DE102005023393A1

DE102005023393A1 - Druckluft-Atemgerät

Info

Publication number: DE102005023393A1
Application number: DE102005023393A
Authority: DE
Inventors: Hans Matthiessen; Kai Dr. Kück
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005023393B4; US20060260612A1; GB2426203A; US7578293B2; GB0609806D0; GB2426203B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckluft-Atemgerät mit einer verlängerten Betriebsdauer durch Rückatmung mit DOLLAR A a) einem Druckluftvorrat (1) mit einem angeschlossenen Lungenautomaten (2), wobei der Lungenautomat (2) verbunden ist mit DOLLAR A b) einem reversiblen Atemgasreservoir (4) mit einstellbarem Volumen, DOLLAR A c) einer Rückatemleitung (25) für den Geräteträger mit einem Exspirationsventil (88), wobei die Rückatemleitung (25) mit dem Atemgasreservoir (4) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckluft-Atemgerät gemäß Anspruch 1.

Nachteilig bei den bisher als Rettungs- oder Fluchtgeräte verwendeten kompakten Druckluft-Atemgeräten ist die Tatsache, dass von dem vom Atemgeräteträger am Körper transportierten Druckluft-Atemvorrat nicht nur fast 80 Vol. % inerte Gase mitgeschleppt werden, sondern auch, dass nur wenige Vol. % des eingeatmeten Sauerstoffs physiologisch verwertet werden und der Rest beim Ausatmen in die Umgebung abgeblasen wird. Andererseits ist es bei Druckluft-Atemgeräten vorteilhaft, dass keine besondere Logistik und zusätzliche Gerätekomponenten erforderlich sind, wie dies bei Kreislaufatemgeräten mit CO₂-Absorbern bekannt ist, die dementsprechend auch preislich höher angesiedelt sind. Speziell bei Rettungs- und Fluchtgeräten wäre es vorteilhaft, wenn entweder die Betriebszeit mit jeweils einer vorgegebenen Druckluftflasche verlängert, das heißt die Ausnutzung eines gegebenen Druckluftvorrates verbessert werden könnte oder bei vorgegebener Einsatzzeit durch Reduzierung der Flaschengröße das Gerät Leichter und handlicher gestaltet werden kann.

Rettungs- und Fluchtgeräte werden direkt am Körper getragen und sollen daher im Allgemeinen relativ leicht und handlich sein, so dass sie deshalb besonders gut für den angegebenen Verwendungszweck geeignet sind.

Aus der GB 2 274 249 A ist ein Druckluft-Atemgerät bekannt, das auch als Rettungsgerät eingesetzt werden soll. Hier strömt die Druckluft aus einer Druckluftflasche über einen Auslass mit einem konstanten Gasvolumenstrom in ein Atemgasreservoir, aus dem der Geräteträger über ein Mundstück einatmet und in das er auch wieder ausatmet. Über ein bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks im Atemgasreservoir öffnendes Exspirationsventil wird mit CO₂ angereichertes Atemgas an die Umgebung abgegeben, während aus der Druckluftflasche fortlaufend konstant Druckluft nachströmt.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, dass bei geringer bis mäßiger körperlicher Belastung des Geräteträgers ihm durch die konstant nachströmende Druckluft zu viel frisches Atemgas zur Verfügung gestellt wird, jedenfalls mehr, als physiologisch gebraucht wird, wohingegen bei stärkerer körperlicher Belastung ein gegebenenfalls wesentlich höheres Ausatemvolumen in das Atemgasreservoir mit einer erhöhten CO₂-Konzentration gelangt, so dass die mittlere CO₂-Konzentration des Einatemgases unerwünscht hoch werden kann. Eine Erhöhung in der Einstellung des konstanten Gasvolumenstroms in das Atemgasreservoir verkürzt aber die gewünschte längere Einsatzzeit des Atemgerätes. Eine effiziente Anreicherung mit CO₂ der in die Umgebung abgegebenen Ausatemluft aus der tiefen Lunge wird mit dem bekannten Atemgerät ebenfalls nicht erreicht.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Druckluft-Atemgerätes mit einer verbesserten Ausnutzung des Druckluftvorrates bei einem der individuellen körperlichen Situation des Geräteträgers proportionalen Verbrauch der Druckluft aus dem Druckluftvorrat.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Ein wesentlicher Vorteil des Druckluft-Atemgeräts nach Anspruch 1 besteht darin, dass mittels der Einstellung des Volumens des reversiblen Atemgasreservoirs eine Optimierung des rückgeatmeten Atemgases mit einer möglichst angepassten mittleren CO₂-Konzentration in Abhängigkeit von den individuellen körperlichen Bedingungen des Geräteträgers möglich ist.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Druckluft-Atemgeräts nach Anspruch 1 an.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe der schematischen Figuren erläutert.
Es zeigen
1 eine erste einfache Ausführung eines Druckluft-Atemgeräts,
2 eine zweite Ausführung eines Druck luft-Atemgeräts mit einer elektrischen Einstellung des Atemgasreservoirs und
3 eine dritte Ausführung eines Druckluft-Atemgeräts.
Die Anordnung nach 1 mit dem rechts dargestellten Geräteträger weist einen Druckluftvorrat 1 auf mit einem Lungenautomaten 2 und mit einem zwischengeschalteten Druckminderer 3, wobei der Lungenautomat 2 mit einem reversiblen Atemgasreservoir 4 verbunden ist. Das reversible Atemgasreservoir 4 ist beispielsweise in Form eines Atembalgs, eines Zylinders, eines Beutels oder auch eines Schlauches ausgebildet.
Der Anschlag 41 dient hier für die manuelle Einstellung des Volumens des Atemgasreservoirs 4 entsprechend der individuellen körperlichen Situation des Geräteträgers wie nachfolgend erläutert: Die Rückatemleitung 25 für den Geräteträger wird beispielsweise mittels eines Mundstücks 23 oder alternativ über eine nicht dargestellte Maske bedient und ist ebenfalls mit dem Atemgasreservoir 4 verbunden. Das Exspirationsventil 88 ist vorzugsweise in der Nähe des Mundstücks 23 beziehungsweise der Maske in der Rückatemleitung 25 und öffnet bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks in der Rückatemleitung 25 zur Umgebung.
Der Ablauf der Atmung des Geräteträgers über das Druckluft-Atemgerät verläuft so, dass sich beim Einatmen der Lungenautomat 2 erst öffnet, wenn das Atemgasreservoir 4 vollständig geleert ist. Der Geräteträger atmet jetzt aus dem Lungenautomaten 2 ein. Beim Ausatmen schiebt der Geräteträger das Totraum- und angeschlossene, relativ CO₂-arme Bronchialvolumen soweit in die Rückatemleitung 25 zurück, bis das Atemgasreservoir 4 am einstellbaren Anschlag 41 anschlägt und aufgrund des sich aufbauenden Überdrucks das Exspirationsventil 88 öffnet. In die Umgebung wird nachfolgend tiefe Lungenluft mit hoher CO₂-Konzentration abgeatmet. Bei der darauf folgenden Einatmung wird zunächst aus der Rückatemleitung 25 und dem angeschlossenen Atemgasreservoir 4 relativ CO₂-arme Luft aus dem angeschlossenen Bronchialvolumen und dem Totraum des vorherigen Atemzugs eingeatmet, bis das Atemgasreservoir 4 wieder geleert ist, dann wird Frischluft über den Lungenautomaten 2 eingeatmet und so weiter. Das Volumen des Atemgasreservoirs 4 wird mechanisch individuell so für den Geräteträger eingestellt, dass sich eine hohe CO₂-Ventilation bei einer gleichzeitig für Rettungszwecke zulässigen mittleren CO₂-Konzentration der Einatemluft von beispielsweise 1,5 Vol. % ergibt.
Alternativ ist eine Volumen-Einstellung für bei der Arbeit verwendbare Druckluft-Atemgeräte möglich, so dass nur soviel Volumen zurückgeatmet wird, dass für die mittlere Einatemkonzentration ein vorgeschriebener Wert für die maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration von beispielsweise 0,5 Vol. % für CO₂ nicht überschritten wird.
Da die manuelle Einstellung des am Besten geeigneten Volumens des Atemgasreservoirs 4 für eine angemessene Rückatmung des Geräteträgers nicht exakt möglich ist, ist es vorteilhaft, eine sensorgesteuerte Regelung des Ausdehnungsvolumens des Atemgasreservoirs 4 vorzusehen, wie in den 2 und 3 dargestellt.
In 2 ist ein kombinierter Sensor 12 für die CO₂-Konzentration und den Atemgasvolumenstrom in der Rückatemleitung 25 am oder beim Mundstück 23 des Geräteträgers vorgesehen. Der atemzugaufgelöste CO₂-Volumenstrom wird erfasst und das Volumen des Atemgasreservoirs 4 für die Rückatmung über eine Steuereinheit 32 und einen zugeordneten Stellmotor 42 für den Anschlag am Atemgasreservoir 4 automatisch so eingeregelt, dass sich im Mittel eine CO₂-Konzentration in der Einatemluft in einer vorgegebenen Höhe von beispielsweise 1,5 bzw. 0,5 Vol. % ergibt. Der Stellmotor 42 wirkt auf einen Schneckentrieb zur Abstandseinstellung.
3 zeigt eine Anordnung ohne den kombinierten Sensor 12 in 2, wenn dieser aufgrund der zu leistenden Atemarbeit hinderlich ist und wenn aufgrund des erforderlichen Strombedarfs und des Gewichts darauf verzichtet werden soll. In der Anordnung gemäß 3 erfolgt die Abtastung der Bewegung des Atemgasreservoirs 4 optoelektronisch für die Ermittlung des Atemgasvolumenstroms zu Beginn der Einatmung und zu Beginn der Ausatmung.
In 3 wird eine LED 51 mittels einer Photodiodenanordnung 50 entsprechend der Bewegung des Atemgasreservoirs 4 verfolgt. Alternativ kann ein Weg- oder Drehgeber 43 an der Achse des Atemgasreservoirs 4 verwendet werden, welcher optisch oder potentiometrisch ausgebildet ist.
Der verwendete CO₂-Sensor 122 für die durch die Ein- und Ausatmung erfolgende Modulation der CO₂-Konzentration ist ein einfacher, vorzugsweise infrarotoptischer Sensor ohne Nullreferenzsignal.
Insgesamt wird mit einer relativ einfachen Anordnung mit einem einfachen Infrarotsensor zusammen mit einer Einrichtung für die Abtastung der Bewegungen des Atemgasreservoirs 4, einer elektronischen Steuereinheit 32 und einem Stellmotor 42 die automatische Regelung der Rückatmung in Bezug auf phyiologisch optimale Bedingungen möglich.

Claims

Druckluft-Atemgerät mit a) einem Druckluftvorrat (1) mit einem angeschlossenen Lungenautomaten (2), wobei der Lungenautomat (2) verbunden ist mit b) einem reversiblen Atemgasreservoir (4) mit einstellbarem Volumen, c) einer Rückatemleitung (25) für den Geräteträger mit einem Exspirationsventil (88), wobei die Rückatemleitung (25) mit dem Atemgasreservoir (4) verbunden ist.
Druckluft-Atemgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Atemgasreservoirs (4) mittels eines Stellmotors (42) oder eines Anschlags (41) eingestellt ist.
Druckluft-Atemgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückatemleitung (25) ein kombinierter Sensor (12) für die CO₂-Konzentration und den Atemgasvolumenstrom angeordnet ist, welcher mit einer Steuereinheit (32) und dem nachgeschalteten Stellmotor (42) derart verbunden ist, dass in Abhängigkeit vom mittels des Sensors (12) erfassten atemzugaufgelösten CO₂-Volumenstrom das Volumen für die Rückatmung aus dem Atemgasreservoir (4) über den Stellmotor (42) so geregelt ist, dass sich im Mittel eine in der Steuereinheit (32) hinterlegte CO₂-Konzentration für die Rückatmung ergibt.
Druckluft-Atemgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückatemleitung (25) ein CO₂-Sensor (122) angeordnet ist, welcher über eine Steuereinheit (32) mit dem nachgeschalteten Stellmotor (42) verbunden ist und dass die Steuereinheit (32) mit einer optoelektronischen Registriereinrichtung (50, 51) für die Erfassung der Bewegung des rever siblen Atemgasreseivoirs (4) verbunden ist, so dass in Abhängigkeit von der gemessenen CO₂-Konzentration und der Bewegung des Atemgasreservoirs (4) der Stellmotor (42) für die Einstellung der Rückatmung über das Volumen des Atemgasreservoirs (4) betätigt wird.
Druckluft-Atemgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückatemleitung (25) ein CO₂-Sensor (122) angeordnet ist, welcher über eine Steuereinheit (32) mit dem nachgeschalteten Stellmotor (42) verbunden ist und dass die Steuereinheit (32) mit einem Weg- oder Drehgeber (43) für die Erfassung der Bewegung des reversiblen Atemgasreservoirs (4) verbunden ist, so dass in Abhängigkeit von der gemessenen CO₂-Konzentration und der Bewegung des Atemgasreservoirs (4) der Stellmotor (42) für die Einstellung der Rückatmung über das Volumen des Atemgasreservoirs (4) betätigt wird.