DE2606717A1 - Atemgeraet - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck 9 R Π '* 7 1 7

Dipl. Phys. VV. Schmitz ZDU j / I /

The Bendix Corporation Dipl. Ing. E. Graaifs

Executive Offices Dipl. Ing. W. Wehnert

Dipl. Phys. W. Carstens Bendix Center 8 München 2 17. Februar 1976

Mozartstr. 23 Southfield, Mich. 48075, USA Anwaltsakte: M-3799

Atemgerät

Die Erfindung betrifft ein Atemgerät, insbesondere zur Verwendung durch die Besatzung von Flugzeugen.

Die gegenwärtig für Besatzungen von Flugzeugen verfügbaren Atemgeräte weisen abgeglichene Einatem-Ausatem-Ventile auf, wie sie z.B. in der US-PS 2,954,793 beschrieben sind. Damit können Sauer-

: stoff-Atemregeleinrichtungen verwendet werden, die automatisch

einem
ein Atmen unter/Druck ermöglichen, der von der Flughöhe abhängt.

; Im allgemeinen ist ein Rückschlagventil vorgesehen, das verhindert, daß der durch das Ausatmen des Gases durch einen Flieger

. aufgebaute Druck auf die Rückseite des Ausatemventils einwirkt. Damit kann am Ausatemventil ein Druckunterschied aufgebaut werden. Dieser Druckunterschied führt dazu, daß das Ausatemventil von einem Ventilsitz abgehoben wird, und ermöglicht, daß das aus-! geatmete Gas an die Umgebungsatmosphäre weitergeleitet wird.

In der US-PS 3,076,454 ist beschrieben, wie ein auf die Rückseite! eines kräftefreien Ausatemventiles einwirkender Steuerdruck die Einsparung eines Einatemrückschlagventils ermöglicht. Wird je-

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INSPEGTEO

doch ein derartiges Atemgerät unter bestimmten Betriebsbedingungen ; verwendet, so arbeitet es instabil, da zur Herbeiführung eines

Kräfteausgleichs am Ausatemventil aufeinander abgestimmte Oberflächen vorgesehen v/erden müssen.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Atemgerät geschaffen v/erden, das kein Einatemrückschlagventil benötigt und bei dem^: keine aufeinander abgestimmte Oberflächen vorgesehen zu werden brauchen, um den Kräfteausgleich am Rückschlagventil zu erhalten._:

Ein erfindungsgemäßes Atemgerät zur Abgabe von einer unter Druck; stehenden Quelle bereitgestellten atembaren Gases an eine Person ist gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung, die auf den Unter*· schied zwischen einem Vergleichsdruck und dem Druck des atembarem Gases während der Einatemphase anspricht; durch ein Ausatemventilj, in dem eine auf den Unterschied zairischen dem Druck in einer Atemkammer und dem Druck in einer Steuerkammer ansprechende Membran angeordnet ist, die eine Verbindung zwischen der Atemkammer und der Atmosphäre öffnet oder unterbricht; und durch ein Steuerven-j til, das mit der Regeleinrichtung und dem Ausatemventil verbunden . ist, über welches der in der Atemkammer herrschende Druck an die Steuerkammer geleitet wird, so daß dieser auf die Membran in der : Richtung einwirkt, in der die Verbindung zwischen der Atemkammer '- und der Atmosphäre während der Einatemphase unterbrochen wird, : und über welches die Steuerkammer belüftet wird, so daß die Ver-

j bindung zwischen der Atemkammer und der Atmosphäre freigegeben

!
wird, wenn die Regeleinrichtung mit dem Ausatemdruck beaufschlagt

! ist.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispielesi unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. ; In dieser zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Atemgerät j.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Atemgerät ist ein Vorrat 10
an atembarem Strömungsmittel mit einem Regelventil 12 verbunden, ■ an dem der Bedarf an Atemgas eingestellt werden kann und das die
Weitergabe des unter Druck stehenden, atembaren Strömungsmittel
an eine Maske 14 gemäß einem Einatem-Ausatem-Zyklus eines Empfän— gers steuert.

Das Regelventil 12 weist ein Gehäuse 16 auf, in dem eine Kammer
ausgebildet ist, welche durch eine Membran 18 eines Fühlers 20
in eine mit atmosphärischem Druck beaufschlagte Kammer 22 und
Meßkammer 24 unterteilt ist. Ein innerhalb der mit atmosphäri- !

schem Druck beaufschlagten Kammer 22 angeordneter Balg 26 hat ;

eine Stirnfläche, die in Richtung auf ein Ende 32 eines Tauchkol-i

bens 30 einstellbar ist. Der Tauchkolben 30 ist mit einer Ring- ! schulter 34 versehen, die in der Meßkammer 24 angeordnet ist und
dazu dient, das Hineinragen des Endes 32 in die mit atmosphärischem Druck beaufschlagte Kammer 22 zu begrenzen. Auf dem Ende

i 32 ist eine Nut 36 ausgebildet, in der ein Sprengring 38 angeord-' net ist, durch welchen eine Platte 40 in Anlage an der Membran 18 gehalten wird. Der Tauchkolben 30 hat an seinem einen Ende einen kugelförmigen Kopf 42, der durch eine aus Sicherheitsgründen vorgesehene Druckfeder 28 in Anlage an einen Betätigungshebel 44 eines Vorsteuerventils 46 gehalten wird. Die Druckfeder 28 ist in
der mit atmosphärischem Druck beaufschlagtenKammer 22 angeordnet

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⁰^GfN INSPECtBD

ι ;

ι *

! "" 260-717 :

und ist an der Platte 4o abgestützt. ■

Das Vorsteuerventil 46 weist eine Membran 50 auf, durch welche eine Zuführkammer 52 und eine Verteilerkammer 54 von einer Steu- ^: erkammer 56 getrennt werden. Durch einen eine Drosselstelle 60 aufweisenden ersten Kanal 58 ist die Zuführkammer 52 mit einem '. Kanal 62 verbunden. Der letztere verbindet die Meßkammer 24 mit der Steuerkammer 56. In dem Gehäuse 16 ist in der Meßkammer 24 ein erster ringförmiger Ventilsitz 64 ausgebildet, der das Ende

des Kanals 62 umgibt. Das Gehäuse l6 weist ferner einen zweiten ^; ringförmigen Ventilsitz 66 auf, durch den ein Ausgang 68 der Zu- : führkammer 52 von einer Reihe von Kanälen 70 getrennt ist, die ; von der Verteilerkammer ^K herkommen. In der Verteilerkammer ist: vor einer flexiblen Versorgungsleitung 74 ein Filter 72 angeord- ; net. Damit kann reiner Sauerstoff oder ein anderes atembares Strömungsmittel in eine Atemkammer 76 der Maske 14 weitergegeben werden.

Eine in einer Führung 80 angeordnete Feder 78 arbeitet in entgegengesetzter Richtung wie die Druckfeder 28 auf den Betätigungs¹-

82 ; hebel 44. Hierdurch wird eine nachgiebige Ventilplatte/in Anlage!

j an dem ersten Ventilsitz 64 gehalten.

^: Die Atemkammer 78 ist durch eine flexible, rohrförmige Meßlei-

^! tung 84 mit einem Kanal 86 verbunden, der sich in die Meßkammer I
24 hineinstreckt.

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ORJQfHAL !NSPECfED

I ~⁵~ 260,717 ^:

j ^:

Das Regelventil 12 weist ferner eine mit atmosphärischem Druck . j beaufschlagte Kammer 88 auf, in der ein Steuerventil 90 angeord-

. net ist, über das ein Ausatemventil 92 betrieben wird. Durch ei- ^: nen in dem Gehäuse 16 ausgebildeten Kanal 94 ist die mit atmos- ; phärischem Druck beaufschlagte Kammer 88 mit einer flexiblen, ; rohrförmigen Steuerleitung 96 verbunden, die ihrerseits an dem ^: Äusatemventil 92 befestigt ist. Der Kanal 94 ist über einen Kanal 98 mit dem Kanal 86 verbunden. In dem Kanal 98 ist eine \ Drosselstelle 100 vorgesehen, durch die die Weitergabe eines Steu- ; ersignales von der Ätemkammer 76 und der Meßkammer 24 her verzö- ! gert wird.

. Das Steuerventil 90 weist einen in einer axialen Bohrung 101 angeordneten Schaft 102 auf. über die axiale Bohrung 101 ist die Meßkamraer 24 mit der mit atmosphärischem Druck beaufschlagten

: Kammer 88 verbunden. In einem Ende des Schaftes 102 ist ein Schlitz 104 ausgebildet, auf dem anderen Ende des Schaftes 102

^: ist ein Ventilkörper I06 angeordnet. Ein Vorsprung I08 des Gehäuses erstreckt sich in die mit atmosphärischem Druck beauf- j

; schlagte Kammer 88 hinein, um ein ständiges Fluchten des in der j ■ axialem Bohrung 101 angeordneten Schaftes 102 mit einem im Ge- \

; häuse 16 ausgebildeten dritten ringförmigen Ventilsitz 110 sicherS- ; I

j zustellen» Der ringförmige Ventilsitz 110 umgibt die Einmündung !

! des Kanals 94 in die mit atmosphärischem Druck beaufschlagte Kam-j mer 88. Eine in der mit atmosphärischem Druck beaufschlagten

I Kammer 88 angeordnete Feder 114 umgibt den Vorsprung I08. Die Feder 114 arbeitet auf eine Scheibe 112 und hierdurch wird eine von dem Ventilkörper IO6 getragene Dichtfläche auf den dritten

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WQ INSPBCTBD

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ringförmigen Ventilsitz 110 gedrückt, so daß keine Verbindung zwi-j

j schera dem Kanal 94 und der mit atmosphärischem Druck beaufschlag- i

ten Kammer 88 besteht. \

Ein in der Meßkammer 24 angeordnetes Verbindungsgestänge 116 weistj eine Hebelstange 118 auf, deren eines Ende 120 mittels eines Stif4 tes 124 an einem Träger 122 angelenkt ist und deren anderes Ende
126 über den kugelförmigen Kopf 42 des Tauchkolbens 30 lose auf \ dem letzteren gehalten ist. Die Hebelstange 118 weist einen ! Schlitz 128 auf j in dem das Ende des Schaftes 102 durch einen ^l

Stift 150 gesichert angeordnet ist. Der Stift 130 ist an der j

Hebelstange IIS fest angebracht und kann in dem Schlitz 104 be- ! wegf werden, wenn der Ventilkörper I06 auf den ringförmigen Ven- = tilsitz 110 aufgesetzt ist. i

Das an der auf das Gesieht aufsetzbaren Maske 14 befestigte Aus- ; atemventil 92 «reist ein Gehäuse 132 auf. Im letzteren ist eine

mit der Atemkammer 76 verbundene Einlaßöffnung 134, eine Reihe :

von mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden AuslaSöffnungen I36J und eine mit der Steuerleitung 96 verbundende Steueröffnung I38 j ausgebildet. Durch eine Membran l4o ist die Steueröffnung I38 vor!

der Einlaßöffnung 134 und der Auslaßöffnung I36 getrennt. Hier- \ durch wird eine oberhalb eines Ventilsitzes 144 liegende Steuer- ■ kammer 142 erhalten. An den Enden von Verlängerungen der Äuslaßöffnungen I36 sind Platterventile 146 angeordnet, die verhxndern,
daß Schadstoffe aus der Atmosphäre in die Atemkammer 76 gelangen
können, und dazu beitragen, die in der ausgeatmeten Luft enthaltene Wärme im Innern des Ventilkörpers zu halten, so daß bei ge- j

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OfWGiNAL INSPECTED

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ringen Umgebungstemperaturen ein Ausfrieren der mit der ausgeatmeten Luft mitgetragenen Feuchtigkeit verhindert wird.

Wünscht ein Empfänger die Zufuhr von Sauerstoff oder eines anderen atembaren Strömungsmittels von dem z.B. in einer Speicherflasche 148 befindlichen Vorrat, so wird ein Betriebsventil I50 geöffnet, und das atembare Strömungsmittel strömt durch eine Leitung 152 zu der Zuführkammer 52. Das atembare Strömungsmittel wird dann in die Zuführkammer 52 geleitet, wo der Druckunterschied zwischen der Steuerkammer 56 und der Zuführkammer 52 die Membran 50 von dem ringförmigen Ventilsitz 66 abhebt, so daß das Strömung^ mittel durch die Kanäle 70 in die Verteilerkammer 54 strömen kannJ Die rohrförmige Versorgungsleitung 74 leitet dieses atembare Strö-4 mungsmittel zu der Atemkammer 76. Beim Strömen des atembaren Gases durch die Zuführkammer 52 wird ein Teil des zugeführten Gases über die Drosselstelle 60 im ersten Kanal 58 zu dem Kanal 62 geleitet. Das unter Druck stehende atembare Gas wird dann zu der Steuerkammer 56 geleitet und beaufschlagt die gesamte Fläche der Membran, so daß der auf die über dem ringförmigen Ventilsitz 66 liegende Fläche einwirkende Strömungsmitteldruck überwunden wird und die Membran auf dem ringförmigen Ventilsitz aufgesetzt wird. Hierdurch wird das Strömen durch die Verteilerkammer unter4 bunden.

Die das Atemgerät benützende Person setzt nun die Maske so auf ihr Gesicht auf, daß zusammen mit einer Kante I60 der Maske eine strömungsmitteldichte Abdichtung erhalten wird. Will die Person einatmen, so wird ein Einatemsignal von der Atemkammer 76 über den

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ί -8- !

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Kanal 86 an die Meßkammer 24 geleitet. Durch dieses Steuersignal wird der Druck so stark abgesenkt, daß die Druckfeder 28 auf die Membran 3.8 einwirkt und unter Bewegung des Tauchkolbens J>0 die ■ Kraft der Feder 78 überwindet, wodurch die nachgiebige Ventilplatte 82 von dem ihr zugeordneten Ventilsitz 64 abgehoben wird und das unter Druck in der Steuerkammer 56 befindliche atembare Strömungsmittel in die Meßkammer abgelassen wird. Gleichzeitig wirkt das unter Druck in der Zuführkammer 52 befindliche atembare Strömungsmittel auf die Membran 50 ein, so daß diese von dem Ventilsitz 66 abgehoben wird und ein Strömen von atembarem Gas aus der Verteilerkammer 54 über die Versorgungsleitung 74 zu der Atemkammer 76 einsetzt, um dem Bedarf an atembarem Gas beim Einatmen nachzukommen. Der durch das Abströmen atembaren Strömungsmittels aus der Verteilerkammer 54 in der Atemkammer 76 bewirkte Druckan-' stieg führt zu einer entsprechenden Druckänderung in der Meßkammer 24. Mit zunehmendem Strömungsmitteldruck in der Meßkammer wird die durch den Druckunterschied an der Membran l8 erhaltene Kraft größer als die Kraft der Druckfeder 28, so daß der Tauchkolben 30 in Richtung auf die Stirnwand des einen Teil eines barometrischen Höhenmessers darstellenden Balges 26 bewegt. In dem : Maße, in dem der Tauchkolben 30 bewegt wird, schwenkt die Feder , 78 den auf einem Stift 162 gelagerten Betätigungshebel 44 nach \ oben, so daß die Ventilplatte 82 in Anlage an den ersten ringför- : migen Ventilsitz 64 gedrückt wird. Liegt keine Verbindung zwischen der Steuerkammer 56 und der Meßkammer 24 mehr vor, so beaufschlag-

■ das unter Druck stehende atembare Strömungsmittel die Membran 50 derart, daß diese auf dem zweiten ringförmigen Ventilsitz 66 auf-

■ gesetzt wird. Hierdurch wird das Strömen atembaren Gases durch

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die Verteilerkammer 54 unterbrochen. ι

j Mit anwachsendem Strömungsmitteldruck in der Atemkammer J6 wird

' ein entsprechendes Steuersignal durch den Kanal 86 abgegeben.

I Ein Teil dieses Steuersignales strömt durch den Kanal 98 über die

i .

i Drosselstelle 100 zu dem Kanal 94. Dieses unter Druck stehende ι Strömungsmittel strömt in der Steuerleitung 96 in die Steuerkam- ! mer 142, so daß die. Membran l40 entsprechend beaufschlagt wird j und auf den ringförmigen Ventilsitz 144 aufgesetzt wird. Damit j wird die Einlaßöffnung 1^4 gegen die Auslaßöffnungen 136 abge- '' j dichtet. Erreicht dieser Druck einen Wert, bei dem die das Atem-

• gerät benutzende Person einen Schaden erleiden könnte, so wird i auf den Ventilkörper ΙΟβ einwirkende Kraft größer als die der ; Feder 114 und der Schaft 102 wird derart bewegt, daß eine ausi reichende Menge atembaren Strömungsmittels entweichen kann. Hier4-j durch wird dieser eine Gefährdung darstellende Druck abgebaut. : Während der Zeit des Einatmens hält die Feder 114 den Ventilkörper I06 normalerweise in Anlage an dem Ventilsitz 110, so daß der ! Kanal 94 und die mit atmosphärischem Druck beaufschlagte Kammer ί 88 gegeneinander abgedichtet sind.

I Während des Ausatmens wird in der Atemkammer 76 ein Überdruck ^!

j aufgebaut. Dieser Überdruck wird über die Meßleitung 84 an die Meßkammer 24 weitergegeben, wo sich ein positiver Druckunterschied

j bezüglich der mit atmosphärischem Druck beaufschlagten Kammer 22 aufbaut. Durch diesen positiven Druckunterschied wird die Membran.· 18 gegen die Kraft der Druckfeder 28 bewegt. Dies führt dazu, da.3 der Tauchkolben j50 die auf dem Stift 124 gelagerte Hebelstange 11ί5

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verschwenkt. So lange die Membran 18 durch diesen positiven Druck unterschied bewegt wird, nimmt der Stift 130 den Schaft 102 mit. Hierdurch wird der Ventilkörper ΙΟβ von dem Ventilsitz 110 abgehoben und in der Steuerkammer 142 befindliches, auf die Membran 140 einwirkendes unter Druck stehendes Strömungsmittel kann über den Kanal tyk zur Atmosphäre abgelassen werden. Wird das unter Druck stehende Strömungsmittel aus der Steuerkammer abgelassen, so wird durch den Überdruck der in der Atemkammer J6 befindlichen ausgeatmeten Luft die Membran l4o von dem Ventilsitz 144 abgeho- i ben, so daß die ausgeatmete Luft zur Atmosphäre hin entweichen ■ kann. ■

; Mit dem Entweichen des ausgeatmeten Strömungsmittels zur Atmosphäre

wird der Überdruck des Strömungsmittels derart vermindert, daß di$

Membran 18 wieder in Anlage an den Betätigungshebel 44 kommt und \ die Feder 114 den Ventilkörper 106 auf dem Ventilsitz 110 aufsetzt. ; Wenn der Kanal 94 zur Atmosphäre hin dicht verschlossen ist, so : ^: wird das in der Atemkammer J6 befindliche, unter Druck stehende ; Strömungsmittel zu der Steuerkammer 142 geleitet, und die Einlaß-j

ι • öffnung Ijj4 wird zur Atmosphäre hin abgedichtet und ein Einatem- j

: zyklus kann beginnen. I

' Überschreitet während des Einatmens der Druck des an den Benutzer abgegebenen Strömungsmittels einen vorgegebenen Grenzwert, der

^: durch die Feder 114 vorgegeben ist, so öffnet das Tellerventil,

i
zu dem der Ventilkörper 106 gehört, und der auf die Membran l4o einwirkende Druck wird auf einem Sicherheit bietenden Wert gehalten. Jegliches Anwachsen des Druckes über diesen Grenzwert führt

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dazu, daß das Ausatemventil 92 geöffnet wird und der zu große Drucjk durch Entlüftung zur Umgebung hin abgebaut wird.

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Claims (1)

1. 2 6 G ;; 71 7

   The Bendix Corporation
   Executive Offices

   Bendix Center 17. Februar 1976

   Southfield, Mich. 48075, USA Anwaltsakte:M-3799

   Patentansprüche ;

   Atemgerät zur Abgabe von einer unter Druck stehenden Quelle ' bereitgestellten atembaren Gases an eine Person, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung "(12), die auf den Unterschied zwischen einem Vergleichsdruck und dem Druck des
   atembaren Gases während der Einatemphase anspricht; durch ein
   Ausatemventil (92), in dem eine auf den Unterschied zwischen
   dem Druck in einer Atemkammer (76) und dem Druck in einer
   Steuerkammer (142) ansprechende Membran (l40) angeordnet ist, : die eine Verbindung zwischen der Atemkammer und der Atmosphäre, öffnet oder unterbricht; und durch ein Steuerventil (90), das :

   und ;

   mit der Regeleinrichtung (12)/mit dem Ausatemventil (92) verbunden ist, über welches der in der Atemkammer (76) herrschend^ Druck an die Steuerkammer (142) geleitet wird, so daß dieser ; auf die Membran (140) in der Richtung einwirkt, in der die Verf bindung zwischen der Atemkammer (76) und der Atmosphäre während

   ! der Einatemphase unterbrochen wird und über welches die Steuerj-

   j kammer (142) entlüftbar ist, so daß die Verbindung zwischen

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   Atemkammer und der Atmosphäre freigegeben wird, wenn die Regel-? einrichtung mit dem Ausatemdruck beaufschlagt wird.

   ; 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

   ! net, daß das Steuerventil (90) Ventilteile (106) aufweist,

   die zwischen einer Öffnung und einer atmosphärischen Kammer (83)

   : angeordnet sind, wobei die öffnung mit der Steuerkammer (142)

   ι des Ausatemventils (92) über eine erste Leitung (96) verbunden;

   ! ist, die Atemkammer über eine zweite Leitung (84) mit der Rege][-

   ; einrichtung (12) verbunden ist und die erste Leitung (96) mit j

   ; j

   ¹ der zweiten Leitung (84) über einen Kanal (98) verbunden ist. !

   l 3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-! : net, daß zu den Ventilelementen ein Ventilteller (I06) j ; gehört, der dem in der Steuerkammer (142) des Ausatemventils ; i (92) herrschenden Druck ausgesetzt ist und entgegen dieser ; ; Druckkraft durch eine Feder (112) in die Schließstellung vor- ; \ gespannt ist, wobei die Stärke der Feder (112) so bemessen istj

   : daß sie den Druck in der Steuerkammer (142) und damit den Druck i I

   j in der Atemkammer (76) während der Einatemphase auf einen \

   j I

   j sicheren Wert begrenzt. I

   ' 4. Atemgerät nach Anspruch J, .gekennzeichnet dur<jsh

   einen Hebel (II8), der an einem Punkt (124) schwenkbar gelagerf ist, an einem anderen Punkt(126) mit der Regeleinrichtung (12) verbunden ist und an einem dritten Punkt mit einem Schaft (102' des Ventiltillers (I06) verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen dem Hebel (II8) und dem Schaft (102) ein Mitnehmen

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   ORiGfNAL

   des Ventiltellers (106) durch den Hebel (ll8) ermöglicht, wenn der Hebel (118) durch die Regeleinrichtung (112) bewegt wird, und eine Bewegung des Schaftes (102) unabhängig von dem Hebel (118) ermöglicht, wenn der "Ventilteller (106) einem Druck aus-; gesetzt ist, der größer als der sichere Druckwert ist.

   5. Atemgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- j kennzeichnet, daß in dem die erste Leitung (96) mit der zweiten Leitung (84) verbindenden Kanal (98) eine Drosi

   selstelle (lOO) vorgesehen ist. |

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