DE10259988B3

DE10259988B3 - Gassensorvorrichtung für Atemgeräte

Info

Publication number: DE10259988B3
Application number: DE2002159988
Authority: DE
Inventors: Bernhard Engl
Original assignee: Bernhard Engl
Current assignee: ENGL, BERNHARD, 83071 STEPHANSKIRCHEN, DE
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-12-21

Abstract

Bisher bekannte Gassensorvorrichtungen für Atemgeräte leiden beim Einsatz eines handelsüblichen Gassensors prinzipbedingt unter Kondensationsnässe an seinen elektrischen Anschlüssen. Die Erfindung soll das verhindern und dennoch einen perfekten Druckausgleich am Gassensor aufweisen. Erreicht wird dies durch ein Trocknungsmittel (14) und einen gezielt angebrachten Gaskanal (13) von einem den Atemgasstrom (11) führenden Hohlraum (10) im Grundkörper (15) der Gassensorvorrichtung zu einer ansonsten abgedichteten Gehäusekammer (12) mit dem Gassensor (1). Der Gaskanal und das Trocknungsmittel sind so angeordnet, dass ein beim Druckausgleich durch den Gaskanal in die Gehäusekammer einströmendes Atemgas das Trocknungsmittel durchströmt, bevor es den Gassensor erreicht. Auf diese verblüffende Weise gelingt es, das seit Jahrzehnten bekannte Problem der Kondenswasserbildung endlich zu lösen und dabei einen perfekten Druckausgleich zu erzielen, so dass der Einsatz von Gassensoren mit interner Druckausgleichsmembrane möglich ist. Die Erfindung ist für Atemgeräte aller Art einsetzbar und ist in bestimmten Ausführungen für Kreislauftauchgeräte besonders geeignet.

Description

Atemgeräte sollen dem Benutzer stets ein physiologisch einwandfreies Atemgasgemisch bereitstellen. Um dies sicherzustellen, werden Gassensoren eingesetzt. Bei einfachen Atemgeräten mit offenem Kreislauf und vorgemischtem Gas genügt in der Regel eine einmalige Überprüfung des Atemgases nach der Füllung auf Druckgasflaschen. Bei Atemgeräten mit geschlossenen oder halbgeschlossenen Kreislauf [1] ist es dagegen geboten, das Atemgas ständig zu überwachen. Hierzu müssen die Gassensoren in einer für das jeweilige Atemgerät geeigneten Sensorvorrichtung während des Einsatzes des Atemgeräts mitgeführt werden. Diese Sensorvorrichtung kann in das Atemgerät eingebaut sein, oder auf das Atemgerät nachträglich so aufgeschraubt sein, dass sie vom Atemgas durchströmt wird. Die Gassensoren können auf Sauerstoff oder auch auf Kohlendioxid empfindlich sein und elektrische Signale liefern, die von einer elektronischen Auswertungseinheit ausgewertet werden, die den Benutzer des Atemgeräts zumindest warnt, wenn entweder der Sauerstoffgehalt oder der Kohlendioxidgehalt sichere Grenzwerte unter- oder überschreitet. Die rauen Umgebungsbedingungen eines Atemgeräts bei Einsatz im Bergbau, im Katastrophenschutz, bei der Feuerwehr oder unter Wasser stellen hohe Ansprüche an die Robustheit und Zuverlässigkeit der Sensorvorrichtung. Besonders bei elektronisch geregelten selbstmischenden Kreislaufatemgeräten nach Art von [2] ist eine höchstmögliche Zuverlässigkeit der Sensorvorrichtung zu verlangen. Es sind zwar seit Jahrzehnten auch Kreislaufatemgeräte bekannt, die auf Konstantflussdosierung eines vorgemischten Atemgases basieren [3], und die daher im Prinzip keine Sauerstoffsensoren benötigen würden, schwere Unfälle mit Militär- [4] und Sporttauchern in den letzten Jahren führten jedoch zu der heutigen Auffassung, dass auch bei dieser Art von Atemgeräten zumindest zwei Sauerstoffsensoren vorgesehen sein sollten. Zusätzliche Kohlendioxidsensoren würden die Sicherheit weiter erhöhen.
Die grundsätzliche Aufgabe ist dabei der zuverlässige Betrieb solcher elektrischer Gassensoren und ihrer Auswertungselektronik unter den in den Atemgeräten herrschenden schwierigen Bedingungen. Gewöhnlich ist nach dem Einsatz eine starke Kondensation der im Atemgas enthaltenen Feuchtigkeit an den elektronischen Teilen und den elektrischen Anschlüssen der Gassensoren zu beobachten, und beim Einsatz treten ständig Druckwechsel auf, schon durch den Atmungsprozess, oder durch das Anwendungsgebiet, etwa durch den mit der Tiefe steigenden Druck in einem Bergwerk, durch druckbelüftete Stollen, oder im Falle von Tauchgeräten durch den tiefenabhängigen Wasserdruck. Diese Druckwechsel können die Gassensoren schädigen, wenn diese über keinen Druckausgleich verfügen, oder als Antriebskraft dafür wirken, dass Kondenswasser durch engste Spalten an Orte kriecht, an denen es zunächst nicht vermutet wird. Insbesondere können elektrische Leitungen aus Litze als Docht wirken, der Kondenswasser bis in das Innere der Auswertungselektronik transportiert. Dort finden dann im Verborgenen zerstörerische Korrosionsprozesse statt, die in heimtückischer Weise einen Ausfall der Auswertungselektronik zu jeder Zeit bewirken können.
Das Ausmaß des Kondensationsproblems zeigt das Photo der Sensorkammer eines bekannten elektronisch gesteuerten Tauchgeräts in [5]. Dieses Photo kann auch als Beispiel für den gewöhnlichen Aufbau einer bekannten Gassensorvorrichtung für Atemgeräte gemäß dem bisherigen Stand der Technik dienen.
Der Text zu diesem Photo, es handle sich „nur" um Kondenswasser, lässt vermuten, dass sich die Autoren über die Gefahren, die von dem Kondensationsproblem ausgehen, offenbar nicht im Klaren sind. Der Hersteller des erwähnten Geräts scheint das Kondensationsproblem jedoch zu kennen, und versucht es offenbar mit roten Kappen über der elektrischen Anschlussseite der Sauerstoffsensoren zu lösen. Ob diese Maßnahme genügt, ist zumindest zweifelhaft.
Der Versuch, das Kondensationsproblem in naheliegender Weise durch das direkte Anlöten der elektrischen Anschlussleitungen an die Anschlüsse des Gassensors und nachfolgenden wasserdichten Verguss mit einem Kunstharz zu lösen, ist nicht ratsam, denn er führt zumeist kurz- oder langfristig zum Versagen des Gassensors.
Zur näheren Begründung ist in 1 der bekannte Stand der Technik beispielhaft dargestellt.
Ähnlich wie in dem eingangs erwähnten Photo sind um einen Grundkörper (15) herum in einer Gehäusekammer (12) einige Gassensoren (1) angeordnet. Der Grundkörper hat einen Hohlraum (10), in dem ein Atemgasstrom (11) fließt. Die Gassensoren sind so mit dem Grundkörper verbunden, dass ihre gasempfindliche Seite dem Atemgasstrom ausgesetzt ist. Die Gehäusekammer befindet sich im Inneren des Gehäuses des Atemgerätes und schützt die Gassensoren vor Umwelteinflüssen. Die Gehäusekammer ist dabei nicht gegen den Atemgasstrom abgedichtet, da handelsübliche Gassensoren, insbesondere galvanische Sauerstoffsensoren, zumeist einen Druckausgleich benötigen. Um die dafür relevanten Merkmale darzustellen ist in der Figur einer der Gassensoren teilweise aufgeschnitten dargestellt.
Der Gassensor (1) hat eine gasempfindliche Vorderseite (2) mit einem Schraubgewinde zur Befestigung des Gassensors in dem Grundkörper (15) der Gassensorvorrichtung. Die Rückseite (3) des Gassensors ist offen, so dass seine elektrischen Anschlüsse (4) zugänglich sind, die auf einer Leiterplatte (5) eingelötet sind, die gewöhnlich auch einige elektronische Bauteile trägt, unter anderem zur Temperaturkompensation. Der eigentliche elektrochemische Prozess des Gassensors findet in einer Elektrolytkammer (6) statt, die mit einer Elektrolytflüssigkeit gefüllt ist. Die Elektrolytkammer ist von einer Druckausgleichsmembrane (7) abgeschlossen, die im Beispiel mit einem Dichtring (8) und einem eingepressten Metallring (9) fixiert ist.
Dieser innere Aufbau eines handelsüblichen Gassensors wurde durch Zerlegung eines ausgedienten Sauerstoffsensors ergründet und findet sich in ähnlicher Weise auch in der Patentliteratur [6]. Dieser prinzipielle Aufbau hat sich bei handelsüblichen galvanischen Sauerstoffsensoren weitgehend durchgesetzt. Es ist am Weltmarkt praktisch unmöglich, solche Sensoren ohne eine Druckausgleichsmembrane unterhalb der Leiterplatte zu bekommen, die gleichzeitig gegen Druckschwankungen robust wären. Daher bleibt bei der Auswahl des Gassensors für ein Atemgerät keine bessere Alternative, wenn handelsübliche Gassensoren eingesetzt werden sollen.
Das relevante Merkmal eines solchen Gassensors ist, dass seine Druckausgleichsmembrane unterhalb der Leiterplatte mit den elektrischen Anschlüssen sitzt, und dass deswegen die Öffnung auf der Rückseite des Gassensors erstens nicht verschlossen werden darf, und dass zweitens dort ein Gasdruck herrschen muss, der dem Gasdruck an der gasempfindlichen Vorderseite des Gassensors weitgehend entspricht. Daher darf die Gehäusekammer, welche die Gassensoren beherbergt, auch keinesfalls gegenüber Dem Atemgaskreislauf völlig abgedichtet werden, und die Anschlussseiten der Gassensoren dürfen auch nicht mit Kunstharz vergossen werden. Werden diese Bedingungen nicht befolgt, dann kann ein Druckausgleich der Elektrolytkammer nicht korrekt stattfinden und der Gassensor kann fehlerhafte Messwerte liefern oder sogar ganz versagen.
Den Konstrukteur von Atemgeräten, die solche handelsüblichen Gassensoren verwenden wollen, stellen diese Bedingungen vor fundamentale Probleme.
Einerseits muss das Kondensationsproblem auf eine sicher funktionierende Weise gelöst werden, andererseits muss der Druckausgleich der Gassensoren stets gewährleistet sein.
Dem bisherigen Stand der Technik ist eine einwandfreie Lösung nicht bekannt. Eine Lösung mit roten Kunststoffkappen über der Anschlussseite der Gassensoren wie auf dem obengenannten Photo ist sicher nicht einwandfrei. Auch bieten einige Sensorhersteller inzwischen Gassensoren an, deren Leiterplatte mit einem wasserabweisenden Lack beschichtet ist. Das ist ebenfalls keine einwandfreie Lösung, da diese Lackschicht erfahrungsgemäß im Laufe der Zeit vom Kondenswasser unterkrochen wird, und außerdem ist damit das Problem an den elektrischen Anschlüssen des Sensors und den elektrischen Zuleitungen immer noch nicht gelöst. Zudem scheinen sich manche Konstrukteure von Atemgeräten gar nicht über die Existenz einer Druckausgleichsmembrane in den Gassensoren bewusst zu sein, da in den Datenblättern der Hersteller gewöhnlich nichts davon steht. Man muss schon einen durch Verguss später im Einsatz defekt gewordenen Gassensor zerlegen, um überraschend die Druckausgleichsmembrane zu finden, um so dahinter zu kommen, warum das Vergießen der falsche Weg ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gassensorvorrichtung für Atemgeräte anzugeben, die auch mit solchen handelsüblichen Gassensoren bestückt werden kann, die eine Druckausgleichsmembrane unterhalb ihrer elektrischen Leiterplatte besitzen, wobei die erfindungsgemäße Gassensorvorrichtung gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik folgende Vorteile aufweisen soll:

– sie verhindert weitestgehend das Entstehen von Kondensationsnässe an den elektrischen Anschlüssen, elektronischen Bauteilen oder den Leiterplatten der Gassensoren,
– sie bringt aufgrund etwaiger kurzzeitiger extremster Betriebsbedingungen manchmal dort eventuell doch entstehende Kondensationsnässe mit der Zeit selbsttätig wieder zum Verschwinden,
– sie gewährleistet einen stets perfekten Druckausgleich der Gassensoren,
– und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit der Gassensorvorrichtung.

Dabei soll die erfindungsgemäße Gassensorvorrichtung einfach zu warten und preisgünstig herzustellen sein. Ein weiteres Entwicklungsziel ist die weitgehende Vermeidung von gasdichten elektrischen Kabeldurchführungen durch Gehäusewände oder vergleichbare Schwachstellen, wie zum Beispiel wasserdichte elektrische Steckverbinder, die erfahrungsgemäß schon bei an sich harmlosen Anwendungen wie Elektronenblitzgeräten für Unterwasserkameras ein Quell ständigen Ärgers sind, und die wegen ihrer geringen Zuverlässigkeit bei Atemgeräten besser vermieden werden.

Die Erfindung ist das Ergebnis jahrelanger Entwicklungsarbeiten und vieler Versuche. Anfangs wurde der Irrweg beschritten, den Schutz der Gassensoren gegen Kondensationsnässe und den Druckausgleich über eine nichtleitende Flüssigkeit, etwa Siliconöl, zu bewerkstelligen. Die Gassensoren wurden dazu in einer absolut dichten Gehäusekammer untergebracht, die mit dem Siliconöl gefüllt war, welches über ein elastisches Teil mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt wurde, um den Druckausgleich herbeizuführen. Dieses elastische Teil war ein Verbindungsschlauch, in dem elektrische Zuleitungen zu einer Anzeigeeinheit am Arm des Benutzers führten. Leider war festzustellen, dass es bei einer derartigen Lösung nicht auf Dauer möglich ist zu vermeiden, dass das Siliconöl über nicht ganz perfekte Dichtungen doch noch einen Weg in den Atemkreislauf findet. Bei Atemgeräten, die phasenweise auch mit reinem Sauerstoff betrieben werden, ist das ein schwerer Verstoß gegen die einschlägigen Sicherheitsvorschriften. Außerdem ist die Verölung bei Wartungsarbeiten, etwa dem Austausch verbrauchter Gassensoren oder Batterien, sehr lästig.

Aufgrund der Probleme dieses Lösungsansatzes kam dem Erfinder die Idee, die absolut dichte Gehäusekammer statt mit dem Siliconöl mit einem Trocknungsmittel zu füllen, und es dem Atemgas zu erlauben, durch als definierte Gaskanäle sinnvoll platzierte zusätzliche kleine Bohrungen hindurch in die Gehäusekammer an einer Stelle einzudringen, von der das eindringende Gas einen hinreichend langen Weg zu den elektrischen Anschlüssen der Gassensoren durch das Trocknungsmittel zurücklegt. Diese völlig neuartige Lösung des Problems funktionierte verblüffend gut. Sie ist deswegen nicht naheliegend, weil so leicht niemand auf die Idee kommt, in einem so feuchten und innen ständig nassen Gerät, wie es ein Atemgerät ist, überhaupt ein Trocknungsmittel einzusetzen, zumal sofort die Befürchtung bestünde, dass dieses durch die im Gerät stets vorhandene Feuchtigkeit schon bald verbraucht sein würde. Überraschenderweise reicht das Trocknungsmittel jedoch bei zweckmäßiger Ausführung der Erfindung mindestens so lange wie der Atemkalk, der in einem Kreislaufatemgerät zwecks Absorption des Kohlendioxids ebenfalls ein Verbrauchsmittel ist, das nach jedem Einsatz gewechselt wird.

Diese Grundidee der Erfindung ist Gegenstand von Anspruch 1. Er beschreibt zunächst eine dem Stand der Technik bekannte Gassensorvorrichtung für Atemgeräte, wobei die eigentliche Erfindung gekennzeichnet ist durch die folgenden zusätzlichen Schritte:

– Hinzufügen eines Trocknungsmittels,
– Abdichtung der Gehäusekammer gegen Eindringen von Atemgas, mit Ausnahme mindestens eines gezielt zu diesem Zweck vorgesehenen Gaskanals,
– so dass über den Gaskanal in die Gehäusekammer einströmendes Atemgas das Trocknungsmittel durchströmt,
– wobei das Trocknungsmittel dem einströmenden Atemgas Feuchtigkeit entzieht.

Ein Beispiel für ein geeignetes Trocknungsmittel sind handelsübliche Silicagele, Kieselgele, natürliche oder synthetische Zeolithe, Trocknungsmittel auf Basis von Bentonit, die zum Zwecke der Trocknung handelsüblich als Granulat definierter Körnung oder in kugeliger Form mit definiertem Durchmesser angeboten werden. Auch sind Gemische aus verschiedenen solchen Trocknungsmitteln denkbar. Es sind auch wasserfeste Trocknungsmittel am Markt verfügbar, die beim Eindringen eines Wasserschwalls nicht zerplatzen.

Die Ansprüche 2 bis 5 beschreiben eine erste Ausführung der Erfindung, bei der das Trocknungsmittel lose in die Gehäusekammer eingefüllt wird, Wege zur technischen Ausführung der Erfindung, insbesondere der Lösung der Aufgaben der Bildung und Abdichtung der Gehäusekammer, einen Kunstgriff zur Verringerung des notwendigen Füllvolumens des Trocknungsmittels, sowie die mögliche Beobachtbarkeit eines eventuell im Trocknungsmittel vorhandenen Farbindikators durch ein transparentes Gehäuseteil. Es sei angemerkt, dass sogenanntes Blaugel vermieden werden sollte, da es unter den Verdacht geraten ist, Krebs zu erregen. Als Ersatz bietet der Handel Trocknungsmittel mit einem orangefarbenen Indikator an.

Eine Ausführung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 bis 5 ist besonders für die Nachrüstung vorhandener Atemgeräte geeignet. Sie ist in den 2 und 3 beispielhaft dargestellt.

Weitergebildete Ausführungen der Erfindung nach den Ansprüchen 6 bis 8 schließen das Trocknungsmittel in einer austauschbaren Trocknungspatrone ein, wodurch das Auswechseln eines verbrauchten Trocknungsmittels und die Herstellung und Abdichtung der Gehäusekammer vereinfacht wird. Die Ausführung der Erfindung nach Anspruch 8 ist in der 4 beispielhaft dargestellt, ein Beispiel für den Aufbau einer geeigneten Trocknungspatrone ist in 5 angegeben.

Die besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 9 bis 15 minimiert die benötigte Menge des Trocknungsmittels durch eine Anordnung mehrerer kleinerer Gehäusekammern für die Gassensoren und die Trocknungspatrone um einen gemeinsamen Grundkörper herum, wobei die Gehäusekammern über einen besonders einfach herzustellenden und äußerst robusten Gaskanal im geschützten Inneren des Grundkörpers in Verbindung stehen.

Die bestmögliche Ausführung der Erfindung ist beispielhaft in den 6 und 7 vollständig dargestellt.

Sie kann gemäß Anspruch 15 modular aus weitgehend standardisierten Einzelteilen aufgebaut werden, die auf Lager gehalten werden können, und sie kann durch geringfügige Adaptionen Flexibel an verschiedene Aufgaben angepasst werden, wodurch sie als Baugruppe für den Einsatz innerhalb eines Atemgeräts oder als Zusatzgerät zu einem Atemgerät konfiguriert werden kann.

Ein solches Zusatzgerät ist in der 8 beispielhaft dargestellt. Es kann an all jene Besitzer von älteren Atemgeräten verkauft werden, die ab Herstellerwerk nicht über Gassensoren verfügen.

Anspruch 16 deckt eine Ausführung der Erfindung ab, die besonders dann geeignet ist, wenn die Gassensorvorrichtung möglichst kompakt sein soll, und nur einen einzelnen Gassensor haben kann. Diese Ausführung mit der zusätzlichen Erweiterung durch einen verschließbaren Gaskanal nach Anspruch 18 ist in der 9 beispielhaft dargestellt.

Die Ansprüche 18 bis 27 schützen spezielle Erweiterungen in der Ausführung der Erfindung, die den Nutzwert und das Einsatzspektrum der Erfindung in Einzelfällen erhöhen können, die jedoch nicht für alle Einsatzzwecke allgemein vorteilhaft sind.

Eine solche Erweiterung ist die bidirektionale Ventilanordnung des Anspruchs 24, die in der 10 beispielhaft dargestellt ist, und die sich bei entsprechender Größe auch für Anspruch 25 eignet.

Anspruch 26 weist einen Weg für den Fall, dass es nicht möglich sein sollte, den Gaskanal so auszuführen und zu platzieren, dass das Eindringen eines Kondenswasserschwalls durch den Gaskanal weitgehend vermieden ist.

Anspruch 27 schließlich weist einen Weg, wie der Vorteil der Erfindung, keine elektrischen Zuleitungen außerhalb des Gehäuses führen zu müssen, auch beim Einsatz einer sogenannten „Head-Up-Display"-Einheit erhalten bleibt. Solche Anzeigeeinheiten werden gewöhnlich am Kopf des Benutzers befestigt und erzeugen ein optisches Signal in seinem Sichtfeld.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 näher erläutert.

In der 2 ist beispielhaft eine erste Ausführung der Erfindung innerhalb eines Atemgeräts von zylindrischer Gestalt dargestellt, was zumeist der Fall ist. Es handelt sich um einen Längsschnitt durch die Mittelachse des Gehäuserohres (16) des Atemgeräts.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik sind um einen Grundkörper (15) herum in einer sie schützenden Gehäusekammer (12) einige Gassensoren (1) angeordnet, wegen der Lage des Schnittes ist in der 2 nur einer sichtbar. Der Grundkörper hat einen Hohlraum (10), in dem ein Atemgasstrom (11) fließt. Die Gassensoren sind so mit dem Grundkörper verbunden, daß ihre gasempfindliche Seite (2) dem Atemgasstrom ausgesetzt ist.
Die kennzeichendenden Merkmale der Erfindung sind wie folgt verwirklicht.
Es ist ein Trocknungsmittel (14) vorhanden, in der Figur von kugeliger Gestalt, nur eine der Kugeln ist bezeichnet, aber alle gleichartigen Kugeln in der Gehäusekammer stellen das Trocknungsmittel dar. Die Gehäusekammer ist mit Dichtungsmitteln (18, 20, 21, 24, 38) gegen Eindringen des Atemgases abgedichtet. Es ist ein Gaskanal (13) in Gestalt einer Bohrung vorhanden, der es einem Teil des Atemgases aus dem Atemgasstrom (11) ermöglicht, in die Gehäusekammer einzuströmen. Das Trocknungsmittel und der Gaskanal sind so angeordnet, dass das durch den Gaskanal in die Gehäusekammer einströmende Atemgas das Trocknungsmittel durchströmt, wobei ihm Feuchtigkeit entzogen wird.
Bis zum Erreichen der Rückseite (3) des Gassensors ist das eingeströmte Gas in der Regel bereits so weit getrocknet, dass sich am Gassensor keine Kondensation mehr bildet. Sollte das Trocknungsmittel kurzzeitig überlastet werden, was durch einen sehr raschen Druckanstieg, etwa in einem Tauchgerät bei einer Druckkammerfahrt in der Offshore-Tieftauchtechnik, vorkommen kann, so dass sich doch Kondensation bildet, wird diese anschließend durch die stetige trocknende Wirkung des Trocknungsmittels rasch und selbsttätig wieder beseitigt.
Die Bildung der Gehäusekammer zwischen der Außenseite des Grundkörpers (15), einem damit verbundenen Kammerboden (17), einem abnehmbaren Kammerdeckel (19) und der Innenseite des Gehäuserohres (16) des Atemgeräts und die Abdichtung der Gehäusekammer unter Verwendung einer Dichtung Kammerboden-Gehäuserohr (18), einer Dichtung Kammerdeckel-Gehäuserohr (20), einer Dichtung Kammerdeckel-Grundkörper (21) ist Gegenstand von Anspruch 3.
Im Beispiel wird der Kammerdeckel von einem Schraubring (22) fixiert, der Kammerboden kann mit dem Grundkörper gasdicht verklebt oder verschweißt sein.
Es handelt sich hierbei um die einfachste Ausführung der Erfindung, die mit nur einer Drehbank hergestellt werden kann, und die sich insbesondere dafür eignet, die Erfindung im Inneren von vorhandenen Tauchgeräten nachzurüsten, sofern diese ein zylindrisches Gehäuse haben, was zumeist der Fall ist.
Die in der 2 dargestellte Ausführung des Gaskanals als Bohrung im Grundkörper ist nur als ein mögliches durchdachtes Beispiel zu verstehen, denn es wäre zur Bildung des Gaskanals beispielsweise auch möglich, Bohrungen im Kammerboden oder an einer anderen geeigneten Stelle anzubringen, oder den Gaskanal sogar als Spalt zwischen dem Kammerboden und dem Grundkörper oder dem Gehäuserohr auszuführen, dann könnte die entsprechende Dichtung sogar entfallen. Allerdings sollte bei der Ausführung des Gaskanals nicht der Zufall walten, diese will sehr wohl gründlich überlegt sein, denn es gilt zu vermeiden, dass Kondenswasser, das sich an verschiedenen Stellen des Atemgeräts unvermeidlich bildet, in die Gehäusekammer einsickern kann, oder dass sich kleinere Mengen Kondenswasser durch Bewegungen des Atemgeräts plötzlich zu großen Mengen vereinigen und durch den Gaskanal in das Trocknungsmittel eindringen. Ein Spalt oder eine Bohrung am Kammerdeckel als Gaskanal wäre daher sicherlich nachteilig. Im unteren Teil des Gehäuses von solchen Atemgeräten, also in der Figur unterhalb des Kammerbodens und nicht dargestellt, da dem Stand der Technik bekannt, befindet sich dagegen zumeist ein Kohlendioxidabsorber, dessen Atemkalkgranulat auf Kondenswasser eine aufsaugende Wirkung hat, so dass es unwahrscheinlich ist, dass sich von unten her ein Wasserschwall bildet.
Daher könnte in diesem Fall der Gaskanal wie erwähnt auch im Kammerboden ausgeführt werden. Ein Spalt zwischen Kammerboden und Gehäuserohr würde jedoch zur Vermeidung laminarer Strömungen entlang der Innenwand des Gehäuserohres weitere konstruktive Mittel erfordern. Ein Kranz von Bohrungen im Kammerboden in Nähe des Grundkörpers wäre sicherlich die bessere Lösung, falls der Gaskanal aus konstruktiven Gründen im Kammerboden ausgeführt werden soll, etwa, wenn es sich bei der Nachrüstung der Erfindung in einem vorhandenen Atemgerät herausstellen sollte, dass der Grundkörper zu kurz oder zu unzugänglich ist.
Der Gaskanal sollte zweckmäßigerweise einen Querschnitt aufweisen, der einerseits einen einwandfreien Druckausgleich der Gehäusekammer gewährleistet und andererseits verhindert, dass das Trocknungsmittel durch ihn entweicht. Dies ist bei handelsüblichen Trocknungsmitteln in kugeliger Gestalt problemlos, da verschiedene Durchmesserbereiche angeboten werden. Beim Einsatz von Granulaten kann der Gaskanal mit einem Sieb aus Metallgeflecht, nicht dargestellt, überdeckt werden.
Bei der nachträglichen Aufrüstung von Atemgeräten, die bereits einen Grundkörper (15) zur Befestigung der Gassensoren aufweisen, der jedoch zu dünn ist, um nachträglich eine Abflachung eingefräst zu bekommen, die für die korrekte Funktion des Dichtrings (38) der Gassensoren nötig wäre, kann bei der Ausführung der Erfindung nach 2 bzw. Anspruch 2 und 3 dieser Dichtring auch weggelassen werden, denn der geringe Spalt des Gewindes des Gassensors als ein zweiter Gaskanal lässt in der Regel weniger Gas in die Gehäusekammer als der erste Gaskanal, und auch dieses muss durch das Trocknungsmittel strömen, bevor es die Anschlussseite des Gassensors erreicht.
Die weiteren Einzelteile und Bezugszeichen in 2 sind der Vollständigkeit wegen aufgeführt, um auch zu zeigen, wie die Erfindung sich in ein Atemgerät einbauen lässt, und wie insbesondere Komplikationen bei der Bildung der abgedichteten Gehäusekammer zu lösen sind, die sich aus der häufigen Forderung ergeben, dass die Atemschläuche vorzugsweise am Gehäusedeckel (25) des Atemgeräts entspringen sollten.
Dann befinden sich am Gehäusedeckel in bekannter Weise auch der Anschlussstutzen für die Einatemseite (26) und der Anschlussstutzen für die Ausatemseite (27). Eine Dichtung Gehäusedeckel-Gehäuserohr (28) dichtet das Gehäuse des Atemgeräts oben ab. Der Gehäusedeckel kann innen ein Schraubgewinde (29) enthalten, in das eine in der Figur nicht dargestellte runde Stange eingeschraubt werden kann, die vom ebenso nicht dargestellten Gehäuseboden aus durch die Mittelachse des Atemgeräts verläuft und es so in naheliegender Weise zusammenhält.
Bedingt durch eine derartige zweckmäßige Konstruktion muss die Gehäusekammer dann von einem Verbindungsrohr (23) durchdrungen werden, welches das verbrauchte Ausatemgas vom Anschlussstutzen (27) in den unteren Gehäuseteil des Atemgeräts führt. Das Verbindungsrohr kann im Kammerboden fest und dicht eingeklebt oder eingeschweißt werden, benötigt aber im Kammerdeckel eine eigene Dichtung Kammerdeckel-Verbindungsrohr (24). Eine Dichtung zwischen Verbindungsrohr und Gehäusedeckel ist bei sachgerechter Auslegung der Passung und bei Montage des Geräts unter dem in jedem Fall empfehlenswerten Einsatz von einem sauerstoffkompatiblen synthetischen Schmiermittel an den gleitenden Teilen nicht unbedingt erforderlich.
Letztlich sei angemerkt, dass es wegen der Krümel- und Staubbildung mancher Trocknungsmittel zweckmäßig sein kann, die Öffnung an der Rückseite der Gassensoren mit Watte zu verstopfen, bevor das Trocknungsmittel in die Gehäusekammer eingefüllt wird.
Handelsübliche Trocknungsmittel enthalten zumeist einen Farbindikator, der durch Farbumschlag eine Erschöpfung des Trocknungsmittels anzeigt, der dann jederzeit sichtbar ist, wenn das Gehäuserohr des Atemgeräts gemäß Anspruch 4 aus transparentem Material besteht.
In der 3 ist der Schnitt A-a aus der 2 dargestellt. Es ist hier offenbart, wie gemäß Anspruch 5 die erforderliche Füllmenge des Trocknungsmittels (14) durch Trennwände (30) innerhalb der Gehäusekammer reduziert werden kann. Die Trennwände können mit dem Grundkörper und den Kammerboden verklebt oder verschweißt sein. Aus Gründen des vollständigen Druckausgleichs sollten zwischen den Trennwänden und dem Gehäuserohr (16) jedoch Spalten verbleiben.
Das Auswechseln des verbrauchten Trocknungsmittels ist in der Ausführung der Erfindung nach den 2 und 3 zwar nicht aufwendiger und auch nicht lästiger als das Auswechseln verbrauchten Atemkalks, gerade bei Atemgeräten für Bergbau, Katastrophenschutz und Feuerwehr treten jedoch so geringe Gasdurchsätze durch das Trocknungsmittel auf, dass eine kleinere Menge Trocknungsmittel ausreicht als es bei einem Tauchgerät der Fall ist.
Bei diesen Anwendungsgebieten kann eine Ausführung der Erfindung mit einer Trocknungspatrone gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 vorteilhaft verwendet werden, die beispielhaft in der 4 dargestellt ist.
Hier ist das Trocknungsmittel in einer Trocknungspatrone (31) enthalten, die wie der Gassensor (1) im Grundkörper (15) befestigt ist. Der Gaskanal (13) führt von dem im Grundkörper befindlichen Hohlraum (10), in dem der Atemgasstrom (11) fließt, durch die Trocknungspatrone mit dem Trocknungsmittel hindurch in die Gehäusekammer (12). Diese kann wie in der früheren Ausführung durch einen Kammerboden (17) und einem Kammerdeckel (19) zwischen der Außenseite des Grundkörpers und der Innenseite des Gehäuserohrs (16) gebildet werden. Kammerdeckel und Kammerboden können hier gasdicht mit dem Grundkörper verklebt oder verschweißt sein, da die ganze Sensorvorrichtung problemlos aus dem Atemgerät entnommen werden kann, ohne dass dabei loses Trocknungsmittel herausfällt. Hier sind zur Abdichtung der Gehäusekammer insgesamt vier Dichtungen erforderlich, die Dichtung Kammerboden-Gehäuserohr (18), die Dichtung Kammerdeckel-Gehäuserohr (20), die Dichtung an der Trocknungspatrone (37) und die Dichtung am Gassensor (38).
Auch das Verbindungsrohr (23) kann gasdicht mit dem Kammerboden und dem Kammerdeckel verklebt oder verschweißt sein, falls es nicht ganz entfällt.
Die Ausführung der Erfindung mit einer Trocknungspatrone hat den Vorteil einer einfacheren Wartung und eines einfacheren Aufbaus der Gassensorvorrichtung an sich. Allerdings wird dies durch eine aufwendiger zu fertigende Trocknungspatrone erkauft.
5 zeigt beispielhaft einen möglichen Aufbau einer für den Einsatz in der Erfindung geeigneten Trocknungspatrone. In dem Gehäuse der Trocknungspatrone (32) befindet sich das Trocknungsmittel (14) zwischen zwei gewölbten federnden Siebscheiben (33). Eine Beilagscheibe (34), die mit einem Sicherungsring (35) am Herausfallen gehindert ist, drückt die Siebscheiben und das Trocknungsmittel zusammen. Sollten keine gewölbten federnden Siebscheiben aus Metallgeflecht verfügbar sein, kann die erwünschte Kompressionswirkung durch Watte oder ein anderes federndes gasdurchlässiges Material erzielt werden. Der Einsatz von Watte ist auch dann sinnvoll, wenn es sich um ein solches Trocknungsmittel handelt, dessen Staub bei Einatmung eine Gesundheitsgefahr darstellen würde.
An der Eingangsseite der Trocknungspatrone befindet sich ein Schraubgewinde (36) und ein Dichtring (37) zum abgedichteten Einschrauben in den Grundkörper, der Gaskanal (13) führt durch die eingangsseitige Bohrung der Trocknungspatrone hindurch in das Trocknungsmittel. Dort einströmendes Gas durchströmt das Trocknungsmittel und verlässt die Trocknungspatrone auf der Seite mit der Beilagscheibe in die Gehäusekammer, in der sich der Körper der Trocknungspatrone befindet.
Die Trocknungspatrone kann aus Metall ausgeführt werden, so dass sie ohne großen Aufwand in einem Backofen regeneriert werden kann. Entsprechend hitzefeste Dichtringe sind verfügbar.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in der 6 beispielhaft dargestellt. Diese eignet sich trotz der Verwendung einer Trocknungspatrone für Atemgeräte aller Art, besonders auch für Tauchgeräte, und ist darüber hinaus durch ihren modularen Aufbau sehr flexibel und wandelbar.
Sie ergibt sich aus einer besonders vorteilhaften Kombination der Ansprüche 11, 13, und 14 und diese wird im Folgenden vollständig beschrieben.
Nach Anspruch 11 sind in einem Grundkörper (15) Senkungen (39) eingelassen, in denen Hülsen (40) sitzen, die mit Hülsendeckeln (41) verschlossen sind. Diese sind mit Dichtungen Hülsendeckel-Hülse (42) gedichtet. Die Hülsen können in die Senkungen dicht eingeklebt oder eingeschweißt sein. Auf diese Weise entstehen gemäß Anspruch 9 mehrere Gehäusekammern (12) im Sinne des Hauptanspruchs. In jeder dieser Gehäusekammern kann sich entweder ein in den Grundkörper eingeschraubter Gassensor (1) oder eine Trocknungspatrone (31) befinden, die gegen den Grundkörper mit Dichtungen (37), (38) gedichtet sind.
Zur Verbindung des Inneren der Gehäusekammern ist nach Anspruch 13 in den Grundkörper eine Innennut (44) eingearbeitet, die von dem Hohlraum (10), in dem der Atemgasstrom (11) fließt, durch einen Ringeinsatz (46) mit einer ersten Dichtung des Ringeinsatzes (47) und einer zweiten Dichtung des Ringeinsatzes (48) abgedichtet ist. Ausgehend von der Innennut führen Verbindungsbohrungen (45) zu dem Inneren der Gehäusekammern. Der Ringeinsatz könnte auch mit Klebstoff als Dichtmittel (47, 48) fest an seinem Platz eingeklebt werden.
Der Gaskanal (13) beginnt im Hohlraum am Eingang der Trocknungspatrone und führt durch das in der Trocknungspatrone befindliche Trocknungsmittel hindurch in die Gehäusekammer der Trocknungspatrone. Von dort gelangt das weitgehend getrocknete Atemgas durch die zugeordnete Verbindungsbohrung in die Innennut und von dort aus durch die anderen Verbindungsbohrungen in die anderen Gehäusekammern, in denen die Gassensoren sitzen. An den Enden des Hohlraums im Grundkörper der Sensorvorrichtung befinden sich Gewinde für Schraubadapter (49), die mit einer Dichtung (50) gedichtet sind. In diese Schraubadapter können beliebige Anschlüsse, beispielsweise ein Anschlussstutzen (26), dicht eingeklebt, eingeschweißt oder hartgelötet werden. Dadurch kann die Gassensorvorrichtung an beliebige Anschlussarten oder Atemschlauchdurchmesser angepasst werden, wobei durch die lösbaren Schraubadapter jederzeit eine nachträgliche Änderung ohne große Kosten möglich ist. Soll die Adaption nicht reversibel sein, und muss die Sensorvorrichtung nicht zerlegbar sein, können die benötigten Anschlüsse an den Enden des Hohlraums auch gasdicht eingeklebt werden, und die Schraubadapter (49) entfallen dann. Daher sind diese erst ein Merkmal des Anspruchs 15.
Durch die Verbindungsbohrungen und die Innennut können, in der Figur nicht dargestellt, elektrische Anschlussleitungen zu den Sensoren verlaufen. Einer oder mehrere der Hülsendeckel können über einen Schlauchanschluss (43) verfügen, um die elektrischen Anschlussleitungen der Gassensoren im Inneren eines robusten Hydraulikschlauches aus der Sensorvorrichtung herauszuführen. Die elektrischen Anschlussleitungen könnten jedoch auch durch eine später gasdicht vergossene Bohrung im Inneren des Grundkörpers verlegt werden. Wegen der vielen möglichen Varianten der Verlegung dieser Anschlussleitungen und aus Gründen der Übersichtlichkeit werden diese in den Figuren nicht dargestellt.
7 zeigt anhand des Schnittes B-b der 6, dass nicht jede Senkung im Grundkörper mit einer Hülse bestückt werden muss. Nicht benötigte Senkungen können gemäß Anspruch 14 mit einem Blindverschluss (51) versehen werden, der im Beispiel mit einer ersten Dichtung (52) gegenüber dem Äußeren und mit einer zweiten Dichtung (53) gegenüber dem Atemgas im Hohlraum (10) abgedichtet ist. Der Blindverschluss könnte aber auch gasdicht eingeklebt werden.
Die besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung gemäß der Kombination der Ansprüche 11, 13 und 14 erreicht dadurch ein außerordentlich vielseitiges Einsatzspektrum. Ausgehend von einem Materiallager mit einheitlichen Komponenten können erfindungsgemäße Sensorvorrichtungen nach Anspruch 15 mit jeder beliebigen Anzahl von Gassensoren oder Trocknungspatronen modular zusammengestellt werden.
Es ist anzumerken, dass der Grundkörper mehr als vier Seiten haben könnte, und dass auch mehrere Grundkörper vermöge der Schraubadapter miteinander verbunden werden können.
Je nach den vorhandenen Werkzeugmaschinen, dem Können der Arbeiter und dem erschwinglichen Investitionsumfang in Fertigungseinrichtungen sind eventuell auch von dieser besonders vorteilhaften Ausführung abweichende Varianten gemäß einer Kombination der Ansprüche 12, 13 und 14 wirtschaftlicher, es können beispielsweise nach Anspruch 12 die Hülsen auch mittels Schraubgewinden im Grundkörper befestigt sein, dann könnten die Hülsendeckel fest mit den Hülsen verbunden sein, etwa durch gasdichte Klebung, oder bei Großserienherstellung zusammen mit der Hülse und ihrem Gewinde in einem Spritzgussverfahren entstehen. Auch der Grundkörper könnte im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der Ringeinsatz könnte auch hier gasdicht eingeklebt werden.
Eine auf die soeben beschrieben Arten und Weisen hergestellte fertige Sensorvorrichtung kann in das Gehäuse eines Atemgerätes eingesetzt werden, oder durch entsprechende Adapter auch auf ein vorhandenes Atemgerät nachträglich und lösbar aufgesetzt werden.
Eine solche Ausführung der Erfindung, die als Zusatzgerät zu vorhandenen Atemgeräten gedacht ist, ist beispielhaft in der 8 dargestellt. Die eigentliche Sensoreinheit (55) nach den Ansprüchen 11 bis 15 ist gemäß Anspruch 20 über einen Verbindungsschlauch (56), der an den Schlauchanschluss (43) eines Hülsendeckels (41) angeschlossen ist, mit einer Auswertungseinheit (57) verbunden, die über Armbänder (58) verfügt, und die eine Anzeige (59) enthält. Ein Einatemschlauch (60) führt von der Sensoreinheit zu einem Mundstück (61), in dem sich in bekannter Weise Richtungsventile befinden, und ein Ausatemschlauch (62) führt an ein Verlängerungsrohr (63), dessen Länge vorzugsweise im wesentlichen der Höhe der Sensoreinheit entsprechen sollte, so dass die Atemschläuche im wesentlichen symetrisch verlaufen und keine lästige asymetrische Zugkraft am Mund des Benutzers verursachen. Im Beispiel erfolgt der lösbare Anschluss an das nicht dargestellte Atemgerät durch Verschraubung mit Überwurfmuttern (64).
Eine erste mögliche Variante der Erfindung in der Art nach 8 ist gemäß Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass über den Verbindungsschlauch auch ein Druckausgleich des Gehäuseinneren der Auswertungseinheit erfolgt, wobei das dort einströmende Gas ebenfalls durch das Trocknungsmittel getrocknet ist, so dass auch in der Auswertungseinheit keine Kondensation auftritt. Diese kann durch den ständigen Druckausgleich problemlos auch für höchste Umgebungsdrücke ausgelegt und abgedichtet werden.
Gerät das Innenvolumen der Auswertungseinheit hingegen zu groß, kann es nach Anspruch 22 zusammen mit dem Schlauchinneren mit einer dauerplastischen Vergussmasse vergossen werden, um das Volumen zu reduzieren, wodurch eine zweite mögliche Variante der Erfindung in der Art nach 8 entsteht.
Auf diese Weise gelingt es der Erfindung, eine sehr vorteilhafte Sensorvorrichtung für Atemgeräte zu schaffen, die sehr flexibel ist, aus einheitlichen Bauteilen vielseitig zusammengestellt und adaptiert werden kann, Kondensation in der Elektronik und an elektrischen Anschlüssen vermeidet, und dabei einen stets perfekten Druckausgleich handelsüblicher Gassensoren gewährleistet. In diesen Druckausgleich können an die Sensorvorrichtung abgeschlossene Auswertungseinheiten einbezogen werden. Durchführungen von elektrischen Leitungen durch das Gehäuse hindurch können durch den Trick mit dem Verbindungsschlauch vermieden werden. Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung für Atemgeräte daher neben den bereits erwähnten Vorteilen auch eine höhere Zuverlässigkeit des Betriebs der Gassensoren als es herkömmliche Sensorvorrichtungen vermögen.
In 9 ist beispielhaft eine Ausführung der Erfindung dargestellt, die sich besonders dann eignet, wenn nur ein einziger Gassensor in einer möglichst kompakten Sensorvorrichtung benötigt wird. Gemäß Anspruch 18 ist in einem Grundkörper (15) eine Senkung (39) eingearbeitet, in der sich eine drehbare Außenhülse (65) befindet, die durch eine Dichtung (66) gedichtet und durch einen ersten Haltebolzen (67) und einen zweiten Haltebolzen (68) im Grundkörper vor dem Herausfallen gesichert ist. Im Grundkörper und im ansonsten flachen Boden der drehbaren Außenhülse befinden sich eine oder mehrere Bohrungen als Gaskanäle (13) im Sinne des Hauptanspruchs. In um diese Bohrungen im Grundkörper verlaufende Senkungen befinden sich Dichtringe Grundkörper-Hülsenboden (69). Steht die drehbare Hülse in der gezeichneten Position, ist der Gaskanal vom Hohlraum (10) durch jede Bohrung und den ihr zugeordneten Dichtring (69) durch eine Siebscheibe (70) in das Trocknungsmittel (14) freigegeben. Dieses befindet sich nach Anspruch 16 zwischen einer sich nicht mitdrehenden Innenhülse (71) und der Außenhülse (65). Letztere kann aus transparentem Material ausgeführt sein, um einen eventuellen Farbindikator im Trocknungsmittel beobachtbar zu machen. Die Innenhülse und die Siebscheibe wird durch das Einschrauben des Gassensors (1) in das Gewinde des Grundkörpers arretiert. Die Siebscheibe soll vorzugsweise starr sein, sie kann aus einem Metallgeflecht ausgestanzt und gegen Ausfransen am Umfang und am Innenloch mit einem Blechkragen verpresst werden. Am Ende der Innenhülse ist diese vorzugsweise mit einem gelochten Verschlussstopfen (72), beispielsweise aus Weichplastik, verschlossen. Dieser Verschlussstopfen lässt zur Innenseite der drehbaren Hülse nur einen kleinen Spalt, um das Trocknungsmittel am Entweichen zu hindern. Ein eingelegter gelochter Dämmring (73) hilft dabei mit und reduziert außerdem das Totvolumen der Gehäusekammer. Durch das Loch im Verschlussstopfen und im Dämmring ist es möglich, nicht dargestellte elektrische Leitungen durch den Schlauchanschluss (43) hindurch in einen Verbindungsschlauch gemäß Anspruch 20 zu führen, an dessen Ende sich wie im Beispiel der 8 eine Auswertungseinheit befinden kann.
Durch Verdrehen der drehbaren Außenhülse kann der Gaskanal beliebig geöffnet und wieder verschlossen werden. Er ist geöffnet, wenn sich die Bohrungen im Grundkörper und im Boden der drehbaren Hülse überlappen. Er ist geschlossen, wenn sich die Bohrungen nicht überlappen, so dass die Dichtringe (69) vollständig an einem flachen Stück des Hülsenbodens anliegen.
Der Vorteil dieser Ausführung der Erfindung mit einem nach Anspruch 17 verschließbaren Gaskanal besteht darin, dass sich das Trocknungsmittel während längerer Nichtbenutzung des Atemgeräts nicht mit der darin nach einer Benutzung stets vorhandenen Restfeuchte aufsättigt. Der Verschlussvorgang des Gaskanals kann gemäß Anspruch 19 mit einem elektrischen Einund Ausschalter gekoppelt sein, um das Risiko einer Fehlbedienung zu senken.
Es sei jedoch angemerkt, dass dieses Risiko dennoch besteht. Gerade bei einem Tauchgerät kann ein Abtauchen mit geschlossenem Gaskanal durch Schädigung des Sensors fatale Folgen haben. Daher ist eine derartige Verschlussmöglichkeit des Gaskanals auch nicht in der bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen. Eine falsche Sparsamkeit bezüglich des Trocknungsmittels ist ohnehin zumeist Fehl am Platze, denn nach jedem Einsatz eines derartigen Atemgeräts muss der verbrauchte Atemkalk des Kohlendioxidabsorbers baldmöglichst gewechselt werden, und das Gerät muss zerlegt, gespült und getrocknet werden, um Bildung von Schimmel oder anderer gefährlicher pathogener Keimbesiedelungen vorzubeugen. Eine Atemkalkfüllung kostet so viel, dass ein paar Gramm Trocknungsmittel preislich nicht ins Gewicht fallen.
Den Zusatzaufwand für eine Variante der Erfindung mit verschließbarem Gaskanal kann man sich daher für die allermeisten Anwendungsfälle sparen. Diese Variante ist jedoch möglicherweise für militärische Sabotagekommandos interessant, die sich mit Tauchgeräten an ihr Ziel anschleichen, und diese dann für längere Zeit verstecken, bevor sie sich wieder unter Benutzung der Tauchgeräte davonmachen.
Die Ausführung nach Anspruch 16 alleine, ohne den verschließbaren Gaskanal nach Anspruch 18 ergäbe sich durch eine feste Verbindung der Außenhülse (65) mit dem Grundkörper (15) in der 9. Die Dichtung (66), die beiden Haltebolzen (67, 68), sowie die Dichtringe (69) können dann entfallen. Diese feste Verbindung kann als gasdichte Verklebung ausgeführt werden. Diese Variante ist beispielhaft in 11 gezeigt.
Ein nützliches Zusatzteil für den Einsatz in der Erfindung ist in 10 beispielhaft dargestellt. Dieses Zusatzteil, eine bidirektionale Ventilanordnung nach den Ansprüchen 23 und 24, kann helfen, die Aufsättigung des Trocknungsmittels während der Nichtbenutzung des Atemgeräts zu lindern.
In einem Ventilträger (74) befinden sich gemäß Anspruch 14 Pilzventile (75) aus Gummi oder einem anderen geeigneten elastischen Material sowie Druckausgleichsbohrungen (76).
An beiden Seiten des Ventilträgers sind durchlochte Deckel (77) aufgesetzt.
Ein derartiges Zusatzteil kann in den Gaskanal vor dem Trocknungsmittel eingesetzt werden, nach Anspruch 25 kann es als Bestandteil der Trocknungspatrone mit dieser vereint werden.
Solange nun kein Druckunterschied zwischen dem Atemgasstrom und der Gehäusekammer vorliegt, sind die Pilzventile geschlossen, und das Trocknungsmittel kann das verbleibende geringe Innenvolumen der Gehäusekammer vollständig trockenlegen, ohne dabei übermäßig beansprucht zu werden. Dies gilt auch für Phasen nach der Benutzung des Atemgeräts.
Bei einem geringen Druckunterschied während der Benutzung des Atemgeräts öffnet eines der Pilzventile und läßt eben so viel Gas überströmen, bis ein Druckausgleich wieder hergestellt ist, worauf das Pilzventil schließt. Grundsätzlich kann jede Variante der Erfindung mit einem solchen Zusatzteil ausgerüstet werden. Allerdings ist gerade bei Tauchgeräten der Nutzeffekt eher gering, die Druckwechsel sind hier zu stark und zu häufig, um dem Trocknungsmittel längere Ruhepausen zu gönnen, und nach einem Tauchgang sollte es ohnehin gewechselt werden.
Ohne eigene Figur sei nun ein Weg aufgezeigt, wie bei solchen Anwendungen der Erfindung, bei denen ein stärkerer Kondenswasserschwall zum Gaskanal nicht durch zweckmäßige Anordnung des Gaskanals vermeidbar ist, dennoch verhindert werden kann, dass der Kondenswasserschwall in das Trocknungsmittel gelangt. Zur Lösung dieses Problems wird nach Anspruch 26 der Einsatz einer porösen wasserabweisenden Membrane vorgeschlagen, die gas- und wasserdampfdurchlässig ist, die jedoch kein Wasser durchlässt.
Solche Membranen sind aus hochwertigen wetterfesten Bekleidungsstücken allgemein bekannt. Der Handel bietet auch selbstklebende Ausführungen an, die speziell dazu gedacht sind, Druckausgleichsbohrungen in Gehäusen wasserdicht zu machen.
Eine solche Membrane kann gemäß Anspruch 26 auch in dieser Erfindung nützlich eingesetzt werden, indem sie einfach über die Bohrungen der Gaskanäle geklebt wird, oder in die Trocknungspatrone einsetzt wird, oder an einer anderen geeigneten Stelle, etwa dem Kammerboden, aufgeklebt wird, wodurch größere Flächen der Membrane realisiert werden können.
Diese Lösung ist jedoch nur ein sehr untergeordneter Anspruch, um den möglichen Weg zu offenbaren, denn auch ein in die Mündung des Gaskanals innerhalb des vom Atemgas durchströmten Hohlraums eingesetztes Röhrchen kann bei Bedarf die Aufgabe, bloß einen Wasserschwall abzuhalten, recht gut erfüllen. Es ist jedoch beim derzeitigen Stand der Entwicklung noch nicht absehbar, ob es nicht doch gelingen kann, die Erfindung durch die Ausrüstung mit wasserabweisenden Membranen gemäß Anspruch 26 auch gegen totale innere Überflutung des Atemgeräts soweit robust zu machen, dass dieses nach Ausdrücken des eingedrungenen Wassers mittels Druckgas wieder seine Sollfunktionen aufweist. Insbesondere bei Tauchgeräten wäre das wünschenswert, der Winter verhinderte jedoch leider Versuche in der Praxis.
Anspruch 27 schließlich zeigt einen Weg auf, wie bisweilen schwierig abzudichtende elektrische Zuleitungen zu einer Anzeigeeinheit im Gesichtsfeld des Benutzers, eines sogenannten „Head-Up-Displays", durch rein optische Mittel ersetzt werden können, um die vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung, eben solche schwierig abzudichtende elektrische Zuleitungen vermeiden zu können, nicht zu verlieren.
Hierzu wird irgendein Gehäuseteil der Gassensorvorrichtung aus einem transparenten Material angefertigt. Eine im geschützten Inneren der Gassensorvorrichtung zweckmäßig angebrachte Lichtquelle, beispielsweise eine lichtstarke mehrfarbige Leuchtdiode, beleuchtet durch das transparente Gehäuseteil hindurch eine optische Lichtleitung, die an der Außenseite des Gehäuses mit geeigneten Mitteln, beispielsweise durch Einkleben in ein Sackloch, befestigt werden kann. Diese optische Lichtleitung kann entlang eines Atemschlauches verlegt werden, an einer geeigneten Stelle von diesem abzweigen, und zu einer im Gesichtsfeld des Benutzers befestigten Mattscheibe führen, es bietet sich hierzu ein unter Wärme gebogener transparenter Kunststoffstab an, dessen erstes Ende aufgeraut ist, und in dessen zweitem Ende wieder ein Sackloch sitzt, in dem die Lichtleitung eingeklebt ist. Für den Kunststoffstab kann am Helm oder an der Schutzbrille des Benutzers eine geeignete lösbare Halterung geschaffen werden, etwa durch eine Schnappverbindung oder durch eine elastische Aufnahme, in die der Kunststoffstab einfach hineingesteckt wird. Der Kunststoffstab kann auch an einem Stirnband befestigt sein. Eine handelsübliche Lichtleitung aus einer Plastikfaser kann durch eine aufgeschobene elastische Schutzhülle sehr robust gemacht werden, ohne dass die Bequemlichkeit des Benutzers leidet. Auf diese Weise gelingt es, ein optisches Signal aus der erfindungsgemäßen Sensoreinheit heraus zum Auge des Benutzers zu führen, ohne dass dieser Zusatz die Vorteile der Erfindung verdirbt.
Literatur

[1] G. Haux, „Tauchtechnik", Band 1, Seite 12-44 Springer Verlag, Jahreszahl unbekannt, Referenzexemplar aus der Bibliothek des Deutschen Museums München.
[2] U.S. Patent 3252458
[3] Atlantis I Mischgas Kreislauftauchgerät Gebrauchsanweisung, Dräger Uwatec Instruments GmbH Tauchsportvertrieb, Murgtalstraße 28, D-79736 Rickenbach-Hottingen
[4] „Taucht nicht – eklatante Ausrüstungsmängel setzen Kampfschwimmer der Bundesmarine außer Gefecht", Nachrichtenmagazin DER SPIEGEL, Nr. 21, 2001, Seite unbekannt.
[5] Zeitschrift „Tauchen", Nr. 10, Oktober 2002, S. 95, Jahr – Verlag Hamburg
[6] Europäisches Patent EP 0819936

1: Gassensor
2: gasempfindliche Vorderseite des Gassensors
3: Rückseite des Gassensors
4: elektrische Anschlüsse des Gassensors
5: Leiterplatte
6: Elektrolytkammer
7: Druckausgleichsmembrane
8: Dichtung der Druckausgleichsmembrane
9: eingepresster Metallring
10: Hohlraum (vom Atemgas durchströmt)
11: Atemgasstrom
12: Gehäusekammer
13: Gaskanal (für den Druckausgleich der Gehäusekammer)
14: Trocknungsmittel
15: Grundkörper (zur Befestigung der Gassensoren)
16: Gehäuserohr des Atemgeräts
17: Kammerboden
18: Dichtung Kammerboden – Gehäuserohr
19: Kammerdeckel
20: Dichtung Kammerdeckel – Gehäuserohr
21: Dichtung Kammerdeckel – Grundkörper
22: Schraubring
23: Verbindungsrohr
24: Dichtung Kammerdeckel – Verbindungsrohr
25: Gehäusedeckel
26: Anschlussstutzen, einatemseitig
27: Anschlussstutzen, ausatemseitig
28: Dichtung Gehäusedeckel – Gehäuserohr
29: Schraubgewinde
30: Trennwand
31: Trocknungspatrone (enthält Trocknungsmittel)
32: Gehäuse der Trocknungspatrone
33: Siebscheibe
34: Beilagscheibe
35: Sicherungsring
36: Schraubgewinde
37: Dichtung der Trocknungspatrone
38: Dichtung des Gassensors
39: Senkung
40: Hülse
41: Hülsendeckel
42: Dichtung des Hülsendeckels
43: Schlauchanschluss
44: Innennut
45: Verbindungsbohrung
46: Ringeinsatz
47: erste Dichtung des Ringeinsatzes
48: zweite Dichtung des Ringeinsatzes
49: Schraubadapter
50: Dichtung des Schraubadapters
51: Blindverschluss
52: erste Dichtung des Blindverschlusses
53: zweite Dichtung des Blindverschlusses
54: Sackloch
55: Sensoreinheit
56: Verbindungsschlauch
57: Auswertungseinheit
58: Armband
59: Anzeige
60: Einatemschlauch
61: Mundstück
62: Ausatemschlauch
63: Verlängerungsrohr
64: Überwurfmutter
65: Außenhülse
66: Dichtung der Außenhülse
67: erster Haltebolzen
68: zweiter Haltebolzen
69: Dichtung Grundkörper – Hülsenboden
70: Siebscheibe
71: Innenhülse
72: Verschlussstopfen
73: Dämmring
74: Ventilträger
75: Pilzventil
76: Druckausgleichsbohrung
77: Deckel

Claims

Gassensorvorrichtung für Atemgeräte, bestehend aus – einem Grundkörper (15), – mindestens einem Gassensor (1), – mindestens einer Gehäusekammer (12), wobei gilt, – dass der Grundkörper mindestens einen Hohlraum (10) aufweist, – dass in dem Hohlraum ein Atemgasstrom (11) fließt, – dass der Gassensor so mit dem Grundkörper verbunden ist, – dass die gasempfindliche Seite (2) des Gassensors dem Atemgasstrom ausgesetzt ist, – dass der Gassensor von der Gehäusekammer umgeben ist, – dass in der Gehäusekammer weitgehend derselbe Gasdruck herrscht wie im Atemgasstrom, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Trocknungsmittel (14) vorhanden ist, – dass mindestens ein Gaskanal (13) vorhanden ist, der Atemgas in die Gehäusekammer führt, – dass die Gehäusekammer bis auf den Gaskanal weitgehend gegen den Atemgasstrom abgedichtet ist, so – dass der Gaskanal nur bei Druckausgleichsvorgängen zwischen dem Atemgasstrom und der Gehäusekammer durchströmt wird, – dass das Trocknungsmittel und der Gaskanal so angeordnet sind, dass das durch den Gaskanal in die Gehäusekammer einströmende Atemgas das Trocknungsmittel durchströmt, – dass das Trocknungsmittel dem einströmenden Atemgas Feuchtigkeit entzieht, – wobei das eingeströmte Gas so weit getrocknet wird, dass es am Gassensor keine Kondensation mehr bildet.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsmittel lose in die Gehäusekammer eingefüllt ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekammer gebildet wird zwischen – einem Kammerboden (17) , – einem Kammerdeckel (19) , – einer Außenfläche des Grundkörpers, – einer Innenfläche eines Gehäuserohres (16) des Atemgeräts, – Dichtungsmittel (18), (20), (21), (24) vorhanden sind, um die so gebildete Gehäusekammer gegen den Atemgasstrom abzudichten.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (16) aus transparentem Material ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Trennwände (30) innerhalb der Gehäusekammer so angeordnet sind, dass sich die erforderliche Füllmenge des Trocknungsmittels verringert.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Trocknungsmittel in einer Trocknungspatrone (31) befindet.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungspatrone so mit dem Grundkörper verbunden ist, dass eine in ihr Inneres zum Trocknungsmittel führender Gaskanal dem Atemgasstrom ausgesetzt ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekammer gebildet wird zwischen – einem Kammerboden (17), – einem Kammerdeckel (19) , – einer Außenfläche des Grundkörpers, – einer Innenfläche eines Gehäuserohres (16) des Atemgeräts, – dass Dichtungsmittel (18) , (20) , (37) , (38) vorhanden sind, um die so gebildete Gehäusekammer gegen den Atemgasstrom abzudichten.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass um einen Grundkörper mehrere Gehäusekammern gebildet sind, – dass jeder Gassensor und jede Trocknungspatrone von einer der Gehäusekammern umgeben ist, – dass die Gassensoren und die Trocknungspatronen lösbar mit dem Grundkörper verbunden sind, – dass diese Verbindungsstellen über Dichtmittel verfügen, so dass kein Atemgas aus dem Hohlraum des Grundkörpers durch die Verbindungsstellen dringt, – dass die Innenräume dieser Gehäusekammern über Verbindungskanäle untereinander verbunden sind, so – dass das Atemgas vom Hohlraum des Grundkörpers über den Gaskanal in die Trocknungspatrone einströmen kann, von dort aus in die Gehäusekammer mit der Trocknungspatrone strömen kann, und von dort aus über die Verbindungskanäle in die anderen Gehäusekammern strömen kann.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Gehäusekammern jeweils gebildet werden zwischen – einer Außenfläche des Grundkörpers, – der Innenfläche einer Hülse (40), – der Innenfläche eines Hülsendeckels (41) – wobei die Hülse mit dem Grundkörper verbunden ist, – der Hülsendeckel mit der Hülse verbunden ist, – und dass Dichtungsmittel (42) verhanden sind, um die Gehäusekammer abzudichten.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, – dass die Hülsen in Senkungen (39) im Grundkörper gasdicht unlösbar befestigt sind, – dass die Senkungen am Radius eine glatte Innenfläche aufweisen, – dass die Hülsendeckel (41) als lösbare Deckel ausgeführt sind, – dass ein Dichtmittel (42) die Hülse gegen die Hülsendeckel abdichtet.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, – dass die Hülsen in Gewindebohrungen im Grundkörper eingeschraubt sind, – dass ein Dichtungsmittel diese Schraubverbindung abdichtet, – dass die Hülsendeckel unlösbar und gasdicht mit den Hülsen verbunden sind.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, – dass im Grundkörper eine Innennut (44) verläuft, – dass in den Hohlraum des Grundkörpers ein Ringeinsatz (46) eingesetzt ist, der die Innennut abdeckt, – dass der eingesetzte Ringeinsatz über Dichtmittel (47, 48) verfügt, welche die Innennut gegen den Hohlraum abdichten, – dass von der Innennut jeweils mindestens eine Verbindungsbohrung (45) in die Gehäusekammern führt, so – dass aus der Innennut, der Außenseite des Ringeinsatzes, und den Verbindungsbohrungen die Verbindungskanäle im Sinne des Anspruchs 9 gebildet sind.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, – dass nicht mit Hülsen bestückte Senkungen aus Anspruch 11 oder Gewindebohrungen im Grundkörper aus Anspruch 12 mit Blindverschlüssen (51) verschlossen sind, – dass Dichtmittel (52, 53) den Blindverschluss abdichten.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, – dass sie nach einem Baukastensystem aus einheitlich hergestellten Lagerteilen zusammengestellt wird, – dass auswechselbare Schraubadapter (49) vorhanden sind.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Gehäusekammer durch eine in den Grundkörper eingesetzte Außenhülse (65) mit einem Hülsendeckel (41) gebildet ist, – dass sich innerhalb der so gebildeten Gehäusekammer eine Innenhülse (71) befindet, so – dass sich ein Zwischenraum zwischen der Außenhülse (65) und der Innenhülse (71) bildet, – dass dieser Zwischenraum mit dem Trocknungsmittel gefüllt ist, – dass der Gaskanal vom Hohlraum des Grundkörpers in den Zwischenraum führt, – dass sich ein Gassensor im Inneren der Innenhülse befindet.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal reversibel verschließbar ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, – dass die Außenhülse drehbar ausgeführt ist, – dass sie einen flachen Boden mit einer zentrischen Bohrung hat, – dass der oder die Gaskanäle im Grundkörper als Bohrungen ausgeführt sind, – dass ein gleichartiges Bohrmuster im Boden der Außenhülse ist, – dass um jeden Gaskanal im Grundkörper in einer Senkung ein Dichtring (69) angeordnet ist, – dass bei geöffneten Gaskanälen die Außenhülse so gedreht ist, dass sich die Bohrungen der Gaskanäle im Grundkörper und die Bohrungen im Boden der Außenhülse überdecken, und das Atemgas durch diese Bohrungen und den Innenloch des Dichtrings zum Trocknungsmittel strömen kann, – dass bei geschlossenen Gaskanälen die Außenhülse so gedreht ist, dass der Dichtring gegen den flachen Boden der Außenhülse an einer Stelle dicht anliegt, wo sich keine Bohrung in der Außenhülse befindet.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, – dass der Öffnungs- und Verschlußvorgang des Gaskanals mit einem Ein- oder Ausschalter für die Elektronik des Atemgeräts gekoppelt ist, so – dass die Elektronik bei geschlossenem Gaskanal ausgeschaltet ist, – dass die Elektronik bei geöffnetem Gaskanal eingeschaltet ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Gehäusekammer (12) über einen Verbindungsschlauch (56) mit dem Gehäuseinneren einer Auswertungseinheit (57) verbunden ist, – dass in dem Verbindungsschlauch von den Gassensoren kommende elektrische Leitungen zu der Auswertungseinheit verlaufen.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass über den Verbindungsschlauch ein Druckausgleich des Gehäuseinneren der Auswertungseinheit mit der Gehäusekammer erfolgt.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsschlauch und das Gehäuseinnere der Auswertungseinheit mit einer dauerplastischen Vergussmasse gefüllt sind.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass dem Trocknungsmittel eine bidirektionale Ventilanordnung vorgeschaltet ist, so – dass die Ventile bei einem Druckausgleich zwischen dem Hohlraum und der Gehäusekammer geschlossen sind, und – dass die Ventile bei einem Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und der Gehäusekammer geöffnet sind.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Ventilanordnung aus – einem Ventilträger (74) – mindestens zwei Pilzventilen (75) – mindestens zwei Druckausgleichsbohrungen (76) besteht, – wobei jede Druckausgleichsbohrung durch eines der Pilzventile abgedeckt ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Ventilanordnung mit der Trocknungspatrone zu einer Einheit zusammengefasst ist.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass eine wasserundurchlässige Membrane, – die gasdurchlässig ist, – im oder vor dem Gaskanal so angeordnet ist, – dass kein Wasser in das Trockenmittel gelangt.
Gassensorvorrichtung für Atemgeräte nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, bei der schwierig abzudichtende elektrische Zuleitungen zu einer Anzeigeeinheit im Gesichtsfeld des Benutzers vermieden sind, dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens ein Gehäuseteil der Gassensorvorrichtung aus einem transparenten Material besteht, – dass im Inneren dieses Gehäuseteils eine elektrisch steuerbare Lichtquelle angeordnet ist, – dass an der Außenseite des Gehäuses eine optische Lichtleitung befestigt ist, – dass Signale der Sensorvorrichtung über die steuerbare Lichtquelle durch das transparente Gehäuseteil hindurch über die Lichtleitung zu der Anzeigeeinheit im Gesichtsfeld des Benutzers gelangen.