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Die
Erfindung betrifft ein Atemgerät
für die Verwendung
unter Wasser oder in einer Nichtatmungsatmosphäre mit einer Atemmaske oder
einem Mundstück,
einem Atmungskreislauf mit einem volumetrisch variablen Gasspeicher,
der mit der Atemmaske oder dem Mundstück verbunden ist, einer Messflasche,
die mit dem Atmungskreislauf über eine
Ventilvorrichtung verbunden ist, einem Kopplungssystem zwischen
einem beweglichen Teil des Gasspeichers und der Ventilanordnung,
um diese zu betätigen,
wobei die Ventilvorrichtung abwechselnd die Messflasche mit einer
Quelle für
frisches Atemgas zum Füllen
der Messflasche und mit dem Atmungskreislauf zum Leeren der Messflasche
verbindet.
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Atemgeräte der aufgeführten Art
werden unter anderem in den Offenlegungsschriften
DE 27 49 441 A1 und
DE 26 10 509 A1 beschrieben.
Bei den bekannten Atemgeräten
erfolgt das Atmen in einem abgeschlossenen Atmungskreislauf, bis
der Benutzer ein vorgegebenes Volumen ventiliert hat. Während dies
erfolgt, wird eine Messflasche von einer Quelle für Atemgas
gefüllt.
Wenn das ventilierte Volumen eine vorgegebene Menge erreicht hat,
wird das in der Messflasche gespeicherte Atemgas dem Atmungskreislauf
zugeführt.
Das verbrauchte Atemgas wird in die Umgebung abgelassen. Ein neuer
Atmungszyklus wird hierauf ge startet, wobei gleichzeitig die Messflasche
wiederum mit Atemgas gefüllt wird.
Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass der
Austausch des verbrauchten Atemgases durch frisches Atemgas in vorgegebenen Intervallen
stattfindet, woraus sich ergibt, dass bei jeder Gelegenheit vergleichsweise
große
Gasvolumina 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, insbesondere bei Ausführung einer Arbeit mit hohem
Energiebedarf nahe der Oberfläche.
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Ein
anderer Nachteil liegt darin, dass vergleichsweise große Gasvolumina,
die sehr schnell bei jeder Gelegenheit ersetzt werden müssen, zu großen Fließgeschwindigkeiten
unter gleichzeitiger Geräuschentwicklung
führen.
Dies ist unter anderem beispielsweise beim Minensuchen ein Problem.
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Darüberhinaus
kann das gleichzeitige Zuführen
einer großen
Menge frischen Gases das Risiko mit sich bringen, dass ein vergleichsweise
großer
Anteil direkt zusammen mit dem verbrauchten Atemgas nach außen abgeführt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Atemgerät der eingangs
beschriebenen Art Atemluft dem Atmungskreislauf bedarfsgerecht zuzuführen ohne
große Änderungen
des Sauerstoffgehaltes im Atmungskreislauf zu verursachen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Atemgerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Besondere
Merkmale des Atemgerätes
bestehen erfindungsgemäß darin,
dass die Ventilvorrichtung zum Regulieren des Füllens und Leerens der Messflasche
in Reaktion auf den Atmungszyklus so angeordnet wird, dass das frische
Atemgas dem Atmungskreislauf während
jedes Zyklus zugeführt wird.
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Mit
einem solchen Atemgerät
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
aufgrund hoher Durchflussraten beseitigt oder zumindest stark reduziert
werden kann und dass die Menge des bei jeder Gelegenheit abgeführte Gases
gering gehalten werden kann.
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Bevorzugterweise
ist die Ventilvorrichtung so angeordnet, dass der Füllgrad der
Messflasche in Reaktion auf das eingeatmete Volumen eingestellt wird.
Das Volumen des zugeführten
frischen Gases bezogen auf jedes Atmungsvolumen wird hierdurch im
wesentlichen konstant gehalten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnungen; hierbei zeigen
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1 in
schematischer Darstellung ein Atemgerät mit einer neuen Art einer
Ventilvorrichtung;
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2 ein
Diagramm, das die Verhältnisse zwischen
den einzelnen Größen darstellt.
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In 1 ist
eine Atemmaske mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und mit
einem Atmungskreislauf 2 verbunden, der unter anderem drei
Rückschlag-
oder Regulierventile 3, 4 und 5 und einen
Absorptionsapparat 6 zum Absorbieren von Kohlendioxid aufweist.
Aufgrund dieser Ventile kann das Atemgas nur in Richtung der in
der Figur angeführten
Pfeile fließen.
Ein volumetrisch variabler Gasspeicher 7 in der Form eines
Faltenbalgs ist ebenso mit dem Atmungskreislauf 2 verbunden.
Beim dargestellten Beispiel kann ein bewegliches Teil 18 in
Form einer Wand des Faltenbalgs zwischen 0 und 32 Grad bewegt werden.
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Ein
Behälter
mit frischem Atemgas ist als Quelle 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.
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Die
dargestellte Ventilvorrichtung 12 beinhaltet ein zylindrisches
Ventilgehäuse 13 mit
einer Einlassöffnung 14 sowie
einer Auslassöffnung 15 zum Zuführen des
Atemgases zum Atmungskreislauf 2 über eine Leitung 16,
wobei darüber
hinaus eine Leitung 27 vorhanden ist, die eine Kammer 28 innerhalb des
Gehäuses
mit einer Messflasche 26 verbindet.
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Das
Ventilgehäuse 13 nimmt
einen Kolben 17 auf, der sich als Reaktion auf die Bewegung
des beweglichen Teils 18 des Gasspeichers 7 in
Form des Faltenbalgs 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 Ausmaß in das Gehäuse bewegt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist unterhalb
des Kolbens 17 ein Schieber 20 vorgesehen, der
mit dem Kolben über
eine Feder 21 zusammenwirkt, wobei die Unterseite des Schiebers
die obere Begrenzung der Kammer 28 bildet. Unterhalb des
Schiebers befindet sich ein Ventilmittel 22, das in einer
querverlaufenden Zwischenwand des Gehäuses derart angeordnet 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 verschlossen wird, wobei das Zusammenwirken unter Druckbetätigung durch
das frische Atemgas, das in das Ventilgehäuse 13 an einer Leitung 23 über die
Einlassöffnung 14 eintritt,
erfolgt. Die Oberseite der Wand bildet die untere Begrenzung der
Kammer 28.
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Das
oben beschriebene Atemgerät
arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise:
Beginnend
mit, dem in 1 dargestellten Betriebszustand,
bei dem der Gasspeicher 7 mit Gas gefüllt ist, wird unterstellt,
dass der Träger
der Atemmaske 1 einatmet. Hierauf wird Gas aus dem Gasspeicher 7 gezogen,
woraus eine Bewegung des Teiles 18 resultiert, welche über das
Kopplungssystem 19 auf den Kolben 17 übertragen
wird, um letzteren eine entsprechende Distanz in das Ventilgehäuse 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
Veranschaulichung und der Einfachheit halber in einer Zwischenposition 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.
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Hierdurch
wird es dem frischen Atemgas ermöglicht,
in die Kammer 28 über
die Leitung 23 und den Kanal 24 und von der Kammer über die
Leitung 27 in die Messflasche 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 16,
der auf die Oberseite des Schiebers 20 einwirkt, wodurch
die Bewegung des Schiebers bezogen auf die Figur nach oben verursacht
wird. Das Ventilmittel 22 bewegt 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 20 außer Wirkverbindung, wodurch
der Kanal durch den Schieber 20 geöffnet wird.
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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 Ausatmen 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.
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Bei
der nächsten
Einatmung wird dieses frische Gas zuerst eingeatmet, wodurch praktisch
kein frisches Gas verschwendet wird.
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Dieser
beschriebene Ablauf wiederholt sich bei jedem neuen Atemvorgang.
Da der Kolben 17 in Reaktion auf das jeweilige Atemvolumen
unterschiedlich weit in das Ventilgehäuse 13 gedrückt wird,
nimmt die Vorspannung der Feder 21 die mit Hilfe des Druckes
in der Kammer 28 überwunden werden
muss, um den Schieber 20 zu bewegen und die Verbindung
zwischen der Messflasche 26 und dem Atemkreislauf 2 herzustellen,
in Abhängigkeit derjeweiligen
Zustellgröße des Kolbens
zu. Dies zeigt, dass mit Ansteigen des Atemvolumens der Druck, der
in der Messflasche 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 Atmungskreislauf unabhängig vom
Atemvolumen im wesentlichen konstant gehalten werden kann.
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Das
Verhältnis
zwischen Atemvolumen, dem sogenannten „tidal volume”, und dem
Druck in der Messflasche 26 ist in 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 Schieber 20 zu bewegen, so dass die Öffnung 25 zum
Atemkreislauf wieder geöffnet
wird.
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Bei
der Verwendung des beschriebenen Atemgeräts 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
zusammenhängen,
reduziert werden.
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Das
Atemgerät
wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Jedoch kann es in verschiedenen Beziehungen variiert werden. Demgemäß kann der
Faltenbalg durch ein anderes variables Volumengerät ersetzt werden,
wie zum Beispiel durch einen Atemsack oder ähnliches. Der Volumenabfall
darin kann auf den Kolben 17 oder ähnliches auch in anderer Weise
als durch das dargestellte Kopplungssystem übertragen werden. Die Ventilvorrichtung 12 kann
ebenso bezüglich
verschiedener Details unter Beibehaltung der oben beschriebenen
Funktion variiert werden.
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Darüberhinaus
kann die Funktion des oben beschriebenen Atemgeräts umgekehrt werden, das heißt die Messflasche
wird während
der Ausatmung gefüllt
und während
der Einatmung geleert. In diesem Fall kann das Kopplungssystem 19 zum
Beispiel derart angeordnet werden, dass der Schieber 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 das Atemgerät unter
Wasser verwendet wird.