DE102014017634A1

DE102014017634A1 - Kreislaufatmemgerät mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Gasmengen in dem Kreislaufatemgerät

Info

Publication number: DE102014017634A1
Application number: DE102014017634.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Unger
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: DE102014017634B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kreislaufatemgerät (1) mit einem Kreislauf (15) für Atemgas mit einer Messeinrichtung (10) zur Bestimmung von Gasmengen in dem Kreislaufatemgerät (1). Die Messvorrichtung (10) weist mindestens ein Messelement (11) und eine Auswerteeinheit (12) auf, womit die Messvorrichtung (10) ausgestaltet und in der Lage ist, Bewegungen des Atembeutels (3) als Messgrößen (53) zu erfassen und auf Basis der Messgrößen (53) ein Atemzugvolumen (70) zu bestimmen und bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreislaufatemgerät mit einem Kreislauf für Atemgas mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Gasmengen in dem Kreislaufatemgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb der Messeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 15. In Kreislaufatemgeräten, insbesondere in Kreislauf-Atemschutzgeräten wird zur Gewichtsverminderung und zur Erhöhung der Einsatzzeit im Kreislauf geatmet und nur der jeweils verbrauchte Sauerstoff aus einem Druckgasvorrat ersetzt und dem Kreislauf zugeführt. Eine Anreicherung des abgeatmeten Kohlendioxids (CO₂) im Kreislauf auf physiologisch bedenkliche Werte im Kreislauf muss dabei vermieden werden. Dazu ist in dem Kreislauf ein Absorber mit einem Absorptionsmittel vorhanden, der das CO₂ dem Atemkreislauf entzieht. Daneben muss die verbrauchte Menge und durch den Absorber als CO₂ entfernte Menge an Sauerstoff ersetzt werden Dies geschieht eine Nachführung von Sauerstoff aus dem Druckgasvorrat. Diese Nachführung erfolgt als eine Dosierung von Sauerstoff mittels eines Ventils in eine im Kreislauf-Atemgerät vorhandenen Atembeutel, welcher oftmals auch Ausgleichslunge oder Gegen-Lunge genannt wird. Der Atembeutel ist ein flexibel gestalteter Beutel, in welchen die vom Anwender ausgeatmete Luft nach Entfernung des CO₂ durch den Absorber, aufgenommen wird und dem Kreislauf wieder bereitgestellt wird. Die Dosierung in den Atembeutel erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer Ventilanordnung. Die Ventilanordnung dosiert in einer Weise Sauerstoff in den Atembeutel oder in den Atemkreislauf, dass der Atembeutel stets gefüllt gehalten wird. Dabei wird durch die Dosierung einerseits die durch die Veratmung des Anwenders benötigte Menge an Sauerstoff nachdosiert, andererseits auch Sauerstoff nachgeführt, der durch Leckagen oder Undichtigkeiten bedingt ist. Leckagen können sich einerseits im Kreislauf-Atemgerät selbst ergeben, sowie auch in der Kombination des Kreislauf-Atemgerätes mit zugehörigem Atemschlauch oder Schlauchsystem, Masken-Anschluss und Atemmaske zu einem Kreislauf-Atemsystem, bzw. zu einem Kreislauf-Atemschutzsystem. Um insbesondere für den Einsatz unter Atemschutzbedingungen jegliche Möglichkeit für das Eindringen von Schadgasen in den Kreislauf des Atemschutzsystem und damit zum Anwender zu vermeiden, wird das Kreislauf-Atemschutzgerät in einer Weise betrieben, dass im Kreislauf ein Überdruck gegenüber der Einsatzumgebung herrscht. Das bedingt, dass jeglicher Verlust an Gas im Kreislauf oder Druckverlust gegenüber dem Umgebungsdruck im Kreislauf einen Druckverlust hervorruft, der zu einer Nachführung von Sauerstoff durch die Dosierung in den Kreislauf führt. Um einer unterschiedlich starken Veratmung des Anwenders und auch den Undichtigkeiten und Leckagen Rechnung zu tragen, erfolgt die Dosierung in den Atembeutel oder in den Atemkreislauf nach dem üblichen Stand der Technik durch die Ventilanordnung mit zwei miteinander kombinierten Mitteln der Dosierung. Mit einem ersten Mittel zur Dosierung wird kontinuierlich mit einem im Wesentlichen konstanten Volumenstrom, beispielsweise im Bereich von 1 l/min bis 2 l/min, aus dem Druckgasvorrat in den Atembeutel oder in den Atemkreislauf dosiert, mit einem zweiten Mittel zur Zudosierung wird bedarfsgesteuert jeweils dann eine zusätzliche Menge an Sauerstoff dazu dosiert, wenn der Atembeutel, bzw. der Atembeutel nahezu entleert ist. Die Ausgleichlunge ist mit einer Hebelkonstruktion versehen, welche mit dem zweiten Mittel zur Zudosierung verbunden ist, so dass das zweite Mittel zur Zudosierung an die Bewegung des Atembeutels gekoppelt ist und jeweils dann eine weitere zusätzliche Menge an Sauerstoff in den Atembeutel einströmen lässt, wenn der Atembeutel nahezu entleert ist. Damit wird bedarfsgerecht zusätzlich zum kontinuierlich dosierten im Wesentlichen konstanten Volumenstrom eine weitere Menge an Sauerstoff hinzu dosiert und dem Kreislauf bereitgestellt.
Die US 4,364,384 A zeigt ein Drucksauerstoff-Kreislauf-Atemschutzgerät mit Überdruck im Atemkreislauf, welches ein Ventil zur bedarfsgerechten Zudosierung aufweist, wobei dies Ventil zur bedarfsgerechten Zudosierung mit einer zusätzlichen Funktionalität in der mechanischen Hebelkonstruktion ausgestaltet ist, dass bei vollständiger Entleerung des Atembeutels dies Ventil schließt und die bedarfsgerechte Zudosierung damit beendet wird. Dies stellt sicher, dass bei größeren Leckagen der Druckgasvorrat nicht vollständig entleert wird.
Weiterer Stand der Technik zu Kreislauf-Atemschutzgeräten ergibt sich aus der US 4,879,996 A und aus der US 5,048,517 A , sowie der US 4,266,539 A .
Da in dem Druckgasvorrat nur eine bestimmte Menge an Sauerstoff zur Verfügung steht, ist daher auch die maximale Einsatzzeit des Kreislauf-Atemschutzgerätes begrenzt. Diese lässt sich aus der im Druckgasvorrat mitgeführten Menge und dem konstant dosierten Volumenstrom bestimmen. Diese maximale Einsatzzeit wird durch die zusätzlichen im Einsatz auftretenden Ereignisse von Zudosierungen, bedingt durch eine verstärkte Atmung des Anwenders, insbesondere bei körperlicher Belastung oder bedingt durch Leckagen bei der Zuführung der Luft zum Anwender, zu einer tatsächlich verfügbaren Einsatzzeit verkürzt.
Eine einfache Messtechnik, beispielsweise mit Hilfe von Endlagenschaltern eine vollständige Befüllung und Entleerung des Atembeutels zu erfassen, berücksichtigt nicht die Variabilität in der Tiefe der Einatmung je nach physiologischer Belastung. Die tatsächlich verfügbare Einsatzzeit ist allein aus der Menge an Sauerstoff im Druckgasvorrat und mit der Kenntnis des konstanten dosierten Volumenstroms nicht bestimmen.
Selbst bei Berücksichtigung von Annahmen zu einer durchschnittlichen typischen Veratmung im Einsatz durch den Anwender kann die tatsächlich verfügbare Einsatzzeit nicht in einer Weise abgeschätzt werden, welche dem Anwender im Einsatz hilfreich ist, da der Verlust an Druckgas durch Leckagen und Undichtigkeiten nicht abschätzbar ist, aber einen wesentlichen Einfluss auf die Verkürzung der maximalen Einsatzzeit hat. Dadurch ist dem Anwender im Einsatz nicht klar, welche Resteinsatzzeit im Einsatz noch verbleibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Bereitstellung einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Gasmengen in einem Kreislaufatemgerät.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus den erfassten veratmeten Luftmengen einen Belastungszustand einer Person abzuschätzen, die mit dem Kreislaufatemgerät atmet.
Eine weitere, mit der Erfassung der veratmeten Luftmengen in Zusammenhang stehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Abschätzung einer tatsächlichen Einsatzzeit für ein Kreislaufatemgerät, sowie die Abschätzung einer Resteinsatzzeit.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur. Bestimmung von Gasmengen in einem Kreislaufatemgerät anzugeben.
Diese und weitere Aufgaben werden mit einem Kreislauf-Atemgerät mit einer Messeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Atemzugvolumens in einem Kreislaufatemgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Messeinrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Gasmengen in einem Kreislaufatemgerät und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten, sowie das Grundprinzip eines Kreislaufatemgerätes näher erläutert. Ein Zeitintervall wird im Sinne der vorliegenden Erfindung durch mindestens zwei, zeitlich aufeinander folgende Werte gebildet.
Ein übliches Kreislaufatemgerät weist im Kreislauf gasführende Komponenten, wie einen Atembeutel, einen Atemschlauch zur Zuführung der Atemluft zu einem Anwender, ein Einatemventil welches dem Anwender die Einatmung aus dem Kreislauf und ein Ausatemventil, welches dem Anwender die Ausatmung in den Kreislauf ermöglicht, eine Regenerationspatrone zur Bindung von Kohlendioxid, einen Druckgasvorrat und eine Ventilanordnung mit mindestens einem Dosierventil auf. An der Ventilanordnung ist eine Kontroll- und Dosiereinheit vorgesehen, welche zusammen mit dem mindestens einen Dosierventil eine Einströmung einer Menge an Gas aus dem Druckgasvorrat in den Atembeutel bewirkt. Die Ventilanordnung umfasst mindestens ein Dosierventil, vorzugsweise ein Dosierventil zu einer Konstantdosierung, ein weiteres Ventil zu einer bedarfsabhängigen Zudosierung, sowie ein Überdruckventil zu einer Entlastung des Atembeutels, beispielsweise in einem Fehlerfall am Druckgasvorrat. Um den Atembeutel mit einer zyklischen Bewegung im Kreislauf von Einatem- und Ausatemluft in den Atembeutel hinein und hinaus zu füllen und zu entleeren ermöglichen, weist das Kreislaufatemgerät als weitere Komponenten eine Grundplatte, eine Federbrücke, eine Atembeutelplatte und eine Federanordnung auf. Die Grundplatte und die Federbrücke als eine Art Halterungsbügel sind auf einem vorbestimmten Abstand zueinander in dem Kreislaufatemgerät angeordnet.
Der Atembeutel ist an einer Seite (Unterseite) an der Grundplatte gehalten, an der dieser einen Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (Oberseite) ist am Atembeutel die Atembeutelplatte angeordnet. Die Federanordnung ist zwischen der Atembeutelplatte und der Federbrücke mit einer vorbestimmten Federspannung angeordnet, so dass durch die Abstützung der Federanordnung an der Federbrücke auf die Atembeutelplatte und damit auch auf den Atembeutel selbst eine Kraft ausgeübt wird, so dass mittels der vorbestimmten Federspannung ein bestimmter Druck auf den Atembeutel beaufschlagt wird. Dieser Druck auf den Atembeutel bewirkt, dass im Atembeutel ein Überdruck in einem Druckbereich von 1 hPa bis 10 hPa gegenüber der Umgebung gegeben ist. Im Einsatz wird das Kreislaufatemgerät von einem Anwender derart verwendet, dass er über den Atemschlauch und ein Verbindungselement, beispielsweise einem Maskenanschluss mittels einer Maske über das Einatemventil mit der Einatmung die benötigte Menge an Atemgas aus dem Atembeutel des Kreislaufatemgerätes entnimmt und mit der Ausatmung über das Ausatemventil wieder in den Atembeutel des Kreislaufatemgerätes zurückliefert. Die Einströmung von Gas in den Atembeutel und die Ausströmung aus dem Atembeutel erfolgt damit durch die Atmung des Anwenders. Dadurch wird eine Luftmenge im Atembeutel zyklisch im Kreislauf hin- und her bewegt, wobei Kohlendioxid durch die Regenerationspatrone aus dem Kreislauf entfernt wird und Sauerstoff aus dem Druckgasvorrat mittels des mindestens einen Dosierventils in ausreichender Menge zudosiert wird und somit das eliminierte Kohlendioxid ausgeglichen wird, sodass im Atembeutel frisches Atemgas zur Verfügung steht. Der Überdruck im Atembeutel bewirkt, dass dieser Überdruck beim Anwender in der Maske vorhanden ist und Undichtigkeiten an der Maske nicht zu einem Einströmen von Umgebungsluft in die Maske führen können. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, da die Umgebungsluft Schadstoffe enthalten kann, welche für den Anwender bei Einatmung eine Gesundheitsgefährdung bedeuten können. Erfindungsgemäß weist ein Kreislaufatemgerät einen Atembeutel, einen Druckgasvorrat, eine Ventilanordnung mit mindestens einem Dosierventil, eine Kontroll- und Dosiereinheit und eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Gasmengen auf. Daneben weist das Kreislauf-Atemgerät in üblicher Ausführung noch eine Gehäuseschale und ein Tragegestell auf, was eine Verwendung des Kreislauf-Atemgerätes im Einsatz auf dem Rücken des Anwenders ermöglicht.
Der Druckgasvorrat ist vorzugsweise als ein Druckgasbehälter ausgeführt, welcher vorzugsweise Sauerstoff oder ein Gasgemisch mit einem Sauerstoffanteil größer als 20,9 Vol.-% enthält. Die Kontroll- und Dosiereinheit ist zur Ansteuerung des mindestens einen Dosierventils ausgebildet, eine Dosierung von Gas aus dem Druckgasvorrat in den Atembeutel/Atemkreislauf zu bewirken. Die Messvorrichtung zur Bestimmung von Gasmengen zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, das die Messeinrichtung ausgebildet ist, ein Atemzugvolumen anhand einer Volumenänderung im Atembeutel zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messvorrichtung innerhalb des Kreislaufatemgerätes angeordnet und ist mittels mindestens eines Messelementes an den Atembeutel angekoppelt. Weiter weist die Messvorrichtung in dieser bevorzugten Ausführungsform eine mit dem mindestens einen Messelement verbundene Auswerteeinheit und einen mit der Auswerteeinheit verbundenen Datenspeicher auf. Das mindestens eine Messelement ist derart an den Atembeutel angekoppelt und ausgebildet, Bewegungen des Atembeutels als Messgrößen zu erfassen und der Auswerteeinheit bereitzustellen. Die Bewegungen des Atembeutels ergeben sich bedingt durch die Volumenänderung im Atembeutel dabei in einer vertikalen, wie auch in einer horizontalen Bewegungsrichtung. Das mindestens eine Messelement kann dabei derart angeordnet sein, die vertikale und/oder die horizontale Bewegungsrichtung zu erfassen. Vorzugsweise sind zwei Messelemente an dem Atembeutel angeordnet, jeweils eine der Bewegungsrichtungen, die vertikale oder die horizontale Bewegungsrichtung zu erfassen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, die vom Messelement bereit gestellten Messgrößen als Daten über ein Zeitintervall aufzuzeichnen und die Daten über einen Zeitverlauf im Datenspeicher abzulegen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, auf Basis der Daten die Volumenänderung im Atembeutel zu ermitteln und das Atemzugvolumen zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Messelement als ein Messelement zu einer Weglängenmessung ausgebildet und derart an den Atembeutel angekoppelt, Bewegungen des Atembeutels als Längen-Messgrößen zu erfassen. Die erfassten Längen-Messgrößen korrespondieren mit der, durch Einströmung und/oder Ausströmung bedingten Bewegung des Atembeutels.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Messelement als ein Messelement zu einer Winkelmessung ausgebildet und derart an den Atembeutel angekoppelt, Bewegungen des Atembeutels als Winkel-Messgrößen zu erfassen. Die erfassten Winkel-Messgrößen korrespondieren mit der, durch Einströmung und/oder Ausströmung bedingten Bewegung des Atembeutels.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, aus den Daten Messgrößen, welche einer Phase der Einströmung in den Atembeutel entsprechen und Messgrößen welche einer Phase der Ausströmung in den Atembeutel entsprechen, zu bestimmen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit in dieser weiter bevorzugten Ausführungsform ausgebildet, die Phasen der Einströmung in den Atembeutel und der Ausströmung aus dem Atembeutel aus Umkehrpunkten der Bewegung des Atembeutels zu ermitteln. Die Umkehrpunkte der Bewegung werden dabei aus den Längen-Messgrößen oder aus den Winkel-Messgrößen ermittelt, welche mittels des mindestens einen Messelements ermittelt werden. Außerdem ist die Auswerteeinheit in dieser weiter bevorzugten Ausführungsform ausgebildet, mittels einer Einbeziehung räumlich konstruktiver Eigenschaften des Atembeutels, aus den Messgrößen, welche der Phase der Einströmung in den Atembeutel entsprechen, ein in den Atembeutel eingeströmtes Gasvolumen zu bestimmen und aus den Messgrößen, welche der Phase der Ausströmung aus dem Atembeutel entsprechen, ein aus dem Atembeutel ausgeströmtes Gasvolumen zu bestimmen. Räumlich konstruktive Eigenschaften des Atembeutels sind Eigenschaften der Formgebung, wie Länge, Breite, Höhe des Atembeutels oder Grundfläche und Höhe des Atembeutels, wie auch die Art der geometrischen Gestalt und Kontur. Beispielhaft seien hier dreidimensionale Formen wie Quader-Form, Zylinder-Form, Pyramiden-Form, Kegelform, Formgebung, Pyramidenstumpf-Form, Kegelstumpf-Form, Formgebung genannt. Es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, dass neben genannten drei-dimensionalen Formen oder Kombinationen dieser drei-dimensionalen Formen die Formgebung des Atembeutels in einer sogenannten Freiform oder mehrdimensional ausgestaltet sein kann, welcher keiner festen Geometrie folgt, sondern an die Gegebenheiten des Atemschutzgerätes angepasst ist. Wesentlich für die Bestimmung des ein- oder des ausgeströmten Gasvolumens ist, dass für einen Bereich diskreter Messwerte über den Messbereich der Messgrößen am Atembeutel, sei es Weg oder Winkel, der Auswerteeinheit ein Zusammenhang zum zugehörigen Volumen bekannt ist. Das zugehörige oder korrespondierende Volumen kann dabei als Reihe von Volumenwerten über eine Reihe von Messgrößen oder auch als Volumenänderungswert zwischen zwei Messgrößen der Reihe, beispielsweise im Datenspeicher hinterlegt sein. Die Hinterlegung im Datenspeicher kann dabei beispielsweise in Form einer Tabelle (Look-up Table) erfolgen. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise ausgestaltet, zwischen den diskreten Messwerten der Reihe zu interpolieren, um einen nahezu kontinuierlichen Zusammenhang zwischen Weglängen- oder Winkellängenmesswert und eingeströmten Gasvolumen und ausgeströmten Gasvolumen zu erreichen. Die Volumenänderung im Atembeutel ergibt sich direkt aus den Mengen an Gas, welche bedingt durch die Atmung des Anwenders in den Atembeutel zyklisch ein- und wieder ausströmen. Eine Einströmung in den Atembeutel findet bei einer Ausatmung des Anwenders statt, eine Ausströmung aus dem Atembeutel findet bei einer Einatmung des Anwenders statt. Ein- und Ausströmung bewirken damit die Volumenänderungen im Atembeutel. Die Auswerteeinheit ist weiterhin ausgebildet, aus diesen Volumenänderungen, dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen das Atemzugvolumen zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinhelt ausgebildet, aus den Messgrößen, einen Zeitpunkt des Beginns der Einströmung und einen Zeitpunkt des Endes der Einströmung oder einen Zeitpunkt des Beginns der Ausströmung und einen Zeitpunkt des Endes der Ausströmung zu ermitteln und aus den ermittelten Zeitpunkten eine Einströmzeitdauer und eine Ausströmzeitdauer zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, eine Atemfrequenz aus der Einströmzeitdauer und der Ausströmzeitdauer zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, aus dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen oder dem Atemzugvolumen und der Atemfrequenz ein Maß für eine physische Belastung des Anwenders abzuschätzen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, aus dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen oder dem Atemzugvolumen eine verbleibende Restmenge im Druckgasvorrat zu bestimmen und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung eine verbleibende Resteinsatzzeit abzuschätzen.
Die Messvorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform mechanisch mit dem Atembeutel verbunden. Die Messvorrichtung ist dabei so im Kreislauf-Atemgerät angeordnet, dass mindestens ein Teil der Messeinrichtung mit dem Atembeutel verbunden ist- und die Längen- oder Winkel-Messgrößen über eine mechanische Ankopplung des Messelements mit dem mindestens einen Teil der Messeinrichtung erfolgt. Die mechanische Ankopplung der Messvorrichtung an den Atembeutel erfolgt beispielsweise über eine Seil- oder Seilzugverbindung, Kettenzug- oder Kettenzugverbindung, Zahnrad/Zahnstangen-Kombination mit der Atembeutelplatte, welche oberseitig an dem Atembeutel angeordnet ist. Die Messvorrichtung weist dabei eine Anordnung aus einem Messelement mit einem Anlenk- oder Umlenkmittel auf. Das mindestens eine Messelement ist mit dem Umlenkmittel ausgebildet, Längen-Zustandsveränderungen der Seil- oder Seilzugverbindung, bzw. Kettenzug- oder Kettenzugverbindung in einen Länge, eine Längendifferenz, einen Winkel oder einen Winkelunterschied zu überführen. Dazu sind als Messelemente vorzugsweise Widerstands-Potentiometer, elektrisch-analoge, elektrisch-digitale oder optische Drehwinkelgeber oder Drehratengeber, elektrisch-analoge, elektrisch-digitale, magnetische oder optische Inkrementalgeber geeignet. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten des Messelements sind durch Hallgeber, Induktionsgeber oder Zahnradgeber gegeben. Die Anordnung von Messelement und Anlenk- oder Umlenkmittel erfolgt dabei an der Atembeutelplatte und der Grundplatte, wobei entweder das Messelement an der Atembeutelplatte und das Anlenk- oder Umlenkmittel an der Grundplatte angeordnet sein kann oder das Messelement an der Grundplatte und das Anlenk- oder Umlenkmittel an der Atembeutelplatte angeordnet sein. Es sind aber auch Ausgestaltungsvarianten möglich, in der eine Anordnung des Messelementes im räumlichen Bereich zwischen Grundplatte und Atembeutelplatte erfolgt und die Anlenk- oder Umlenkmittel an der Grundplatte oder der Atembeutelplatte angeordnet sind. Insbesondere Zahnstangen und Zahnrad als Anlenkmittel/Messelement-Kombination oder Seilumlenkrolle und Drehratengeber-Kombination als Umlenkmittel/Messelement-Kombinationen sind auf diese Weise angepasst an die Raumbedingungen nahezu ideal in dem Kreislauf-Atemgerät anzuordnen.
Die Messvorrichtung ist einer weiteren Ausführungsform als ein optisches Messmittel ausgeführt. Das optische Messmittel ist mit mindestens einem Teil der optischen Messeinrichtung mit dem Atembeutel verbunden. Als optische Messmittel sind insbesondere auf dem Prinzip von Lichtschranken basierende Anordnungen zur optischen Wegmessung bekannt, wobei diese in zwei Grundtypen als eigenständige Ausführungsformen unterschieden werden können. Bei Typ 1 sind in einer besonderen Ausführungsform Sender (Lichtquelle) und Empfänger im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet, so dass kein Reflexionselement erforderlich ist, bei Typ 2 in einer erweiterten Ausführungsform gelangt das Licht vom Sender über eine Umlenkung des Lichtstrahls mittels eines zusätzlich vorhandenen Reflexionselementes (Spiegel) zum Empfänger. Die Anordnung des optischen Messmittels vom Typ 2 in dem Kreislauf-Atemgerät erfolgt in vorteilhafter Weise derart, dass das Reflexionselement am Atembeutel angeordnet wird und Sender und Empfänger gemeinsam, entweder an der Grundplatte oder an der Atembeutelplatte angeordnet werden. Die Anordnung der optischen optische Messmittel vom Typ 1 in dem Kreislauf-Atemgerät kann derart erfolgen, dass am Atembeutel entweder der Sender oder der Empfänger angeordnet sind und an der Grundplatte oder an der Atembeutelplatte dementsprechend jeweils Empfänger oder Sender.
Die Messvorrichtung weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Ausgabeeinheit auf, welche in oder an dem Kreislaufatemgerät oder in oder an der Messeinrichtung angeordnet ist, welche mit der Auswerteeinheit in einer Datenverbindung steht und ausgebildet ist, das eingeströmte Gasvolumen, das ausgeströmte Gasvolumen, die verbleibende Restmenge im Druckgasvorrat oder die verbleibende Resteinsatzzeit, das Atemzugvolumen, die Atemfrequenz oder das Maß für die physische Belastung bereitzustellen oder auszugeben.
In einem erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung eines Atemzugvolumens in einem Kreislaufatemgerät werden von einer an einem Atembeutel angeordneten Messvorrichtung folgende Schritte ausgeführt:

– Erfassen und Aufzeichnen von Messgrößen, welche Bewegungen des Atembeutels entsprechen, als eine Datenmenge über ein Zeitintervall,
– Ermitteln von Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels aus der Datenmenge von Messgrößen des Zeitintervalls,
– Bestimmen mindestens einer Volumenänderung aus den ermittelten Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels mittels räumlich konstruktiver Eigenschaften des Atembeutels,
– Bestimmen eines Atemzugvolumens auf Basis der mindestens einen Volumenänderung.

Die Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels sind die Umkehrpunkte der Bewegung des Atembeutels, welche sich im Zyklus von ein- und Ausatmung des Anwenders im Atemkreis zwischen Phasen der Einströmung in den Atembeutel und Phasen der Ausströmung aus dem Atembeutel ergeben. Damit sind in dem Verfahren zur Bestimmung eines Atemzugvolumens in einem Kreislaufatemgerät aus den Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels auf direkte Weise unter Berücksichtigung der räumlich konstruktiven Eigenschaften des Atembeutels (Formgebung, Länge, Breite und Höhe des Atembeutels oder Grundfläche und Höhe des Atembeutels, Art der geometrischen Gestalt und Kontur) Volumina für die Phasen der Einströmung in den Atembeutel und Phasen der Ausströmung aus dem Atembeutel bestimmbar. Aus dem Volumen für mindestens eine Phase der Einströmung in den Atembeutel oder/und dem Volumen für mindestens eine Phase der Ausströmung aus dem Atembeutel ist das Atemzugvolumen bestimmbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Zeitdauern der Phasen der Einströmung in den Atembeutel und Phasen der Ausströmung aus dem Atembeutel bestimmt und aus den ermittelten Zeitdauern der Phasen der Einströmung und Ausströmung wird eine Atemfrequenz des Anwenders bestimmt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus der Atemfrequenz oder dem Atemzugvolumen ein Maß für eine physische Belastung des Anwenders abgeschätzt. Die Abschätzung der physischen Belastung des Anwenders erfolgt in der Weise, dass die Atemfrequenz dahingehend ausgewertet wird, ob der Anwender mit einer Atemfrequenz atmet, die über eine typische Atemfrequenz bei dauerhaft starker körperlicher Belastung hinausgeht. Eine Erhöhung des Atemzugvolumens resultiert aus einem durch Belastung angestiegenen erhöhten Sauerstoffverbrauch des Herz-Kreislauf-Systems. Atemfrequenz und Herzfrequenz sind miteinander über das Herz-Kreislauf-System korreliert und stellen ein Maß für die körperliche Belastung eines Menschen dar. Das Produkt aus Atemfrequenz und Atemzugvolumen ergibt das Atemminuten-Volumen. Eine Auswertung des Atemminuten-Volumens ermöglicht eine Aussage über den aktuellen Sauerstoffverbrauch pro Zeit, da der Sauerstoff in den Muskeln benötigt und verbraucht wird, stellt das Atemminuten-Volumen ein direktes Maß für die körperliche Belastung dar. Zusätzlich können bei der Abschätzung der physischen Belastung des Anwenders der Verlauf der Belastung (Herzfrequenz, Atemzugvolumen, Atemminuten-Volumen) seit Beginn des Einsatzes, wie auch Körpergröße, Gewicht, Alter und Geschlecht mit einbezogen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Atemzugvolumen eine verbleibende Restmenge in einem Druckgasvorrat bestimmt und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung oder der Atemfrequenz wird eine verbleibende Resteinsatzzeit des Druckgasvorrates abgeschätzt. Die Abschätzung der Resteinsatzzeit des Druckgasvorrates erfolgt derart, dass im Einsatz fortlaufend anhand der aktuellen physischen Belastung, beispielsweise direkt aus dem Atemzugvolumen, und der kumulierten Atemzugvolumina ein zeitlicher Verlauf des bevorstehenden Sauerstoffverbrauchs abgeschätzt wird und dieser bevorstehende Sauerstoffverbrauch in Relation zur insgesamt im Druckgasvorrat zur Verfügung stehenden Sauerstoffmenge gesetzt wird und daraus die Resteinsatzzeit des Druckgasvorrates abgeschätzt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Atemzugvolumen eine verbleibende Restkapazität zur Bindung von Kohlendioxid im Atemkalkbehälter bestimmt und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung oder der Atemfrequenz wird eine verbleibende Reststandzeit des Atemkalkbehälters abgeschätzt. Die Abschätzung der verbleibenden Reststandzeit des Atemkalkbehälters erfolgt derart, dass im Einsatz fortlaufend anhand der aktuellen physischen Belastung, beispielsweise direkt aus dem Atemzugvolumen, und der kumulierten Atemzugvolumina ein zeitlicher Verlauf einer Kohlendioxid-Bindungskapazität auf Basis des bevorstellenden Sauerstoffverbrauchs und damit der vom Anwender produzierten Menge an Kohlendioxid abgeschätzt wird, welche im weiteren Einsatz im Kalkbehälter gebunden werden muss und diese Kohlendioxid-Bindungskapazität in Relation zur Verfügung stehenden Gesamtmenge an Atemkalk im Atemkalkbehälter, bzw. der insgesamt verfügbaren Kohlendioxid-Bindungskapazität gesetzt wird und daraus eine verbleibende Restkapazität zur Bindung von Kohlendioxid im Atemkalkbehälter abgeschätzt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Erfassung des Atemzugvolumens ohne einen Eingriff mit einem Messelement in gasführende Elemente des Kreislauf-Atemgerätes. Es ist nicht erforderlich, ein zusätzliches Element zur Messung, wie etwa einen zur Strömungsmessung geeigneten Sensor, wie etwa einen Druckdifferenzsensor oder einen thermisch-anemometrischen Sensor in den Kreislauf oder in den Atembeutel einbringen, – und damit in Kontakt mit dem Atemgas –, bringen zu müssen. Eine solche Einbringung würde eine zusätzliche potentielle Schwachstelle und somit ein Leckage-Risiko im Atemkreis darstellen, was es für Geräte zur persönlichen Schutzausrüstung, wo immer konstruktiv möglich, zu vermeiden gilt. Insbesondere in einer Ausführung des Atemgerätes als ein Atemschutzgerät, wenn im Kreislauf und im Atembeutel ein Überdruck herrscht, ist es wichtig, jede potentielle Schachstelle auf konstruktive Weise zu vermeiden. Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere gegenüber einer Ausgestaltung, welche mit Hilfe von Endlagenschaltern an der Federbrücke und/oder an der Grundplatte angeordnet sind, den Vorteil auf, dass die Art der Atmung durch den Anwender, ob gleichmäßig, ruhig und tief oder flach, unrhythmisch und hektisch, keine Bedeutung hat, da in jedem Fall durch die Verwendung der Umkehrpunkte der Bewegung des Atembeutels das aktuell reale und korrekte Atemzugvolumen erfasst und damit eine korrekte Bilanzierung der einzelnen Atemzugvolumina über einen längeren Zeitraum zu Gesamtvolumina zur Verbrauchsmengenabschätzung möglich ist. Bei der Ausgestaltung mit Endlagenschaltern kann sich beispielsweise bei einer flachen Atmung ergeben, dass durch eine nur teilweise Füllung des Atembeutels durch die Atembeutelbewegung die Endlagen nicht angefahren werden und somit diese Volumina in der Bilanzierung zur Verbrauchsmengenabschätzung fehlen. Auf Basis einer mit der vorliegenden Erfindung ermöglichten präzisen Erfassung der ein- und ausströmenden Volumina und der darauf basierenden Bilanzierung zu ebenfalls präzisen Gesamtvolumina ist es möglich, den im Einsatz bereits getätigten Verbrauch an Gas aus dem Druckgasvorrat und die noch zur Verfügung stehende Menge im Druckgasvorrat präziser zu ermitteln, als es mit der Anzeige des aktuellen Fülldrucks des Druckvorrates, beispielsweise mittels eines Manometers, im Einsatz allenfalls abschätzungsweise möglich ist. Wird aus den Umkehrpunkten der Bewegung des Atembeutels die Atemfrequenz des Anwenders ermittelt, so ist mit Einbeziehung der Restmenge im Druckgasvorrat eine Abschätzung der noch zur Verfügung stehenden Einsatzzeit für die individuelle Belastungssituation sehr gut abschätzbar. Zudem ist es mittels der Überwachung der Atemfrequenz und/oder des Atemzugvolumens des Anwenders möglich, Grenzsituationen der Belastung, beispielsweise durch eine länger andauernde Zeitdauer im Einsatz mit einer Atemfrequenz oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes oder eine länger andauernde Zeitdauer im Einsatz mit Atemzugvolumina oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes, zu erkennen. Auch dazu trägt die präzise Erfassung der ein- und ausströmenden Volumina maßgeblich bei, ohne das es dazu erforderlich ist, zusätzliche Sensorik in den Atemkreis einzubringen. Dies erhöht die Sicherheit für den Anwender im Einsatz mit dem Kreislaufatemgerät, insbesondere in einer Ausgestaltung als Kreislauf-Atemschutzgerät als Element der persönlichen Schutzausrüstung des Anwenders (Feuerwehren, Bergrettung, Grubenrettung, Tunnelrettung)
Im Folgenden werden mit Hilfe der schematischen 1, 1a, 1b, 1c, 1d verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung ohne eine Beschränkung auf die Allgemeinheit des Erfindungsgedankens näher erläutert. Die 1 zeigt in schematischer Form einen prinzipiellen Aufbau eines Kreislaufatemgerätes mit der Messeinrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Gasmengen in einem Kreislaufatemgerät. Die 1a, 1b, 1c, 1d zeigen weitere Ausführungsformen der Messeinrichtung im Kreislauf-Atemgerät zur Bestimmung von Gasmengen in einem Kreislaufatemgerät. Die 1 zeigt ein Kreislaufatemgerät 1 mit einer ersten Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 zur Bestimmung von Gasmengen, mit einem Atembeutel 3, einem Druckgasvorrat 5, einer Ventilanordnung 7, einer Kontroll- und Dosiereinheit 9, einem Atemkalkbehälter 13 und einem Atemkreis 15. Die Messeinrichtung 10 ist mit gestrichelter Linie als Element des Kreislaufatemgerätes 1 kenntlich gemacht. Das Kreislaufatemgerät 1 weist eine Konstruktion aus einer Grundplatte 27 und einer Federbrücke 29 auf, über die der Atembeutel 3 mittels einer Federanordnung 31 und einer Atembeutelplatte 33 im Kreislaufatemgerät 1 derart angeordnet ist, dass das Gas im Atembeutel 3 auf einem Druckniveau oberhalb des Umgebungsdrucks gehalten wird. Das Kreislaufatemgerät 1 ist über ein Schlauchsystem 17 mit einem inspiratorischen 21 und einem exspiratorischen Zweig 23 mit einem Anwender 25 verbunden. Der Anwender 25 atmet frisches Atemgas über den inspiratorischen Zweig 21 des Schlauchsystems 17 aus dem Atembeutel 3 ein und über den exspiratorischen Zweig 23 des Schlauchsystems 17 und über den Atemkalkbehälter 13 in den Atembeutel 3 und damit in den Atemkreis 15 zurück. Die Kontroll- und Dosiereinheit 9 ist zu einer Ansteuerung der Ventilanordnung 7 ausgebildet, um eine Dosierung von Gas aus dem Druckgasvorrat 5 in den Atembeutel 3 und damit in des Atemkreis 15 zu bewirken. Die Ventilanordnung 7 weist dazu Mittel zur Druckanpassung aus dem Druckgasvorrat 5 auf ein für den Anwender 25 atembares Druckniveau und mindestens ein Dosierventil auf. Vorzugsweise ist die Ventilanordnung 7 derart ausgestaltet, eine kontinuierliche Konstantdosierung und eine vom Anwender 25 Bedarfs-gesteuerte Dosierung zu ermöglichen. Die erste Ausführungsform der Messeinrichtung besteht aus einem Messelement 11, was zu einer optischen Weglängenmessung ausgestaltet ist. Die 1 zeigt ein Messelement 11, was aus einer Lichtquelle, beispielsweise Glühlampe oder Leuchtdiode als Sender 110 und einem lichtempfindlichen Bauelement, beispielsweise einem Lichtempfindlichen Widerstand (LDR), Photodiode oder Phototransistor, als Empfänger 111 besteht. Der Sender 110 ist in dieser 1 an der Atembeutelplatte 33 angeordnet, der Empfänger 111 an der Federbrücke 29. Die Weglängenmessung erfolgt in dieser ersten Ausführung der Messvorrichtung 10 nach 1 als eine direkte optische Abstandsmessung zwischen Sender 110 und Empfänger 111. Bei einer Bewegung des Atembeutels 3 variiert der Abstand 54 zwischen Federbrücke 29 und Atembeutelplatte 33 und damit der Abstand 54 zwischen Sender 110 und Empfänger 111. Eine Auswerteeinheit 12 steuert den Sender 110 über Steuersignale 51 und erhält vom Empfänger 111 Messsignale 53 als Messgrößen, welche der Variation des Abstandes 54 zwischen Sender und Empfänger als Weglängen entsprechen. An die Auswertewerteinheit 12 oder in der Auswerteeinheit 12 ist ein Datenspeicher 60 angeordnet, welche es ermöglicht, die Messsignale 53 über ein Zeitintervall zu speichern und für die weitere Analyse zur Ermittlung eines Atemzugvolumens 70 bereitzuhalten. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt aus den Messsignalen 53 Umkehrpunkte der Bewegung des Atembeutels 3 und daraus Phasen einer Einströmung von Atemgas in den Atembeutel und Phasen einer Ausströmung von Atemgas aus dem Atembeutel. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt dabei jeweils zwischen zwei Umkehrpunkten der Bewegung die Weglängen, welche den Phasen der Einströmung, bzw. Ausströmung entsprechen. Der Datenspeicher 60 ist derart dimensioniert, Messsignale 53 oder aus den Messsignalen 53 erzeugte Daten für einen Zeitraum von mindestens der Phase der Einströmung oder der Phase der Ausströmung zu speichern und bereitzuhalten, so dass mindestens zwei Umkehrpunkte der Bewegung der Auswerteeinheit 12 zur Ermittlung des Atemzugvolumens 70 Verfügung stehen. Die Auswerteeinheit 12 wertet die Messsignale 53 oder ermittelten Weglängen unter Kenntnis der konstruktiven Gegebenheiten des Atembeutels 3, wie Grundfläche und Höhe, dahingehend aus, ein Atemzugvolumen 70 zu ermitteln und bereitzustellen. In einer optionalen Ausgestaltung der Auswerteeinheit 12, in dieser 1 als ein mit punktierter Linie kenntlich gemachtes Funktionselement 71 dargestellt, ermittelt die Auswerteeinheit 12 aus den Messgrößen 53 im Zeitintervall aus einem Zeitunterschied zwischen zwei Umkehrpunkten der Bewegung eine Atemfrequenz 71 des Anwenders 25. Die in den 1a, 1b, 1c, 1d gezeigten Ausführungsformen der Messeinrichtung 10, 10', 10'', 10''', 10'''' zur Bestimmung der Gasmengen zeigen ausschnittsweise die Besonderheiten der Ausgestaltung im Unterschied zur mit gestrichelter Linie kenntlich gemachten Messeinrichtung 10 nach 1. Gleiche Elemente in den 1a, 1b, 1c, 1d und in der 1 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die 1a zeigt die die erste Ausführungsform der Messeinrichtung 10 nach 1 im Detail. Der Sender 110 ist in dieser 1a wie auch in 1 an der Atembeutelplatte 33 angeordnet, der Empfänger 111 an der Federbrücke 29, eine Anordnung mit dem Sender 11 an der Federbrücke 29 und dem Empfänger 111 an der Atembeutelplatte 33 ist optional ebenfalls möglich und gleichwirkend. In einer zweiten Ausführungsform nach 1b ist die Messeinrichtung 10' als ein Messelement 11' mit einem Sender 110, einem Empfänger 111 und einem Reflexionselement 113 zu einer optischen Weglängenmessung ausgebildet. Der Sender 110 und der Empfänger 111 sind als eine Sender/Empfänger-Anordnung 110, 111 in dieser 1b an der Atembeutelplatte 33 angeordnet, das Reflexionselement 113 ist an der Federbrücke 29, eine Anordnung mit der Sender/Empfänger-Anordnung 110, 111 an der Federbrücke 29 und dem Reflexionselement 113 an der Atembeutelplatte 33 ist optional ebenfalls möglich und gleichwirkend. Die Weglängenmessung erfolgt als eine indirekte Abstandsmessung zwischen Sender 110 und Empfänger 111 als ein zweifacher Abstand 54 zwischen Sender 110 und Empfänger 111 über das Reflexionselement 113. Bei einer Bewegung des Atembeutels 3 variiert der Abstand 54 zwischen Federbrücke 29 und Atembeutelplatte 33 und damit der Abstand 54 zwischen der Sender/Empfängeranordnung 110, 111 und dem Reflexionselement 113. Die Abstandsänderung bewirkt zur Abstandsänderung korrespondierende Messsignale 53. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt in dieser zweiten Ausführungsform der Messeinrichtung 10'' aus den Messsignalen 53 in vergleichbarer Weise, wie zu 1 und 1a beschrieben, Umkehrpunkte der Bewegung, berücksichtigt bei der Auswertung die Gegebenheiten der Anordnung des Messelement 11' als Sender/Empfängeranordnung 110, 111 und Reflexionselement 113 und ermittelt das Atemzugvolumen 70 (1) und stellt dieses bereit. Optional wird, vergleichbar wie zu 1 beschrieben, die Atemfrequenz 71 (1) ermittelt und bereitgestellt. In einer dritten Ausführungsform nach 1c ist die Messeinrichtung 10'' als ein Messelement 11'' mit einer Zahnstange 115 und einem Zahnradmesselement 117 zu einer Messung von Umdrehungen oder Bruchteilen von Umdrehungen ausgebildet. Die Messung von Umdrehungen kann dabei auch in Form einer Winkelmessung durch das Zahnradmesselement 117 ausgebildet sein. In dieser 1c ist die Zahnstange 115 an der Atembeutelplatte 33 angeordnet, das Zahnradmesselement 117 ist an der Federbrücke 29. Eine Anordnung mit der Zahnstange 115 an der Federbrücke 29 und dem Zahnradmesselement 117 an der Atembeutelplatte 33 ist optional ebenfalls möglich und gleichwirkend. Die Weglängenmessung erfolgt als eine Messung der Drehung und Umdrehungen des Zahnradmesselements 117. Das Zahnradmesselement 117 ist an die Zahnstange 115 mechanisch angekoppelt, so dass das Zahnradmesselement 117 mit den Zähnen an den Zähnen der Zahnstange 115 in einem Eingriff ist. Bei einer Bewegung des Atembeutels 3 dreht sich damit das Zahnradmesselement 117 und erzeugt zu dieser Drehung korrespondierende Messsignale 53. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt in dieser dritten Ausführungsform der Messeinrichtung 10''' aus den Messsignalen 53 in vergleichbarer Weise, wie zu 1 und 1a beschrieben, Umkehrpunkte der Bewegung, berücksichtigt bei der Auswertung die Gegebenheiten der Anordnung des Messelement 11'' als Anordnung aus Zahnstange 115 und Zahnradmesselement 117 und ermittelt das Atemzugvolumen 70 (1) und stellt dieses bereit. Optional wird, vergleichbar wie zu 1 beschrieben, die Atemfrequenz 71 (1) ermittelt und bereitgestellt. In einer vierten Ausführungsform nach 1d ist die Messeinrichtung 10''' als ein Messelement 11''' mit einem Seilzug oder Kette 121 und einem Winkel-Messelement 119 einer Winkelmessung ausgebildet. Die Winkelmessung erfolgt durch das Winkel-Messelement 119. Seilzug oder Kette 121 sind einseitig an dem Winkelmesselement 119 befestigt, an der anderen Seite sind Seilzug oder Kette 121 an einem Befestigungspunkt 123 gehalten. In dieser 1d ist der Befestigungspunkt 123 an der der Atembeutelplatte 33 befestigt, das Winkel-Messelement 119 ist an der Federbrücke 29 angeordnet. Eine Anordnung mit dem Befestigungspunkt 123 an der Federbrücke 29 und dem Winkel Messelement 119 an der Atembeutelplatte 33 ist optional ebenfalls möglich und gleichwirkend. Bei einer Bewegung des Atembeutels 3 ergibt sich, bedingt durch die Kopplung des Winkel-Messelementes 119 über Seilzug oder Kette an den Befestigungspunkt 123, eine zur Bewegung des Atembeutels 3 korrespondierende Winkeländerung als Messgröße 53. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt in dieser vierten Ausführungsform der Messeinrichtung 10''' aus den Messsignalen 53 in vergleichbarer Weise, wie zu 1 und 1c beschrieben, Umkehrpunkte der Bewegung, berücksichtigt bei der Auswertung die Gegebenheiten der Ausgestaltung des Messelementes 11'' als Winkel-Messelement 119 mit Seilzug oder Kette 121 und ermittelt das Atemzugvolumen 70 (1) und stellt dieses bereit. Optional wird, vergleichbar wie zu 1 beschrieben, die Atemfrequenz 71 (1) ermittelt und bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

1: Kreislaufatemgerät
3: Atembeutel
5: Druckgasvorrat
7: Ventilanordnung/Dosierventil
9: Kontroll- und Dosiereinheit
10, 10', 10'', 10''': Messeinrichtung
11, 11', 11'', 11''': Messelement
12: Auswerteeinheit
13: Atemkalkbehälter
15: Atemkreis
17: Schlauchsystem
19: Mundstück
21: inspiratorischer Zweig
23: exspiratorischer Zweig
25: Anwender
27: Grundplatte
29: Federbrücke
31: Federanordnung
33: Atembeutelplatte
51: Steuersignale
53: Messsignale, Messgrößen
54: Abstand,
60: Datenspeicher
70: Atemzugvolumen
110: Sender
111: Empfänger
113: Reflexionselement
115: Zahnstange
117: Zahnrad-Messelement
119: Winkel-Messelement
121: Seilzug, Kette
123: Befestigungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4364384384 A [0002]
US 4879996 A [0003]
US 5048517 A [0003]
US 4266539 A [0003]

Claims

Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), zur Bestimmung von Gasmengen, mit – einem Atembeutel (3), – einem Druckgasvorrat (5), – einer Ventilanordnung mit mindestens einem Dosierventil (7), – einer Kontroll- und Dosiereinheit (9) wobei die Kontroll- und Dosiereinheit (9) zur Ansteuerung des mindestens einen Dosierventils (7) ausgebildet ist, eine Dosierung von Gas aus dem Druckgasvorrat (5) in den Atembeutel (3)/Atemkreislauf zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), ausgebildet ist, ein Atemzugvolumen (70) anhand einer Volumenänderung im Atembeutel zu bestimmen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach Anspruch 1, – wobei die Messvorrichtung (10) mindestens ein Messelement (11, 11', 11'', 11''') und eine Auswerteeinheit (12) aufweist, – wobei das mindestens eine Messelement (11, 11', 11'', 11''') derart an den Atembeutel (3) angekoppelt und ausgebildet ist, Bewegungen des Atembeutels (3), als Messgrößen (53) zu erfassen und bereitzustellen, – wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, die von dem mindestens einen Messelement (11) bereit gestellten Messgrößen (53) als Daten (15) über ein Zeitintervall aufzuzeichnen und auf Basis der Daten (15) die Volumenänderung im Atembeutel zu ermitteln und das Atemzugvolumen (70) zu bestimmen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10'), nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Messelement (3) als ein Messelement (11, 11') zu einer Weglängenmessung ausgebildet ist und die erfasste Messgröße (53) eine mit der Einströmung und/oder Ausströmung in den Atembeutel (3) korrespondierenden Weglänge repräsentiert.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10'', 10'''), nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Messelement (11'', 11''') als ein Messelement zu einer Winkelmessung ausgebildet ist und die erfasste Messgröße (53) einen Winkel, welcher mit der Einströmung und/oder Ausströmung in den Atembeutel (3) korrespondierend ist, repräsentiert.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, aus den Daten (15) Messgrößen, welche einer Phase der Einströmung in den Atembeutel (3) entsprechen und Messgrößen, welche eine Phase der Ausströmung in den Atembeutel (3) entsprechen, zu bestimmen und wobei die Auswerteeinheit (12) weiterhin ausgebildet ist, mittels einer Einbeziehung räumlich konstruktiver Eigenschaften des Atembeutels (3) aus den Messgrößen (53), welche der Phase der Einströmung in den Atembeutel (3) entsprechen, ein in den Atembeutel (3) eingeströmtes Gasvolumen zu bestimmen und aus den Messgrößen (53), welche der Phase der Ausströmung aus dem Atembeutel (3) entsprechen, ein aus dem Atembeutel (3) ausgeströmtes Gasvolumen zu bestimmen und aus dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen das Atemzugvolumen (70) zu bestimmen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, aus den Messgrößen (53), einen Zeitpunkt des Beginns der Einströmung und einen Zeitpunkt des Endes der Einströmung oder einen Zeitpunkt des Beginns der Ausströmung und einen Zeitpunkt des Endes der Ausströmung zu ermitteln und aus den ermittelten Zeitpunkten eine Einströmzeitdauer und eine Ausströmzeitdauer zu bestimmen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, eine Atemfrequenz aus der Einströmzeitdauer und der Ausströmzeitdauer zu bestimmen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, aus dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen oder dem Atemzugvolumen (70) und der Atemfrequenz (71) ein Maß für eine physische Belastung des Anwenders (25) abzuschätzen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (12) ausgebildet ist, aus dem eingeströmten Gasvolumen und/oder dem ausgeströmten Gasvolumen oder dem Atemzugvolumen (70) eine verbleibende Restmenge im Druckgasvorrat (5) zu bestimmen und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung eine verbleibende Resteinsatzzeit abzuschätzen.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10'', 10''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung 10'', 10'''), mechanisch mit dem Atembeutel verbunden ist und die Messeinrichtung (10) ein Messelement und ein Anlenk/oder Umlenkmittel 123 aufweist.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10'', 10'''), nach Anspruch 10, wobei das Messelement (11'', 11''') als ein Widerstands-Potentiometer, ein elektrisch-analoger, elektrisch-digitaler oder optischer Drehwinkelgeber oder Drehratengeber, ein elektrisch-analoger, elektrisch-digitaler, magnetischer oder optischer Inkrementalgeber, als ein Hallgeber, ein Induktionsgeber oder ein Zahnradgeber ausgebildet ist.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Messmittel (11, 11') als ein optisches Messmittel (11, 11') mit einem Sender (110) und einem Empfänger (111) ausgebildet ist.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10') nach Anspruch 12, wobei das optische Messmittel (11, 11') Sender (110) und Empfänger (111) und ein Reflexionselement (113) aufweist.
Kreislaufatemgerät (1) mit einer Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10'''), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ausgabeeinheit (40) in oder an dem Kreislaufatemgerät (1) oder in oder an der Messeinrichtung (10) angeordnet ist, welche mit der Auswerteeinheit (12) in einer Datenverbindung steht und ausgebildet ist, das eingeströmte Gasvolumen, das ausgeströmte Gasvolumen die verbleibende Restmenge im Druckgasvorrat (5) oder die verbleibende Resteinsatzzeit, das Atemzugvolumen (70), die Atemfrequenz (71) oder das Maß für die physische Belastung bereitzustellen oder auszugeben.
Verfahren zur Bestimmung eines Atemzugvolumens in einem Kreislaufatemgerät (1), wobei eine an einem Atembeutel (3) angeordnete Messvorrichtung (10, 10', 10'', 10''') folgende Schritte ausführt: – Erfassen und Aufzeichnen von Messgrößen (53), welche Bewegungen des Atembeutels (3) entsprechen, als eine Datenmenge über ein Zeitintervall, – Ermitteln von Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels aus der Datenmenge von Messgrößen (53) des Zeitintervalls, – Bestimmen mindestens einer Volumenänderung aus den ermittelten Richtungsänderungen der Bewegungen des Atembeutels (3) mittels konstruktiver Eigenschaften des Atembeutels, – Bestimmen eines Atemzugvolumens (70) auf Basis der mindestens einen Volumenänderung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Zeitdauern der Phasen der Einströmung in den Atembeutel (3) und Phasen der Ausströmung aus dem Atembeutel (3) bestimmt werden und aus den ermittelten Zeitdauern der Phasen der Einströmung und Ausströmung eine Atemfrequenz (71) des Anwenders ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei aus der Atemfrequenz (71) oder dem Atemzugvolumen ein Maß für eine physische Belastung des Anwenders abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei aus dem Atemzugvolumen (70) eine verbleibende Restmenge in einem Druckgasvorrat (5) bestimmt wird und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung oder der Atemfrequenz (71) eine verbleibende Resteinsatzzeit des Druckgasvorrates (5) abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei aus dem Atemzugvolumen (70) eine verbleibende Restkapazität zur Bindung von Kohlendioxid im Atemkalkbehälter (13) bestimmt wird und in Verbindung mit dem Maß für die physische Belastung oder der Atemfrequenz (71) eine verbleibende Reststandzeit des Atemkalkbehälters (13) abgeschätzt wird.