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Die Erfindung betrifft ein Richtungsventil für ein Atemschutzprodukt.
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Ein Richtungsventil der genannten Art in Form eines Ausatemventils an einer Atemschutzmaske ist aus der
DE 10 27 518 bekannt. Das Richtungsventil besteht aus einem Ventilunterteil mit einem Ventilsitz und einem mittig durch einen Steg gehaltenen Verschlusselement. Um die bei der Verformung des Verschlusselementes auftretenden Querkräfte zu begrenzen, ist das Verschlusselement kegelstumpfartig ausgeführt und besitzt stufenartig gegeneinander versetzte, scheibenförmige Abschnitte. Nachteilig bei dem bekannten Richtungsventil ist, dass in Durchströmungsrichtung durch das Verschlusselement nur ein Teil der Querschnittsfläche freigegeben wird und, sofern sich das Richtungsventil innerhalb eines Atemschlauches befindet, das Atemgas durch das Verschlusselement zur Schlauchwandung hin umgelenkt wird, was den Durchströmungswiderstand erhöht. Bei dem Einsatz von Richtungsventilen in Kreislaufatemschutzgeräten werden niedrige Durchströmungswiderstände gefordert, um die Atemanstrengung des Geräteträgers auf ein Mindestmaß zu begrenzen.
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Kreislaufatemschutzgeräte versorgen einen Geräteträger mit Atemgas, wenn Arbeiten in einer Umgebungsatmosphäre mit Schadgasen durchgeführt werden müssen. Innerhalb des Kreislaufatemschutzgerätes wird das Atemgas im Kreislauf geführt, wobei ausgeatmetes Kohlendioxid entfernt und verbrauchtes Atemgas ersetzt wird. Um einen gerichteten Atemgastransport innerhalb des Atemkreislaufs zu erreichen, sind Richtungsventile sowohl im Einatemschlauch als auch im Ausatemschlauch vorgesehen. Ein Kreislaufatemschutzgerät der genannten Art geht beispielhaft aus der
DE 39 30 362 C2 hervor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Richtungsventil der genannten Art hinsichtlich eines niedrigen Durchströmungswiderstandes zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Richtungsventil weist zwei an einer Trennlinie aneinander stoßende Ventilscheiben auf, die halbkreisförmig ausgeführt sind, wobei die Trennlinie die Symmetrieachse der Ventilscheiben ist. Die Ventilscheiben bestehen aus dünnem, flexiblem Elastomermaterial und sind jeweils punktförmig in einem ersten Abschnitt an einem ringförmig ausgebildeten Ventilgehäuse befestigt. Die Ventilscheiben überdecken die lichte Querschnittsfläche des Ventilgehäuses. In einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt, der bis zur Trennlinie verläuft, sind die Ventilscheiben frei beweglich. Das Ventilgehäuse besitzt als Anlagefläche für die Ventilscheiben einen längs der Trennlinie verlaufenden Mittelsteg, und zusätzlich sind beidseits des Mittelsteges Stützstege angeordnet. In Sperrrichtung des Richtungsventils liegen die Ventilscheiben auf dem Mittelsteg und den Stützstegen auf, und in Durchlassrichtung werden sie klappenartig durch den Atemgasstrom geöffnet. Sofern das Richtungsventil in einem Atemschlauch angeordnet ist, liegen die Ventilscheiben in Durchlassrichtung an der Innenwandung des Atemschlauches an, und das Atemgas kann durch das Ventilgehäuse frei hindurchströmen, ohne dass der Gasstrom durch die Ventilscheiben umgelenkt oder in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird. Die punktförmige Befestigung der Ventilscheiben im ersten Abschnitt bewirkt zusätzlich, dass sich die Ventilscheiben ohne größere Rückstellkräfte im Atemgasstrom bewegen können.
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Die Ventilscheiben stehen auf dünnem Gummi- oder Elastomermaterial, vorzugsweise aus Silikonkautschuk. Die mittlere Dicke der Ventilscheiben liegt zwischen 0,6 mm und 1,2 mm; eine bevorzugte Dicke ist 0,8 mm. Um eine gute Durchströmung des Ventilgehäuses zu erreichen, liegt dessen lichter Durchmesser zwischen 35 mm und 50 mm, der bevorzugte Durchmesser ist 40 mm. Die Ventilscheiben besitzen eine Shorehärte zwischen 20°Sha bis 30°Sha.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Richtungsventils ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Richtungsventil nach dem Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Richtungsventil,
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3 das Richtungsventil nach der 2 in Durchströmungsrichtung,
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4 das Richtungsventil nach der 2 in Sperrrichtung,
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5 eine Anordnung zum Prüfen einer Atemvorrichtung,
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6 Messkurven für das erfindungsgemäße Richtungsventil und ein Richtungsventil nach dem Stand der Technik, für ein Atem-Minuten-Volumen von 50 Liter,
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7 die Messkurven nach der 6 für ein Atem-Minuten-Volumen von 100 Liter.
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1 zeigt ein erstes Richtungsventil 1 nach dem Stand der Technik im Längsschnitt. Ein erstes Ventilgehäuse 2 ist im Außenbereich 3 mit einem Atemschlauch 4 verbunden. Das Ventilgehäuse 2 besitzt eine plane, mit Bohrungen 5 versehene Auflagefläche 6 für ein Verschlusselement 7, welches an einem mittig angeordneten Steg 8 befestigt ist. Bei der in der 1 veranschaulichten Durchströmungsrichtung des ersten Richtungsventils 1 hebt das Verschlusselement 7 von der Auflagefläche 6 ab, und ein Gasfluss durch die Bohrungen 5 ist möglich. In Sperrrichtung liegt das Verschlusselement 7 auf der Auflagefläche 6 auf und verschließt die Bohrungen 5.
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2 veranschaulicht ein zweites Richtungsventil 10 entsprechend der Erfindung im Längsschnitt. Ein zweites, ringförmiges Ventilgehäuse 11 ist mit dem Atemschlauch 4 verbunden. Am zweiten Ventilgehäuse 11 sind zwei halbkreisförmige Ventilscheiben 12, 13 in der Weise befestigt, dass sie, ausgehend von einem festen Abschnitt 14, 15 am zweiten Ventilgehäuse 11 einen zu einer gemeinsamen Trennlinie 16 verlaufenden, bewegbaren zweiten Abschnitt 17, 18 haben. Das zweite Ventilgehäuse 11 ist mit einem längs der Trennlinie 16 verlaufenden Mittelsteg 19 versehen, der als Ventilsitz für die Ventilscheiben 12, 13 dient, wobei sich beidseits des Mittelsteges 19 zusätzliche Stützstege 20, 21 befinden.
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2 zeigt das zweite Richtungsventil 10 in Durchströmungsrichtung, bei der sich die Ventilscheiben 12, 13 klappenartig von den Stegen 19, 20, 21 abheben. In Sperrrichtung liegen die Ventilscheiben 12, 13 auf den Stegen 19, 20, 21 auf.
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3 zeigt das zweite Richtungsventil entsprechend der 2 in perspektivischer Ansicht in Durchströmungsrichtung. Demgegenüber ist in der 4 die Sperrrichtung des zweiten Richtungsventils veranschaulicht. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 2 versehen. Der Außenbereich 3 des zweiten Ventilgehäuses 11 dient zur Befestigung der Ventilscheiben 12, 13 an den festen Abschnitten 14, 15, während der Innenbereich 23 des zweiten Ventilgehäuses 11 durch die Ventilscheiben 12, 13 abgedeckt ist.
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5 zeigt schematisch eine Anordnung zum Prüfen einer Atemvorrichtung, welche aus einem Kreislaufatemschutzgerät 30 und einer Hubkolbenpumpe 31 besteht. Das Kreislaufatemschutzgerät 30 umfasst einen Einatemschlauch 32 mit einem Einatemventil 33, einen Ausatemschlauch 34 mit einem Ausatemventil 35, eine Regenerationspatrone 36 zur Bindung von Kohlendioxid, einen durch eine Feder 37 belasteten Atembeutel 38 und eine Lungenautomaten 39 mit einer Druckgasquelle 40. Der Einatemschlauch 32 und der Ausatemschlauch 34 sind an einem Atemanschluss 41 miteinander verbunden, und über den Atemanschluss 41 wird die Verbindung zu einem Druckraum 42 der Hubkolbenpumpe 31 hergestellt. Der Druckraum 42 der Hubkolbenpumpe 31 wird durch eine Elastomermembran 43 mit einem Kolben 44 begrenzt, wobei mittels eines Antriebes 45, der über eine Stößelstange 46 mit dem Kolben 44 verbunden ist, Atemhübe erzeugt werden.
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Ein erster Druckaufnehmer 47 erfasst den Differenzdruck ΔP1 über dem Einatemventil 33, und ein zweiter Druckaufnehmer 48 bestimmt den Differenzdruck ΔP2 über dem Ausatemventil 35. Die Druckaufnehmer 47, 48 und der Antrieb 45 sind über Datenleitungen 49, 50, 51 mit einer Steuereinheit 52 verbunden, die den Prüfablauf steuert und Messwerte über eine Anzeigeeinheit 53 ausgibt.
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Der Lungenautomat 39, der beim normalen Geräteeinsatz das verbrauchte Atemgas ersetzt, dient bei der Prüfung nur zur Substitution des durch Leckagen entstandenen Gasverlustes.
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Durch die Feder 37, die auf den Atembeutel 38 drückt, wird innerhalb des Atemkreislaufes des Kreislaufatemschutzgerätes 30 ein gewisser Überdruck erzeugt. Bei der Ausatmung strömt das Atemgas vom Atemanschluss 41 über den Ausatemschlauch 34, das Ausatemventil 35 und die Regenerationspatrone 36 in den Atembeutel 38 als Speichervolumen. Bei der Einatmung gelangt das Atemgas aus dem Atembeutel 38 und das Einatemventil 33 in den Einatemschlauch 32 und zum Atemanschluss 41.
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In der 6 sind Messergebnisse mit Richtungsventilen nach dem Stand der Technik entsprechend 1 und erfindungsgemäßen Richtungsventilen nach der 2 gegenübergestellt. Die Prüfung wurde mit einem Atem-Minuten-Volumen von 50 l durchgeführt, entsprechend 25 Hübe pro Minute mit der Hubkolbenpumpe 31 und einem Hubvolumen VT von 2 l.
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6 zeigt Druckmesskurven für jeweils einen vollständigen Atemzyklus, bestehend aus Einatemhub und Ausatemhub. Auf der Abszisse ist der zeitliche Verlauf des Atemhubes V(t) mit dem Maximalwert VT und auf der Ordinate die gemessenen Druckdifferenzen ΔP1 und ΔP2 dargestellt. Die Messkurven 60 und 61 veranschaulichen die Druckverläufe bei einem Richtungsventil entsprechend der 1. Kurve 60 zeigt dabei den Druckverlauf ΔP1 für das Einatemventil 33 in der Einatemphase und Kurve 61 den Druckverlauf ΔP2 für das Ausatemventil 35 während der Ausatemphase. Während der Einatemphase wird das Atemgas aus dem Atembeutel 38 entnommen, und es muss der Atemwiderstand des Einatemventils 33 überwunden werden, was eine gewisse Einatemanstrengung verursacht. In der Ausatemphase entsprechend Kurve 61 für ΔP2 zeigt sich eine Druckerhöhung, da neben dem Ausatemventil 35 der Widerstand der Regenerationspatrone 36 überwunden werden muss und der Atembeutel 38 gegen die Kraft der Feder 37 gefüllt wird.
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Kurve 62 veranschaulicht den Druckverlauf ΔP1 während der Einatemphase für ein erfindungsgemäßes Richtungsventil entsprechend der 2. Gegenüber der Kurve 60 ist eine deutliche Reduzierung der Einatemanstrengung erkennbar. Während der Ausatmung entsprechend Kurve 63 und dem Druck ΔP2 müssen nur die systembedingten Strömungswiderstände, hervorgerufen durch die Regenerationspatrone 36 und den durch die Feder 37 belasteten Atembeutel 38, überwunden werden.
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7 zeigt Messergebnisse für ein Atem-Minuten-Volumen von etwa 100 l entsprechend 29 Hübe pro Minute mit einem Hubvolumen von 3,5 l. Die Kurven 64, 65 zeigen die Druckverläufe ΔP1 und ΔP2 für das Richtungsventil entsprechend der 1 und die Kurven 66, 67 die entsprechenden Druckverläufe ΔP1 und ΔP2 für ein Richtungsventil entsprechend der 2. Während der Einatemphase mit dem Druckverlauf ΔP1 zeigt das Richtungsventil entsprechend der 2, dargestellt durch die Kurve 66, einen signifikant geringeren Strömungswiderstand als das Richtungsventil entsprechend 1, mit der Kurve 64.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Richtungsventil
- 2
- erstes Ventilgehäuse
- 3
- Außenbereich
- 4
- Atemschlauch
- 5
- Bohrung
- 6
- Auflagefläche
- 7
- Verschlusselement
- 8
- Steg
- 10
- zweites Richtungsventil
- 11
- zweites Ventilgehäuse
- 12, 13
- Ventilscheibe
- 14, 15
- fester Abschnitt
- 16
- Trennlinie
- 17, 18
- zweiter Abschnitt
- 19
- Mittelsteg
- 20, 21
- Stützsteg
- 23
- Innenbereich
- 30
- Kreislaufatemschutzgerät
- 31
- Hubkolbenpumpe
- 32
- Einatemschlauch
- 33
- Einatemventil
- 34
- Ausatemschlauch
- 35
- Ausatemventil
- 36
- Regenerationspatrone
- 37
- Feder
- 38
- Atembeutel
- 39
- Lungenautomat
- 40
- Druckgasquelle
- 41
- Atemanschluss
- 42
- Druckraum
- 43
- Elastomermembran
- 44
- Kolben
- 45
- Antrieb
- 46
- Stößelstange
- 47
- erster Druckaufnehmer
- 48
- zweiter Druckaufnehmer
- 49, 50, 51
- Datenleitungen
- 52
- Steuereinheit
- 53
- Anzeigeeinheit
- 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67
- Messkurve
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1027518 [0002]
- DE 3930362 C2 [0003]
