DE2218166B2 - Atemprüfvorrichtung zur Anzeige der Alkoholkonzentration im Atem einer Person - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Atemprüfvorrichtung zur Anzeige der Alkoholkonzentration im Atem einer Person, enthaltend eine Atemeingangseinheit zur Aufnahme des von der Person ausgeatmeten Gases, eine Einrichtung zur Ermittlung des durch die Eingangseinheit strömenden Gases, eine Auswertungseinheit zur Aufnahme einer Probe des durch die Eingangseinheit strömenden Gases zur Ermittlung der Alkoholkonzentration in der Gasp-obe und zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der ermittelten Alkoholkonzentration und eine auf das Ausgangssignal der Auswertungseinheit ansprechende Ausgangseinheit.

Bei der Beurteilung, ob eine Person auf Grund von Alkoholgenuß noch in der Lage ist, bestimmte Tätigkeiten auszuüben, kommt es im wesentlichen auf den Blutalkoholgehalt an, der an sich nur dann genau bestimmbar ist, wenn eine Blutprobe entnommen wird, was relativ umständlich ist, da /u diesem Zweck ein Arzt beigezogen werden müßte. Aus diesem Grund geht man von der Voraussetzung aus, daß die Alkoholkonzentration in der ausgeatmeten Luft etwa proportional der Bluialkoholkonzentration ist. Diese Voraussetzung stimmt aber nur dann, wenn sich in der Lunge ein Gleichgewicht zwischen dem Blutalkoholgehalt und dem Alkoholgehalt in der Atemluft ausbilden konnte. Dieses Gleichgewicht wird nicht erreicht, d. h. die Atemluft hat einen niedrigeren Alkoholgehalt, wenn die Luft in kurzen Stoßen ein- und ausgeatmet wird.

Eine Atemprüfvorrichtung der eingangs genannten Art, wie sie z. B. aus der US-PS 3 186 508 bekannt ist, weist daher den Nachteil auf, daß die Versuchsperson die Atemprüfvorrichtung »betrügen« kann, wenn sie den Atem in mehreren kurzen Stoßen durch die Vorrichtung bläst, anstatt in einem einzigen, zusammenhängenden und eine bestimmte Zeitspanne dauernden Stoß aus der Lunge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Atemprüfvorrichtung der bekannten Art so zu verbessern, daß ein die Alkoholkonzentration anzeigendes Ausgangssignal nur dann ausgewertet wird, wenn die der Atemprüfvorrichtung zugeführte Atemluft aus einem tiefen und kontinuierlichen Lungenzug stammt, und damit ihre Alkoholkonzeniration etwa im Gleich-

gewicht mit der Blutalkoholkonzentration steht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zeitgeber, der durch die Einrichtung zur Ermittlung des Gsisstromes an- bzw. abschaltbar ist wenn diese einen Gasstrom oberhalb bzw. unterhalb einer Ansprechschwelle

,o anzeigt und der nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Steuersignal erzeugt wenn die Ansprechschwelle während dieser Zeitspanne überschritten ist und Mittel, die auf das Steuersignal des Zeitgebers ansprechen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Atemprüfvorrichtung besteht darin, daß der eigentlichen Auswerteeinheit nur dann Atemluft zugeführt wird, wenn sie aus einem tiefen, kontinuierlichen Lungenzug stammt und damit ihre Alkoholkonzentration etwa im Gleichgewicht mit der Blutalkoholkonzentration steht Durch

_M die Verwendung des Zeitgebers wird verhindert daß auch kurze Atemstöße in die eigentliche Auswerteeinheit gelangen, die dann einen wesentlich niedrigeren Alkoholgehalt anzeigen würde, so daß ein betrunkener Fahrer durchaus in der Lage wäre, die Atemprüfvor-

richtung zu »betrügen«. Die erfindungspemäße Atem prüfvorrichtung eignet sich daher für den Einsatz über all dort wo eine Person auf ihren Blutalkoholgehalt zu untersuchen ist wo aber keine eine Kontrollfunktion übernehmende zweite Person eingesetzt werden kann.

Aus der DT AS 1 203 021 ist eine Vorrichtung zui Steuerung der Zufuhr von Atemgasen zu einem Gas analysegerät bekannt bei der mittels eines Verzöge rungsgliedes bestimmt wird, wann die Atemgase derr Gasanalysegerät zugeführt werden. Jedoch hat das be

kannte Verzögerungsglied eine völlig andere Funktior als der Zeitgeber bei der erfindungsgemäßen Atem prüfvorrichtung. Der Zeitgeber erzeugt nur dann eir Steuers.gnal, wenn die Gasströmung während einer be stimmten Zeitspanne oberhalb eines vorgegebener

Schwellwertes liegt. Das bekannte Verzögerungsgliec dient lediglich dazu, bestimmte vorgegebene Abschnit te der Ausatmungsphase herauszuschneiden.

An Hand der nun folgenden Beschreibung eines ir den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel·

einer Atemprüfeinrichtung soll die Erfindung näher er

läutert werden. Es wird dabei davon ausgegangen, dat die beschriebene Atemprüfvorrichtung in ein Perso nenkraftfahrzeug eingebaut ist. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Arma

turenbretts eines Kraftfahrzeugs, in welches die Atem prüfvorrichtung eingebaut ist.

F i g. 1A ein Detail der in F i g. 1 gezeigten Teilan sieht.
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Atemein

gangseinheit der beschriebenen Atemprüfvorrichtung.

F i g. 3 eine der F i g. 1 ähnliche perspektivische Teil

ansicht, wobei eine Person dargestellt ist, die die Atem prüfvorrichtung benutzt

F i g. 4 schematisch im Schnitt eine Atemprüfvorrich

6c tung,

Fi g. 4A und 4B schematische Seitenansichten eine Atemprüfvorrichtung, wobei die Strömungswege de Atemluft und die Stellung beweglicher Teile wahrem unterschiedlicher Betriebsstufen dargestellt ist,
F i g. 5 ein Blockschaltbild der beschriebenen Atem prüfeinrichtung.

F i g. I zeigt ein Personenkraftfahrzeug 10 mit einen herkömmlichen Armaturenbrett 12, einer Windschutz

"be υ, einem auf der Fahrerseite gelegenen Wind-Irfiutzscfaeibenpfosten bzw. Pfeiler 14, einer Lenksäule 'Sindeinem Unkrad 18.

Das dargestellte Personenkraftfahrzeug 10 ist mit

& Atempröfvorrichtung 20 ausgerüstet, von welcher

^*Teil hinter dem Armaturenbrett 12 montiert ist In

IO

1 ist eine Atemeingangseinheit 21 und eine Signalseinheit 22 der Atemprüf vorrichtung 20 zu er-Die Atemeingangseinheit 21 umfaßt eine rohrinrniiEc Konstruktion 24, deren eines Ende 2S am Av- ^urenbrett 12 befestigt ist Das nicht befestigte Ende üesteht aus eawm zylindrisch geformten Handgriff 26. »m äußersten Ende des Handgriffs 26 ist eine scheibenförmige Kappe 28 angeordnet in der eine Atemein- «anesöffnung 30 ausgebildet ist Die Atemeingangsöff-Eine 30 steht über einen Kanal mit der eigentlichen Ateaiprüfvorrichtung j_n Verbindung. Die in Fig. IA naher dargestellte Signalausgangs-22 umfaßt einen Satz von mehreren Anzeige-„. Die Anzeigelampe 32 zeigt die Betriebsbereitau der Vorrichtung an, die Anzeigelampe 34 leuchtet während des eigentlichen Prüfvorganges auf, die Äazeigelampe 36 leuchtet bei einem bestandenen Test «if während die Anzeigelampe 38 bei einem nicht bestandenen Test aufleuchtet Zur besseren Unterscheidung können die einzelnen Anzeigelampen verschiedene Farben aufweisen. Neben der Signalausgangseinheit 22 kann ein zur Wiederholung des Testes dienender Druckknopfschalter 39 am Armaturenbrett 12 angebracht sein.

Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, kann der zylindcr-(Örmige Handgriff 26 der Atemeingangseinheit 21 so von einer Hand des Benutzers erfaßt werden, daß der Daumen und der sich oberhalb der öffnung 30 erstrekkende. gekrümmte Zeigefinger einen Ring bilden, um zu verhindern, daß die Lippen des Benutzers in direkten Kontakt mit dem Handgriff 26 gelangen. Der Kör «er des Handgriffs 26 besteht aus federndem, zusammendrückbarem Material, wie z. B. Schaum- oder Schwammgummi, und ist für die Atemluft relativ undurchdringlich. Durch das Schließen der Faust um den Handgriff und das Zusammendrücken des Materials wird eine gute Dichtung zwischen der Hand und dem Handgriff gebildet Bei einer Benutzung in dieser Weise, wie sie besser aus F i g. 3 ersichtlich ist, kann der Benutzer Luft in seine becherförmig gekrümmte Hand und somit in die Memeingangseinheit 21 in hygienischer Weise einblasen, ohne daß seine Lippen die Atemeingangseinheit 21 berühren.

Wie außerdem aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist die Atemeingangseinheit 21 so ausgeführt, daß sie federnd aus ihrer in F i g. 1 dargestellten Ruhelage hei ausbiegbar ist. Die erforderliche Federungseigenschaft kann z. B dadurch erreicht werden, daß ein federndes Material gewählt wird, oder daß ein Draht aus Federmetall oder eine Haarnadelfeder 245längs der rohrförmigen Konstruktion, bzw. des Rohres 24 befestigt wird, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist.

In Fig.4 sind die Atemeingangseinheit 21 sowie weitere Bestandteile der Atemprüfvorrichtung 20 dar- 6c gestellt, nämlich eine Steuereinheit 40 und eine Fühlereinheit 70. Wie nachfolgend in Verbindung mit F i g. erläutert wird, bildet die Fühlereinheit 70 einen Teil eines Atemauswertgeräts 85. das den Alkoholgehalt der Atemluft ermittelt.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, erstreckt sich die rohrförmige Konstruktion 24 der Atemeingangseinheit durch die Mitte des Handgriffs 26. Während, die rohrförmige Konstruktion 24 aus flexiblem Material besteht, um abgebogen weiden zu können, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist ist das eigentliche Ronr doch von ausreichender Festigkeit damit es nicht durch eine den Handgriff 26 ergreifende Hand abgeklemmt werden kann.

In die Atemeingangseinheii 21 eingeblasene Atemluft wird von der öffnung 30 über einen mit 24P bezeichneten Kanal durch die rohrförmige Konstruktion 24 in die Steuereinheit 40 geleitet

Die Steuereinheit 40 besteht aus einem Hauptkörper 41, der eine Kammer 42 aufweist in die die Atemluft eingeleitet wird. Die Kammer 42 besitzt eine erste Ausgangsöffnung 44, die mittels eines Klappenventils 46 geschlossen werden kann.

Das Klappenventil 46 besteht aus einer Klappe 468. die durch eine Blattfeder 47 mechanisch gegen die Ausgangsöffnung 44 gedrückt wird. Die Ausgangsöffnung 44 ist zur Atmosphäre hin offen und dient dazu, bei geöffnetem Klappenventil 46 Gase aus der Kammer 42 abzuleiten. Die Kammer 42 und die an ihrem Boden vorgesehene Ausgangsöffnung 44 dienen außerdem dazu, vom Gasstrom mitgeführtes Wasser und Speichel aus der Atemluft zu entfernen und abzuleiten, um zu verhindern, daß Feuchtigkeit auf die Fühlereinheit 70 einwirkt.

Eine zweite Ausgangsöffnung 48 der Kammer 42 führt in eine /weite Kammer 50. Eine Stellschraube 52 dient zur Einstellung der Strömung durch die Aus-1 gangsöffnung 48. Eine anschließende Kammer 50 ist bis auf eine öffnung 54 geschlossen, die über ein von einem Elektromagneten 58 betätigbares Ventil 56 ge öffnet und geschlossen werden kann.

Das Klappenventil 46 bewirkt daß zumindest der größere Teil der in die Kammer 42 gelangenden Luft bzw. Atemluft entweicht. Dabei hält der Druck der Atemluft das Klappenventil 46 geöffnet und schließt ein Paar elektrischer Kontakte 60. Das Klappenventil 46 dient damit zur Ableitung des Luftstromes, während zugleich der Druck innerhalb der Kammer 42 auf einem über dem Atmosphärendruck liegenden Niveau gehalten wird und außerdem zur Anzeige eines Luftstromes und eines oberhalb eines Schwellwerts liegenden Druckes. Bei einer in Betrieb befindlichen Atemprüfvorrichtung wurde dieser Schwellwert mit guten Ergebnissen auf einen Druck von 76,2 mm WS eingestellt. Sollte der Strom der Atemluft unterbrochen werden, fällt der Druck in der Kammer 42 unter diesen Schwellwert und ermöglicht der Blattfeder 46, das Klappenventil 46 zumindest teilweise zu schließen und die Kontakte 60 zu öffnen.

Die Betriebsweise und das Zusammenwirken der verschiedenen Teile der Steuereinheit 40 wird näher an Hand der Darstellungen der Steuereinheit 40 in den F i g. 4A und 4B erläutert. In F i g. 4A wird die Steuereinheit 40 in einem Betriebszustand gezeigt wie er zu Beginn des Tests einer Person besteht wobei eine Luftströmung in die Kammer 42 eingeleitet wird, deren Druck sich oberhalb des Schwellwerts des Klappenventils 46 befindet Dieser Druck bewegt die Klappe 46S des Klappenventils 46, so daß die Ausgangsöffnung geöffnet und die Kontakte 60 geschlossen werden. Auf Grund der geschlossenen Kontakte 60 wird der Elektromagnet 58 erregt, der den Ventilkolben 56 anhebt Wenn dies geschieht, strömt die Luft aus der Kammer 42 auch durch die zweite Ausgangsöffnung 48 und die Kammer 50 zur Ausgangsöffnung 54.

Das Schließen der Kontakte 60 betätigt einen Zeit

geber 62. Wird der Zeitgeber 62 während einer vorgegebenen Zeitspanne nicht unterbrochen, so schaltet der Zeitgeber 62 den Elektromagneten 58 ab, wodurch sich der Ventilkolben 56 in der in F i g. 4B gezeigten Weise senkt. Wird jedoch der Strom der Atemluft ausreichend lang unterbrochen, so daß die Kontakte 60 öffnen, bevor die vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, wird der Zeitgeber 62 neu eingestellt. Falls die Kontakte 60 sich erneut schließen, müssen sie für eine neue Zeitspanne der vorgegebenen Länge geschlossen bleiben. Solange diese Vorbedingung nicht erfüllt ist, kann das einen bestandenen Test anzeigende Signal nicht erscheinen. Von dem sich am Ende der vorgegebenen Zeitspanne von beispielsweise 5 Sekunden ununterbrochener Atemluftzufuhr in der Fühlereinheit 70 befindlichen Gas wird angenommen, daß es im wesentlichen aus einem tiefen Atemzug stammt, so daß eine genaue Bestimmung des Blutalkoholpegels in der der Fachwelt bekannten Art möglich ist. Die angegebene Zeitspanne von 5 Sekunden wurde mit guten Ergebnissen in der Praxis angewandt, obwohl bei unterschiedlichen Ausführungsformen mit anderen, der Atemluft entgegenstehenden Widerständen auch andere Zeitspannen zwischen zwei und acht Sekunden vorteilhaft angewandt werden können.

Auf diese Weise verhindert die Steuereinheit 40 jeden Versuch einer nicht oder nicht wirksam überwachten Person, eine genaue Prüfung eines tiefen Atemzugs dadurch zu verhindern, daß statt aus der Lunge stammender Atemluft während einer kurzen Zeitspanne Luft aus dem Mund oder den Bronchien ausgeatmet wird, so daß frische Luft eingeatmet und dann diese frische Luft aus dem Mund oder den Bronchien in die Atemeingangseinheit 21 ausgeatmet wird, wobei dieser Vorgang laufend wiederholt wird. Es ist hierbei zu erwähnen, daß im Gegensatz zu bekannten Prüfgeräten, beispielsweise der mit Ballons oder Balgen ausgestatteten Bauart, das Abschließen der Atemeingangsöffnung 30 der Atemeingangseinheit 21 bei kurzen Blasperioden die Wirkung der Steuereinheit 40 nicht überwindet.

Die Steuereinheit 40 und die Atemeingangseinheit 21 sind nach F i g. 4 mit einer Reihe von Heizeinrichtungen und Temperaturfühlern versehen. So ist in F i g. 4 eine Heizspirale 64 gezeigt die mit ihren Windungen längs der inneren Oberflächen und in Längsrichtung des Kanals 24/> der Atemeingangseinheit 21 verläuft, wobei ihr benachbart ein Thermistor 67 angeordnet ist der zur Ermittlung und Überwachung ihrer Temperatur dient. Ein als Thermostat wirkender, temperaturempfindlicher Schalter 66 ist der äußeren Oberfläche des Gehäuses 41 der Steuereinheit 40 benachbart angeordnet um die Temperatur der Umgebung der Steuereinheit zu ermitteln. Weiterhin erstreckt sich eine Heizpatrone 68 in die Kammer 42 der Steuereinheit 40. Der Thermistor 67 und das Thermostat 66 dienen als Temperaturfühler und steuern die Heizeinrichtungen 64 bzw. 68. um eine Kondensation in der Atemeingangseinheit 21 oder der Steuereinheit 40 zu verhindern und dadurch die Unversehrtheit der eventuell in die Fühlereinheit 70 gelangenden Probe sicherzustellen.

Wie aus F i g. 4 weiterhin ersichtlich ist umfaßt die Fühlereinheit 70 eine Fühlerkammer 72. die durch einen Glasbehälter 71 gebildet wird. Die Fühlerkammer 72 steht mit der Steuereinheit 40 über einen Schlauchabschnitt 73 in Verbindung, der in die Ausgangsöffnung 54 mundet Der Glasbehälter 71 weist am Boden eine Reihe kleiner öffnungen 74 auf und ist gegenüber der Atmosphäre durch eine Hauptausgangs öffnung 76 geöffnet.

Die Fühlereinheit 70 wird nach Gebrauch von den Atemluftproben in erster Linie durch die nach oben weisende öffnung 76 durch Konvektion mit hauptsäch-

lieh durch die kleinen öffnungen 74 eintretender Frischluft geleert. Die relative Größe dieser Öffnungen 74 ist so gewählt, daß sie den Test nicht beeinträchtigen, jedoch eine ausreichende Zirkulation zur Reinigung der Fühlerkammer 72 ermöglichen.

ίο innerhalb der Fühlerkammer 72 sind ein katalytisches Widerstandselement 78 und ein nichtkatalytisches. jedoch sonst identisches Widerstandselement 79 angeordnet. Da diese beiden Elemente gleichzeitig der Probe ausgesetzt werden, werden Einwirkungen, wie z.B. Wärmeleitfähigkeit, Konvektion usw., ausgeglichen. Die Widerstandselemente 78 und 79 sind vorzugsweise entweder ein in eine keramische Bettung eingebetteter Widerstandsdraht, dessen Bettung von einem Katalysator überzogen ist und ein identisches, jedoch nicht von einem Katalysator überzogenes Element wobei deren Bettungen an einer Verbindungsstelle 80 miteinander verbunden sind und benachbarte Zweige einer Wheatstone-Brücke bilden. Die Atemluft streicht über das beheizte katalytische Element wo jeder vorhandene Alkohol oxydiert wird. Die Wärme dieser Oxydationsreaktion bewirkt, daß sich die Temperatur und damit der Widerstand des Widerstandselementes 78 verändert. Wenn Alkohol an dem nichtkatalytischen Widerstandselement 79 vorbeistreicht, tritt keine Oxydation auf und dessen Wider stand bleibt unverändert Dieses Ungleichgewicht der Widerstände bewirkt eine Änderung des Brückenausganges, wobei dieser Ausgang ein Informationssignal bildet, das zur Anzeige der Alkoholkonzentration in der Probe dient.

Obwohl hier ein katalytischer Verbrennungsdetektor beschrieben wurde, der sich als vorteilhafter Detektor erwiesen hat können andere Arten von Detektoren oder Fühlern \ erwendet werden, ohne daß von den Merkmalen der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

F i g 5 zeigt ein Blockschaltbild der beschriebenen Atemprüfeinrichtung 20. Die Atemeingangseinheit 21 und die Steuereinheit 40 bilden zusammen die die Atemiuft empfangende Einheit Die Atemeingangseinheit 21 leitet Luft, wie es durch die Leitung 81 darge stellt ist. zum Klappenventil 46. das über die Leitung 82 einem Zeitgeber 62 mitteilt ob eine ausreichende Strömung vorhanden ist

Hie von der Atemeingangseinheit 21 stammend« Luft wird in der durch den Pfeil 83 angedeuteten Weisf abgeleitet und zusätzlich über ein Tor bzw. ein Strö mungsventil 56 geführt Das Ventil 56 läßt die Luft vor beiströmen, bis ein durch die Linie 88 angedeutete Steuersignal des Zeitgebers 62 auftritt Die vorbeiströ mende Luft wird über die mit 84 bezeichnete Leituni der Fühlereinheit 70 der Auswerteeinheit 85 zugeführt.

Die in dieser Form weitergeleitete Luft wird, wii

durch den Pfeil 86 angedeutet aus der Fühlereinheit 7( entlassen. Die Auswerteeinheit 85 wertet den Alkohol pegel der Probe aus und erzeugt ein Ausgangssignal 8 zur Anzeige dieses Pegels. Dieses Signal kann ein einfa dies »Bestanden«- oder »Nicht-Bestanden«-Ausgangs signal sein. Dieses Ausgangssignal kann, wie in Fig.

«>5 durch die Linie 87 angezeigt ist einem Ausgangsgeri 90 zugeführt werden, das einen z. B. den Fahrzeuge* trieb überwachenden Mechanismus und die Ausgang! anzeige 22 umfaßt

Der den Fahrzeugbetrieb überwachende Mechanismus kann dabei derart ausgebildet sein, daß eine einen über einen vorgegebenen Wert liegenden Alkoholgehalt aufweisende Person das Fahrzeug nicht fahren kann. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, daß das Ausgangsgerät mit einem Kontakt verbunden ist, welcher im Zündstromkreis des Fahrzeuges angeordnet ist.

Der Fahrer muß in einem solchen Falle nach Starter des Motors zuerst die Atemprüfeinrichtung betätigen die schon vorher automatisch eingeschaltet werder kann, z. B. beim Türöffnen oder beim Starten des Mo tors. Wird der Test vom Fahrer nicht bestanden, danr wird der Zündstromkreis unterbrochen und der Motoi damit abgeschaltet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

$095«

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Atemprüfvorrichtung zur Anzeige der Alkoholkonzentration in Atem einer Person, enthaltend eine Atemeingangseinheit zur Aufnahme des von der Person ausgeatmeten Gases, eine Einrichtung zur Ermittlung des durch die Eingangseinheit strömenden Gases, eine Auswertungseinheit zur Aufnahme einer Probe des durch die Eingangseinheit strömenden Gases zur Ermittlung der Alkoholkonzentration in der Gasprobe und zur Erzeugung eines Ausgangssignais entsprechend der ermittelten Alkoholkonzentration, und eine auf das Ausgangssignal der Auswertungseinheit ansprechende Ausgangseinheit, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (62), der durch die Einrichtung v46) zur Ermittlung des Gasstromes an- bzw. abschaltbar ist wenn diese einen Gasstrom oberhalb bzw. unterhalb einer Ansprechschwelle anzeigt und der nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Steuersignal (über 88) erzeugt, wenn die Ansprechwelle während dieser Zeitspanne überschritten ist, und Mittel (56). die auf das Steuersignal des Zeitgebers ansprechen.