DE19625272A1 - Atemgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Atemgerät für die Verwendung unter Wasser oder in einer nicht zum Atmen geeigneten Umgebung und umfaßt eine Atemmaske, ein Mundstück oder ähnliches, einen Atmungskreislauf mit einem volumetrisch variablen Gasspeicher, der mit der Maske oder dem Mundstück verbunden ist, und einer Meßflasche, die mit dem Kreislauf über eine Ventilvor­ richtung verbunden ist, welche abwechselnd die Meßfla­ sche mit einer Quelle frischen Atemgases zum Füllen der Flasche und mit dem Kreislauf zum Leeren der Flasche verbindet.

Vorrichtungen der aufgeführte Art werden unter anderem in den schwedischen Patenten 7502855-5 und 7612476-7 beschrieben. Bei den bekannten Vorrichtungen erfolgt das Atmen in einem abgeschlossenen Atmungskreislauf, bis der Benutzer ein vorgegebenes Volumen ventiliert hat. Während dies erfolgt, wird die Meßflasche von einer Quelle für Atemgas gefüllt. Wenn das ventilierte Volumen eine vorgegebene Menge erreicht hat, wird das in der Flasche gespeicherte Atemgas dem Atmungskreis­ lauf zugeführt. Das überschüssige Volumen, das hierbei in den Atmungskreislauf eintritt, wird in die Umgebung abgelassen. Ein neuer Atmungszyklus wird hierauf ge­ startet, wobei gleichzeitig die Flasche wiederum mit Atemgas gefüllt wird. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Austausch des ver­ brauchten Atemgases durch frisches Atemgas in vorge­ gebenen Intervallen stattfindet, woraus sich ergibt, daß bei jeder Gelegenheit vergleichsweise große Gasvo­ lumina ausgetauscht werden müssen. Das heißt, daß der Sauerstoffgehalt im Atmungskreislauf stark variiert, wobei sich - übertragen auf eine graphische Darstellung - ein im wesentlichen sägezahnähnlicher Verlauf ergibt. Der Sauerstoffgehalt sinkt im wesentlichen linear von einem Füllzyklus zum nächsten und steigt plötzlich an, wenn neues Gas zugeführt wird. Diese große Veränderung der Atemgasqualität kann problematisch werden, ins­ besondere bei Ausführung einer Arbeit mit hohem Ener­ giebedarf nahe der Oberfläche.

Ein anderer Nachteil liegt darin, daß vergleichsweise große Gasvolumina, die sehr schnell bei jeder Gelegen­ heit ersetzt werden müssen, zu großen Fließgeschwindig­ keiten unter gleichzeitiger Geräuschentwicklung führen. Dies ist unter anderem beispielsweise beim Minensuchen ein Problem.

Darüberhinaus kann das gleichzeitige Zuführen einer großen Menge frischen Gases das Risiko mit sich bring­ en, daß ein vergleichsweise großer Anteil direkt zusam­ men mit dem verbrauchten Atemgas nach außen abgeführt wird.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da­ rin, ein Atemgerät der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem unter anderem die Proble­ me vermieden werden, die mit den großen Änderungen des Sauerstoffgehaltes und dem Ersetzen vergleichsweise großer Gasmengen bei jeder Gelegenheit zusammenhängen. Durch Reduzierung der Gasmengen kann die Gasdurchfluß­ rate reduziert werden, wodurch die Geräuschentwicklung ebenfalls herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird in Übereinstimmung mit der vorlie­ genden Erfindung gelöst durch ein Atemgerät der ein­ gangs geschilderten Art, bei dem das Messen einer vor­ gegebenen Menge frischen Atemgases bei jeder Atmung und in geeigneter Weise in Abhängigkeit vom eingeatmeten Volumen erfolgt.

Besondere Merkmale einer Atemvorrichtung der eingangs geschilderten Art bestehen erfindungsgemäß darin, daß die Ventilvorrichtung zum Regulieren des Füllens und Leerens der Meßflasche in Reaktion auf den Atmungszyk­ lus so angeordnet wird, daß das frische Atemgas dem Atmungskreislauf während jedes Zyklus zugeführt wird.

Mit einer solchen Vorrichtung läßt sich erreichen, daß die Sauerstoffgehaltunterschiede im Atmungskreislauf sehr klein sind und daß nur eine kleine Menge frischen Atemgases während jedes Atmungszyklus zugeführt werden muß. Dies führt dazu, daß die Geräuschentwicklung auf­ grund hoher Durchflußraten beseitigt oder zumindest stark reduziert werden kann und daß die Menge des bei jeder Gelegenheit abgeführte Gases gering gehalten werden kann.

Bevorzugterweise ist die Ventilvorrichtung so angeord­ net, daß der Füllgrad der Meßflasche in Reaktion auf das eingeatmete Volumen eingestellt wird. Das Volumen des zugeführten frischen Gases bezogen auf jedes At­ mungsvolumen wird hierdurch im wesentlichen konstant gehalten.

Andere charakteristische Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen; hierbei zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsge­ mäßes Atemgerät mit einer neuen Art einer Ven­ tilvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Verhältnisse zwischen den einzelnen Größen darstellt.

In Fig. 1 ist eine Atemmaske des Bezugszeichen 1 be­ zeichnet und mit einem Atmungskreislauf 2 verbunden, der unter anderem drei Rückschlag- oder Regulierventile 3, 4 und 5 und einen Absorptionsapparat 6 zum Absorbie­ ren von Kohlendioxid aufweist. Aufgrund dieser Ventile kann das Atemgas nur in Richtung der in der Figur ange­ führten Pfeile fließen. Eine volumetrisch variable Vor­ richtung in der Form eines Faltenbalgs 7 ist ebenso mit dem Kreislauf 2 verbunden. Beim dargestellten Beispiel kann die bewegliche Wand 18 des Faltenbalgs zwischen 0 und 32 Grad bewegt werden.

Ein Behälter mit frischem Atemgas ist durch das Bezugs­ zeichen 9 gekennzeichnet und enthält üblicherweise eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff. Das Atemgas kann über einen ersten Druckregler 10 zugeführt werden, der den Druck auf ungefähr 10 bar herabsetzt, einen zweiten Regler 11 zum Absenken des Drucks auf ungefähr 3 bar und eine Ventilvorrichtung 12.

Die dargestellte Ventilvorrichtung 12 beinhaltet ein zylindrisches Ventilgehäuse 13 mit einer Einlaßöffnung 14 sowie einer Auslaßöffnung 15 zum Zuführen des Atem­ gases zum Kreislauf 2 über eine Leitung 16, wobei darü­ berhinaus eine Leitung 27 vorhanden ist, die eine Kam­ mer 28 innerhalb des Gehäuses mit einer Meßflasche 26 verbindet.

Das Gehäuse 13 nimmt einen Kolben 17 auf, der sich als Reaktion auf die Bewegung der beweglichen Wand 18 des Faltenbalges 7 bewegt, wobei diese Bewegung auf den Kolben durch ein Kopplungssystem 19 so übertragen wird, daß ein Reduzieren des Öffnungswinkels des Faltenbalges dazu führt, daß sich der Kolben im entsprechenden Aus­ maß in das Gehäuse bewegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist unterhalb des Kolbens 17 ein Schieber 20 vor­ gesehen, der mit dem Kolben über eine Feder 21 zusam­ menwirkt, wobei die Unterseite des Schiebers die obere Begrenzung der Kammer 28 bildet. Unterhalb des Schie­ bers befindet sich ein Ventilmittel 22, das in einer querverlaufenden Zwischenwand des Gehäuses derart an­ geordnet ist, daß es nach oben und unten beweglich ist. Das obere Ende des Ventilmittels 22 ist so ausgebildet, daß es mit einer Sitzfläche an der Mündung einer Öffnung 25 im Schieber zusammenwirkt, während dessen unteres Ende so ausgebildet ist, daß es mit einer Sitzfläche auf der Unterseite der Wand zusammenwirkt, so daß hierdurch ein Kanal 24 durch die Wand verschlos­ sen wird, wobei das Zusammenwirken unter Druckbetäti­ gung durch das frische Atemgas, das in das Gehäuse 13 an einer Leitung 23 über die Einlaßeröffnung 14 ein­ tritt, erfolgt. Die Oberseite der Wand bildet die unte­ re Begrenzung der Kammer 28.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet in der nach­ folgend beschriebenen Art und Weise:

Beginnend mit dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszu­ stand, bei dem der Faltenbalg 7 mit Gas gefüllt ist, wird unterstellt, daß der Träger der Atemmaske 1 ein­ atmet. Hierauf wird Gas aus dem Faltenbalg 7 gezogen, woraus eine Bewegung dessen Wand 18 resultiert, welche über das Kopplungssystem 19 auf den Kolben 17 übertra­ gen wird, um letzteren eine entsprechende Distanz in das Gehäuse 13 hineinzubewegen. Der Schieber 20 bewegt sich gleichzeitig unter Einwirkung der Feder 21 nach unten und gelangt in Wirkverbindung mit dem oberen Ende des Ventilmittels 22. letzteres ist zur Veranschauli­ chung und der Einfachheit halber in einer Zwischenposi­ tion dargestellt. Nach dem Einatmen verschließt das obere Ende des Ventilmittels 22 die Öffnung 25, die sich durch den Schieber erstreckt, während das untere Ende des Ventilmittels 22 dessen Sitzfläche verlassen und folglich den Kanal 24 geöffnet hat.

Hierdurch wird es dem frischen Atemgas ermöglicht, in die Gehäusekammer 28 über die Leitung 23 und den Kanal 24 und von der Kammer über die Leitung 27 in die Meß­ flasche 26 zu fließen. Wenn der Druck in der Kammer 28 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, überwindet er die Vorspannung der Feder 21 und den Druck in der Leitung 26, der auf die Oberseite des Schiebers 20 einwirkt, wodurch die Bewegung des Schiebers bezogen auf die Figur nach oben verursacht wird. Das Ventilmittel 22 be­ wegt sich ebenfalls, um dieser Bewegung zu folgen, unter anderem aufgrund des Druckes, der auf die untere Oberfläche des Ventilmittels einwirkt, bis der Kanal 24 geschlossen ist. Hierdurch gelangen das obere Ende des Ventilmittels und der Schieber in Wirkverbindung, wo­ durch der Kanal 25 durch den Ventilschieber geöffnet wird.

Das der Meßflasche 26 zugeführte Gas fließt hierauf über die Leitung 27, die Öffnung 25 und die Leitung 16 in den Atemkreislauf 2 und füllt zusammen mit dem Aus­ atmen des Maskenträgers wiederum den Faltenbalg maximal auf, wodurch das Ventil 8 geöffnet wird und eine der Menge des frischen eingelassenen Gases entsprechende Menge des verbrauchten Atemgases ausgestoßen wird.

Bei der nächsten Einatmung wird dieses frische Gas zu­ erst eingeatmet, wodurch praktisch kein frisches Gas verschwendet wird.

Dieser beschriebene Ablauf wiederholt sich bei jedem neuen Atemvorgang. Da der Kolben 17 in Reaktion auf das jeweilige Atemvolumen unterschiedlich weit in das Ge­ häuse 13 gedrückt wird, nimmt die Vorspannung der Feder 21, die mit Hilfe des Druckes in der Kammer 28 überwun­ den werden muß, um den Schieber 20 zu bewegen und die Verbindung zwischen der Flasche 26 und dem Atemkreis­ lauf 2 herzustellen, in Abhängigkeit der jeweiligen Zustellgröße des Kolbens zu. Dies zeigt, daß mit An­ steigen des Atemvolumens der Druck, der in der Meßfla­ sche 26 aufgebaut wurde, und hierdurch ebenfalls die in ihr gespeicherte Gasmenge ansteigt. Hierdurch ergibt sich demnach eine automatische Einstellung der Menge des zugeführten frischen Atemgases in Relation zu dem Atemvolumen. Hieraus resultiert unter anderem, daß der Sauerstoffgehalt im Atemkreislauf unabhängig vom Atem­ volumen im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Das Verhältnis zwischen Atemvolumen, dem sogenannten "tidal volume", und dem Druck in der Meßflasche 26 ist in Fig. 2 dargestellt. Dort ist ebenso der dem jeweiligen Atemvolumen entsprechende Faltenbalgwinkel dargestellt. Aus dem Diagramm ergibt sich, daß ein Atemvolumen von zwei Litern den Faltenbalgwinkel von 32 auf 16 Grad reduziert, woraus sich ein Anstieg des Druckes in der Meßflasche von einem Überdruck von 1,4 auf 2,2 bar ergibt. Die dargestellte Vorrichtung ist für ein maximales Atemvolumen von 4 Litern vorgesehen, wobei eine Atmung von 4 Litern den Faltenbalg komplett leeren wird, das heißt daß hierbei der Winkel 0 Grad beträgt. Die Feder wird hierbei in einem solchen starken Ausmaß zusammengedrückt, daß die Meßflasche 26 auf einen Überdruck von 3 bar aufgefüllt werden muß, bevor der Druck ausreicht, um die Federvorspannung zu überwinden und den Ventilschieber 20 zu bewegen, so daß die Öffnung 25 zum Atemkreislauf wieder geöffnet wird.

Bei der Verwendung des beschriebenen Gerätes ergibt sich folglich, daß eine vorgegebene Menge frischen Atemgases, die durch das Atemvolumen festgelegt wird, dem Atemkreislauf während jedes Atmungszyklus zugeführt wird. Das Volumen dieser Menge ist vergleichsweise klein und dementsprechend können bisherige Probleme, die unter anderem mit der Geräuschentwicklung zusammen­ hängen, reduziert werden.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzug­ tes Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedoch kann sie in verschiedenen Beziehungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche variiert werden. Demgemäß kann der Fal­ tenbalg 7 durch ein anderes variables Volumengerät er­ setzt werden, wie zum Beispiel durch einen Atemsack oder ähnliches. Der Volumenabfall darin kann auf einen Kolben 17 oder ähnliches auch in anderer Weise als durch das dargestellte Kopplungssystem übertragen wer­ den. Das Ventilgerät 12 kann ebenso bezüglich verschie­ dener Details unter Beibehaltung der oben beschriebenen Funktion variiert werden.

Darüberhinaus kann die Funktion der oben beschriebenen Vorrichtung umgekehrt werden, das heißt die Meßflasche wird während der Ausatmung gefüllt und während der Ein­ atmung geleert. In diesem Fall kann das Kopplungssystem 19 zum Beispiel derart angeordnet werden, daß der Ven­ tilschieber 20 beim Ein- und Ausatmen in die verglichen mit den oben beschriebenen Richtungen entgegengesetzten Richtungen bewegt wird. Hierdurch ergibt sich, daß das Messen auch von der Tiefe abhängt, wenn die Vorrichtung unter Wasser verwendet wird.

Claims (8)

1. Atemgerät zur Verwendung unter Wasser oder in einer Nichtatmungsatmosphäre und mit einer Atemmaske (1), ei­ nem Mundstück oder ähnlichem, einem Atmungskreislauf (2) mit einem volumetrisch variablen Gasspeicher (7), der mit der Maske oder dem Mundstück verbunden ist, und einer Meßflasche (26), die mit dem Kreislauf (2) über eine Ventilvorrichtung (12) verbunden ist, welche ab­ wechselnd die Flasche mit einer Quelle (9) für frisches Atemgas zum Füllen der Flasche und mit dem Kreislauf zum leeren der Flasche verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (12) angepaßt ist zum Regu­ lieren des Füllens und Leerens der Meßflasche (26) in Reaktion auf den Atmungszyklus, so daß das frische Atemgas während jedes Atmungszyklus zum Atmungskreis­ lauf (12) zugeführt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (12) zum Einstellen der Füll­ menge der Meßflasche (26) in Reaktion auf das Atemvolu­ men vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (12) einen druckgesteuerten Schieber (2) beinhaltet, der eingestellt ist, die Ver­ bindung (27, 25, 16) zwischen der Meßflasche (26) und dem Atmungskreislauf (2) bei einem durch das Atemvolu­ men festgelegten Druck in der Flasche zu öffnen.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (20) angeordnet ist zum Öffnen der Verbindung, indem er durch den Druck in der Meßfla­ sche (26), der gegen die Vorspannung einer Feder (21) wirkt, verschoben wird, wobei die Vorspannung mit stei­ gendem Atemvolumen ansteigt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Feder und hierdurch die Federvor­ spannung, welche durch den Druck in der Flasche (26) überwunden werden muß, in Reaktion auf die Bewegung eines Teils (18) des volumetrisch variablen Gasspei­ chers (7) variiert, wobei die Bewegung durch die Einat­ mung bestimmt wird.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche (26) über einen Kanal (24) in Verbin­ dung mit der Quelle (9) für Atemgas bringbar ist, wel­ che durch einen Abschnitt eines Ventilmittels (22) ver­ schließbar ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (22) dazu vorgesehen ist, sich von einem Ventilsitz abzuheben, um den Kanal (24) nachfol­ gend auf die Bewegung des Ventilschiebers (20) zu öff­ nen, wobei das Einatmen diese Bewegung hervorruft.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (22) so angepaßt ist, daß es bei Betätigung durch den Ventilschieber (20) eine Öffnung (25) durch den Schieber schließt und hierdurch die Ver­ bindung zwischen der Meßflasche (26) und dem Atmungs­ kreislauf (2) unterbricht.