氧化碳含量大致不变的情况下求出的。如果算出的比值与存储的和预先给定的值不一致，则控制器通过一个显示装置产生一个校正值和/或报警显示，使用训练机的人则必须使其呼吸过程与控制器预先给定的值匹配。对被训练的人平均而言，吸气或呼气过程的算出的循环时间和阀装置的打开持续时间之间的比例大致定为2∶1，证明是有利的。如果为了阀体在阀装置上的定位而在阀装置上使用可调节或可控制的产生力的装置，则可得出另一个优点，即呼吸过程的校正也可通过阀装置的打开时间的调节来实现。这时阀装置要求的打开时间在控制器上预先给定，该控制器对产生力的装置产生相应的控制脉冲。这些控制脉冲的功能是，使产生力的装置实施阀装置的相应的打开和关闭过程，此时的这些打开和关闭过程只部分地或完全不再影响呼吸空气通道中的过压或负压。为了保证正确的呼吸数据，这种训练机和相应的控制预定数据应在内行的监督下使用。

下面结合附图所示的一些实施例来详细说明本发明。附图表示：

图1本发明呼吸功能训练机和所属控制器的总视图；

图2通过带活塞阀的训练机的呼吸空气通道剖开的纵剖面图；

图3活塞阀的阀体的透视图；

图4通过训练机的呼吸空气通道剖开的一个横截面；

图5示意画出的阀装置的一个横截面，该阀装置带有弹簧作为产生力的装置；

图6通过带有两个活塞阀的呼吸空气通道的示意图剖开的一个横截面。

图1表示呼吸功能训练机的总视图，该机主要由一个外壳1、一个插入这个外壳1的呼吸空气通道2、一个气嘴3组成，该气嘴通过一根连接管8连通该空气通道和一个空气袋5。该训练机通过一根电缆或数据传输线13与一个控制器14连接。在所示例子中，控制器14包括一个微处理器和数据存储器，但它们也可以是与该控制器连接的、便携式或固定式计算机的一部分。外壳1具有一个手柄7，用该手柄可用手按需要的和要求的方式握住训练机。在使用训练机时，将气嘴3插入使用该机来进行训练或治疗的人的口中，并在通过鼻子的呼吸道关闭后，完全通过训练机进行呼吸。这时呼吸空气通过连接管8流入呼吸空气通道2。呼吸空气通道2呈Y形分成两个通道，其中一个分支管9通到空气袋5，而原来的呼吸空气通道2则通到呼吸空气或新鲜空气的入口和出口4。在呼吸空气通道2中，设置了一个阀装置6，该装置将在图2至4中进行详细说明。空气袋5通过一个连接元件12与分支管9可拆卸连接，而且空气袋5可配置不同的容积，视被训练的人的肺活量而定。在使用用一个呼气过程开始一个呼吸循环时，阀装置6首先关闭入口和出口4，于是软的空气袋5首先充满呼出的空气。一旦气袋5充满后，呼吸空气通道2产生一个过压力，阀装置6打开到进/出口4的呼吸空气流量，于是呼出空气的剩余部分便通过这个出口4流到大气中去。在紧急着的吸气过程中，阀装置6首先重新关闭，所以空气袋5中的呼吸空气首先又被重新吸入。一旦空气袋5排空，在连接管8和在呼吸空气通道2的一部分中产生一个负压，该负压打开阀装置6。在剩余的吸气循环时，通过入口4吸入新鲜空气。对每个呼吸循环来说，依次周期地重复这些过程。这些过程和由此达到的训练或治疗效果在作为先有技术公开的国际专利申请WO 9917842中进行了详细说明，并在苏黎士自然研究公司的季刊(1997)142/4，153～159页进行了描述。为了正确实施要求的训练或治疗过程，通过控制器14及其输入单元15预先给定每分钟的呼吸频率。由被训练的人有效实施的呼吸过程在所示例子中显示在一个显示元件17上，并在设计成显示器的第二个显示元件16上显示出语言说明例如说明正确或错误。在被训练人的呼吸过程中，如果超出预定值的容许误差，则控制器14或其显示元件16、17显示出报警信号。为了保证训练机的正确工作，必须首先按公知的方式确定被训练人或被治疗人的肺活量。然后可用计算方法或查表确定所用空气袋5的容积和该人应呼吸的呼吸频率。并对相关的训练状态和要求的训练过程进行考虑。在正常训练过程中，空气袋5具有按0.5升分级的容积为0.5升至3.5升。这样，对一个经过良好训练的男人来说例如可达到如下的数据：肺活量被确定为5升，从而得出空气袋5的容积为肺活量的50％即2.5升。每分钟呼吸体积例如为150升，视身高和体重而定。这样算出的呼吸频率为20至24循环/分之间。

图2表示通过外壳1的上部区域和插入其中的呼吸空气通道2和阀装置6的一个纵断面。根据本发明，该阀装置为一个活塞阀6，与公知的阀比较，该阀具有明显的优点。呼吸空气通道2可拆卸地插入外壳1中并用连接元件10和端封元件11可拆卸地固定在外壳1中。连接元件10布置在气嘴3的连接管8所在的一侧上。在呼吸空气通道2上设置有外螺纹18，而连接元件10则设置有内螺纹44。连接管8通过一个同时构成一个固定凸肩的密封环19借助连接元件10与呼吸空气通道2连接。呼吸空气通道2呈Y形并具有一个空气通流空间26和一个从它分出的流动通道30。如前所述，气流通道30通向空气袋5，该空气袋通过连接元件10与呼吸空气通道2的支管9连接。活塞阀6布置在气流通道30的分支后面离连接管8的呼吸空气通道2的部分中。这个活塞6由一个构成呼吸空气通道2的一个整体部分的壳体22组成。在壳体22范围内的空气通流空间26的外壳上设置有一个密封面27，该密封面在气流轴线28的方向内只延伸一小段，在所示例子中例如延伸9毫米，其中，空气通流空间26的直径在密封位置的区域内大约为23毫米。在密封面27前后，空气通流空间26具有一个比密封区大的横截面。阀体23在壳体22范围内插入空气通注空间26中。该阀体具有一个活塞24和一个导向件25以及46。阀体23在呼吸空气通道2的空气通流空间26中进行滑动导向运动并可在箭头31的方向内自由运动。在空气通流空间26中，该阀体在箭头31方向内或在气流轴线28方向内的运动通过图4中所示的终端止挡42、43来限定。阀体23的装入和拆卸在呼吸空气通道2设置有入口/出口4的一侧上进行。为此，在呼吸空气通道2的这个端部范围设置有外螺纹20，该外螺纹与端封元件11上的内螺纹45共同作用。在图2所示例子中，在活塞阀6的范围内，空气通流空间26的气流轴线28与呼吸空气通道2的纵轴线36重合。通过取掉连接元件10和端封元件11以及连接元件12即可用简单的方式把训练机的各部分相互拆开。呼吸空气通道2造型简单，没有不便或不能清洁的复杂形状。阀体23造型也很简单，可进行最佳清洁。还有与呼吸空气接触的其他元件即气嘴3、连接管8和例如端封元件11也是如此。全部这些元件可用一种在需要时可进行消毒的材料制成。阀体23的安装和拆卸可用最简便的方式进行，因为它与壳体22或呼吸空气通道2没有直接的机械连接。这就大大地简化了训练机的清洁和使用。每个使用本发明训练机的人也可根据各人情况配置那些被呼吸空气污染的专用元件。

外壳1和控制器14可被不同的人即多人使用，因为它们没有和呼吸空气接触。在正常情况下，进行表面清洁即可。本发明的这种解决方案可实现这类呼吸训练机的经济的使用，特别是对多个不同的人依次进行治疗的使用场合，在呼吸训练机的每次重新使用时，可用简单的方式更换与呼吸空气接触的全部零件，于是机器便可立即重新投入使用。

图3表示本发明的阀体23，该阀体是活塞阀6的组成部分。导向件25连接在活塞24上，而导向件46则连接在对应一侧上。这两个导向件25和46主要由4个对称布置的肋组成，在这些肋之间设置有空气通道47、48。在离活塞24的导向件25的端部41内，导向件25具有一个比活塞24大的直径。在活塞24和端部41之间，导向件25的肋的直径减小并构成定位面49。导向件46的肋的直径也相对于活塞24减小。

图4表示沿图2的轴36剖开的呼吸空气通道2的一个横截面。在此图中画出了产生力的装置29，该装置使阀体23保持在密封位置或确定活塞阀6的打开力并布置在壳体22的范围内。在所示例子中，产生力的装置29由磁性元件组成。其中阀体23具有一个用磁性材料制成的元件32，并在阀6的壳体22的范围内布置了两个用一种磁性材料制成的元件34。在阀体23的密封位置中，磁性元件32、34定位在相对于空气通流空间26的气流轴线28的一个共同的径向平面35内。这两个元件34是永久磁铁，即用一种硬磁材料制成的磁性元件。阀体23的磁性元件382也由一个永久磁铁构成，即用一种硬磁材料制成。磁性元件32和34的轴线大致平等于气流轴线28延伸，且极性配置相同对准。两个磁性元件34对称于气流轴线28布置在外壳1中并碰到活塞阀6的壳体22上。通过这两个磁性元件34产生的磁场使活塞24或阀体23的磁性元件32大致定位在平面35中，并由此使阀体23保持在密封位置。作用的磁力按公知的方式是这样确定的，即阀体23首先在一个要求的负压或过压时从密封位置在箭头31的方向内偏转。但在外壳1或活塞阀6的壳体22的范围内，也可不用永久磁铁34，而用通过电流启动的电磁铁。相应的供电和控制信号的输入由控制器14通过电缆13和外壳1中未画出的其他连接线来实现。这种结构可改变打开阀时的打开力，这例如适用于力的训练。但还有这样的优点，即控制器可影响和控制打开时间。这在训练机的专业性的应用时是需要的。另一种实施方案是，在阀体23中，该磁性元件由一个永久磁铁32构成，而在外壳1中，磁性元件则由一种软磁材料例如铁构成，其中最好用环形元件。反过来也可获得同样的配制，即阀体23中的磁性元件32用软磁材料例如铁制成，而壳体22范围内的两个磁性元件34则用一种硬磁材料即用永久磁铁制成。全部这些配置都能满足本发明要求的功能。在活塞24和壳体22上的密封面27之间的密封位置的两侧，在外壳1中，离密封平面35一定的距离布置了两个传感器37、38。在图4例子中，这两个传感器为霍耳传感器，用它们可确定在阀体23或其磁性元件32移动时产生的磁场的变化。相同的功能也可用舌簧传感器、光学传感器或压力传感器来测定。用这些传感器37或38确定阀体23是否位于新鲜空气吸入的打开位置或位于呼吸空气通过出口4排出的打开位置。经入口4流入的新鲜空气的打开位置通过密封面27端部的一个止挡和导向件25的肋上的一个止挡49来确定。这个打开位置和打开的持续时间通过传感器37进行探测。消耗的空气通过出口4排出时阀体23的打开位置由导向件25的终端区域41和端封元件11构成的一个终端止挡43的内表面来确定。这个打开位置配置了一个传感器38，该传感器确定打开状态和打开时间。在从密封位置沿箭头31的方向运动到相应的打开位置时，阀体23在空气通流空间26内滑动，这种滑动运动只产生很少的摩擦损失。本发明的这种布置方式具有这样的优点，即阀体23从密封位置偏转到打开位置所需的力不是该阀体偏转越大所需的力就逐渐增加，而是这种力或者保持不变或者减小。由此产生的优点在于，在密封位置的保持力超出时，阀体23立即完全偏转到打开位置并由此打开空气的整个通流截面。这样，就可按足够精确的方式确定活塞阀6打开时间内的空气通流量，而且不需要附加的传感器来测定空气的二氧化碳含量。

图5主要表示呼吸空气通道2和活塞阀6的示意图。其中没有画出外壳1和其他附件。在这里，活塞阀6的壳体22也是呼吸空气通道2的整体组成部分。壳体22具有密封面27，并在阀体23上相应地布置活塞24。阀体23和密封面27的形状与图3和2所示实施例的相当。但在这个实施例中，产生力的装置29不是由磁性元件构成，而是由两个螺旋弹簧39和40构成。这两个螺旋弹簧39和40的力使阀体23保持在密封位置内，并可在两个箭头31的方向内偏转。这样，就获得了如图1至4相同的工作原理。这个实施例可用于这样一些场合：希望使用尽可能价廉的训练机，而且阀体23上的打开力也容许逐渐增加，亦即容许训练机具有较小的工作精度。尽管如此，但仍保留了本发明活塞阀的诸多优点。

本发明的训练机也可配置两个活塞阀6′和6″，如图6示意图所示。这时呼吸空气通道2′具有两个侧向分支的管段50、51，这两个管段在其外端具有一个进气口52或一个出气口53。呼吸空气通道2也有一个通到空气袋5的分支管9。在两个管段50、51中，分别设置了一个阀体23，其结构与图3所示的阀体相当。这两个阀体23具有一个活塞24，在该活塞内安装一个永久磁铁32形式的磁性元件。在管段50、51的内壁上设置有所需的密封面27′，该密封面与活塞24共同作用。在这个密封面27′的区域内，分别安装两个永久磁铁34形式的径向对置的磁性元件。在这个实施例中，两个阀体只能在一个方向从密封位置偏转到一个打开位置。

管段50中的阀6″具有这样的功能，即可通过入气口52吸入新鲜空气。阀体23的打开位置通过传感器37来确定，该传感器也测定打开时间。与之比较，管段51中的阀6′则只具有这样的功能，即在空气袋5装满时，通过出口53排出消耗过的空气。在这里，阀体23的打开位置和打开时间也是通过传感器38来确定的。具有两个活塞阀6′和6″的这种方案可对新鲜空气吸入的打开时间点或对呼吸空气流入大气的打开时间点确定不同的打开力。这适用于一定的训练和/或治疗目标并具有重要的意义。

对本发明呼吸训练机供入新鲜空气的监控方法来说，部分是采用对被测试人进行的一系列试验求出的基本数据。特别是肺活量是因人而异的，而呼吸极限值则是与人和其性别有关的。在用计算方法确定一个人的呼吸频率时，需要下列的预定数据。首先按公知的方式测定肺活量(V_c)。空气袋5的容积规定为该肺活量的50％。附加地确定呼吸极限值(MVV)，即按下式计算：

男人：MVV＝(1.193×身高)-(0.816×年龄)-37.949

女人：MVV＝(0.842×身高)-(0.685×年龄)-4.868

其中，身高按厘米计算，年龄按年计算。

对耐力训练建议用每分钟呼吸体积(AMV)，它为呼吸极限值(MVV)的60％。

呼吸频率(1/分)按下式计算：

呼吸频率＝AMV/1.5×空气袋容积

如果在这些数值的范围内进行训练，则可保证被训练的人的呼吸空气中不合有过多的二氧化碳或过少的二氧化碳。在公式中使用的匹配常数取决于呼吸空气中二氧化碳含量的极限值的规定。这些公式的表值适用于健康的平均人群。对未经训练的人、别的人群或例如病人则需要单独的说明和适配。

Claims (22)

1.呼吸功能的训练机，包括一个气嘴(3)、一个连接在气嘴(3)上的带有一个空气进/出口(4)的呼吸空气通道(2)、一个与呼吸空气通道(2)连接的软的空气袋(5)和一个用来分别调节从呼吸空气通道(2)排出的消耗空气的排出量以及流入呼吸空气通道(2)的新鲜空气的流入量的阀装置(6)，其特征为，该阀装置包括至少一个活塞阀(6)，这个活塞阀(6)具有一个壳体部分(22)，该壳体部分包括一个空气通流空间(26)和一个设置在这个空气通流空间(26)的壁上的密封面(27)，在壳体部分(22)的空气通流空间(26)中设置了一个阀体(23)，这个阀体(23)在空气通流空间(26)内进行滑动导向运动并可在空气气流轴线(28)的方向内在空气通流空间(26)内从一个密封位置自由移动到一个至少空气通流空间(26)的部分横截面是打开的位置，这个阀体(23)具有一个带一个外密封区的活塞(24)和一个在空气通流空间(26)中用来进行滑动导向的导向元件(25)，其中活塞(24)的这个密封区在阀体(23)的密封位置内与空气通流空间(26)壁上的密封面(27)共同作用并封闭空气通流空间(26)的横截面，并在这个密封位置内设置有阀体(23)定位用的产生力的装置(29)。

2.按权利要求1的训练机，其特征为，产生力的装置(29)为磁性元件，阀体(23)包括至少一个用磁性材料制成的元件(32)，并在阀(6)的壳体部分(22)的区域内设置了至少一个用来产生磁场的元件(33)或至少一个用磁性材料制成的元件(34)，在阀体(23)的密封位置内，这些元件(32、33/34)大致位于一个相对于空气通流空间(26)的气流轴线(28)的共同的径向平面(35)内。

3.按权利要求2的训练机，其特征为，在活塞阀(6)的壳体部分(22)中用来产生磁场的元件为一个永久磁铁(34)或电磁铁(33)。

4.按权利要求2的训练机，其特征为，阀体(23)中用磁性材料制成的元件(32)由一种硬磁材料例如一个永久磁铁制成，并在活塞阀(6)的壳体部分(22)中设置了一个用软磁材料例如铁制成的环形元件(34)。

5.按权利要求2的训练机，其特征为，阀体(23)中用磁性材料制成的元件(32)由一种软磁材料例如铁制成，而活塞阀(6)的壳体部分(22)中用磁性材料制成的元件(34)则由一种硬磁材料例如一个永久磁铁制成。

6.按权利要求2的训练机，其特征为，阀体(23)中用磁性材料制成的元件(32)和活塞阀(6)的壳体部分(22)中用磁性材料制成的元件(34)由一种硬磁材料例如一个永久磁铁制成。

7.按权利要求2的训练机，其特征为，在阀(6)的壳体部分(22)中至少安装了两个用硬磁材料制成的元件(34)尤其是永久磁铁，而且这两个元件(34)对称于空气通流空间(26)的纵轴线布置。

8.按权利要求1的训练机，其特征为，活塞阀(6)的壳体部分(22)整体集成在呼吸空气通道(2)中，空气通流空间(26)的气流轴线(28)大致在呼吸空气通道(2)的纵轴线(36)的方向内延伸，而这个呼吸空气通道(2)则可拆卸地保持在一个外壳(1)中。

9.按权利要求8的训练机，其特征为，呼吸空气通道(2)和活塞阀(6)的壳体部分(22)以及阀体(23)都用一种可经受消毒过程的材料制成。

10.按权利要求1至9任一项的训练机，其特征为，用磁性材料制成的元件(34)或活塞阀(6)的壳体部分(22)对应的用来产生磁场的元件(33)以及测定阀体(23)的位置用的传感器(37、38)布置在一个外壳(1)中，且呼吸空气通道(2)和活塞阀(6)的壳体部分(22)与阀体(23)可拆卸地插入并固定在这个外壳(1)中。

11.按权利要求1至9任一项的训练机，其特征为，产生力的装置(33、34)可在阀(6)的壳体部分(22)的范围内进行更换，而且装置(33、34)可用来产生不同的力。

12.按权利要求1的训练机，其特征为，产生力的装置(39)为弹性元件(39、40)，而且至少一个这种弹性元件(40)一方面与阀体(23)的一个端部区域(41)连接，另一方面又与活塞阀(6)的壳体部分(22)连接。

13.按权利要求2或12的训练机，其特征为，该阀装置具有两个平行动作的活塞阀(6′，6″)，其中第一个活塞阀(6′)用来控制从呼吸空气通道(2′)流出的消耗空气的流出量，而第二个活塞阀(6″)则用来控制新鲜空气流入呼吸空气通道(2′)的流入量。

14.按权利要求1至7或12任一项的训练机，其特征为，阀体(23)在空气通流空间(26)内的移动行程通过两个终端止挡(42，43)来限定，这两个终端止挡(42，43)在气流轴线(28)的方向内到壳体部分(22)中的阀体(23)的密封位置分别具有一个规定的距离，且第一止挡(43)确定消耗的空气从呼吸空气通道(2)流出时活塞阀(6)的打开位置，而第二止挡(41)则确定新鲜空气流入呼吸空气通道(2)时活塞阀(6)的打开位置。

15.按权利要求1至7或12或13任一项的训练机，其特征为，在活塞阀(6)的壳体部分(22)和阀体(22)的活塞(24)的移动范围内，至少设置了一个传感器(37，38)来确定空气通流空间(26)中的阀体(22)的位置。

16.按权利要求15的训练机，其特征为，在壳体部分(22)中，在阀体(23)的密封位置的两侧分别安装了一个霍耳传感器(37，38)，这两个霍耳传感器(37，38)由于阀体(23)在空气通流通道(26)的气流轴线(28)方向内的运动引起磁场变化而产生信号。

17.按权利要求15的训练机，其特征为，传感器(37，38)与一个测量值接收器连接，而这个测量值接受器则通过一个接口和一条数据传输线(13)与一个控制器(14)连接。

18.按权利要求17的训练机，其特征为，控制器(14)具有一个呼吸训练的目标数据输入单元(15)、一个微处理器、一个数据存储器和至少一个控制-检验信息的显示元件(16，17)。

19.按权利要求2的训练机，其特征为，在活塞阀(6)的壳体部分(22)的范围内产生磁场的元件是一个电磁铁(33)，这个电磁铁(33)可通过一个控制器(14)接通和断开。

20.按权利要求1所述的呼吸功能训练机在被训练人使用时的新鲜空气供入的监控方法，在吸气时首先从空气袋(5)吸取一部分空气体积，紧接着在排空袋(5)时，通过一个阀装置(6)从大气供入一部分空气体积，而在呼气时，则一部分空气体积首先供入空气袋(5)并存储其中，在该袋充满后，呼出的空气的一部分通过阀装置(6)排到大气中去，并在接受训练之前，因人而异地确定空气袋容积和算出因人而异的呼吸频率，这个呼吸频率通过输入单元(15)作为目标值预先给定在控制器(14)即处理器中，其特征为，该处理器确定一个吸气或呼气循环的持续时间、测量每个吸气和呼气循环时阀装置(6)打开状态的持续时间并作为测量值传送到该处理器、确定吸气或呼气过程的计算的循环持续时间与阀装置(6)打开持续时间之间的比例并与一个因人而异的预定存储值进行比较，在测量的值与存储的值不一致时，由该处理器通过一个显示装置(16)产生一个校正显示和/或报警显示，并由此达到呼吸空气中的二氧化碳含量大致保持不变。

21.按权利要求20的方法，其特征为，吸气或呼气过程的计算循环持续时间与阀装置(6)的打开持续时间之间的比值大致规定为2∶1。

22.按权利要求20或21的方法，其特征为，给定阀装置(6)的打开时间、控制器(14)产生相应的控制脉冲，并作为这些控制脉冲的功能在阀装置(6)上的可控的装置(33)实施阀(6)的打开和关闭过程。

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