DE2931886A1

DE2931886A1 - Atmungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2931886A1
Application number: DE19792931886
Authority: DE
Inventors: Loyal G Netteland
Original assignee: ATO Inc
Current assignee: Scott Technologies Inc
Priority date: 1978-08-07
Filing date: 1979-08-06
Publication date: 1980-02-21
Also published as: AU4960679A; AU528182B2; CA1116494A; GB2028142A; JPS5524096A; GB2028142B; US4253455A; FR2432871A1; CA1163523B

Description

Α tmungs vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Atmungsvorrichtung solcher Art, bei welcher ein Atmungsfließmittel einer Maeke bei Bedarf durch Einatmen durch den Benutzer der Maske zugeführt wird.

Bisher sind Bedarfsventile zur Verwendung in Verbindung mit Atmungsmasken geschaffen worden, welche auf das Einatmen durch den Maskenbenutzer ansprechen. Bei einer solcher Masken bewegt sich ein flexibles Gebilde in Form eines Diaphragmas bzw. einer federnden Platte in Reaktion auf den verminderten Druck, welcher in der Maskenkammer beim Einatmen hervorgerufen wird und betätigt einen Hebel, welcher wiederum ein Zufuhrventil für ein Atmungsfließmittel öffnet. Solche bisherigen Masken sind üblicherweise mit einem unabhängigen Ausatemventil versehen, welches sich beim Ausatmen öffnet, um das Austreten von Gas zu gestatten, welches vom Maskenbenutzer ausgeatmet wird. Das ausgeatmete Gas bewegt das Diaphragma in seine normale Ruhestellung und öffnet das unabhängige Ausatemventil.

Erfindungsgemäß wird eine Bedarfsatemvorrichtung geschaffen, bei welcher das Ausatemventil und das

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Diaphragma kombiniert sind, wodurch die Notwendigkeit eines unabhängigen Ausatemventils entfällt. Das Diaphragma steuert sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil und öffnet das erstere im Ansprechen auf das Einatmen und das letztere im Ansprechen auf das Ausatmen.

Die erfindungsgemäße Atemvorrichtung weist ein hohles Gehäuse auf, welches mit einer Öffnung in der Gehausewandung vereöien ist. Ein flexibles Diaphragma bzw. eine federnde Platte lagert über der Öffnung und bildet in Verbindung mit dem hohlen Gehäuse eine Kammer. Das Diaphragma bewegt sich im Ansprechen auf Änderungen der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kammer. Sin Einlaßventil für AtmungsflieSmittel steht mit der Kammer in Verbindung und öffnet sich im Ansprechen auf die Einwärtsbewegung des Diaphragmas, welche sich aus einer Herabsetzung des Kammerdruckes ergibt, der beim Einatmen durch den Benutzer der Vorrichtung geschaffen wird. Ein Auslassventil ist zum Ablassen von ipließmittel aus der Kammer vorgesehen, wenn der Druck innerhalb der Kammer beim Ausatmen durch den Benutzer über einen vorbestimmten Wert gesteigert wird.

Die Verbesserung der Erfindung besteht in der Schaffung einer abdichtenden Oberfläche, welche normalerweise mit dem Diaphragma in abdichtendem Eingriff steht, und von welcher zumindest ein Teil des Diaphragmas beim Ausatmen in die Kammer abhebt. Das Diaphragma und die abdichtende Oberfläche wirken als Auslassventil, wobei das Diaphragma sowohl das Einlassventil als auch die Auslassöffnungen steuert, wodurch die Notwendigkeit eines getrennten Auslass- bzw. Ausatemventils entOillt.

Pig. 1 der anliegenden Zeichnungen ist eine Seitenansicht einer Atmungsmaske, welche mit der erfindungsgemäßen

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Atmungsventilanordnung ausgerüstet ist;

!ig. 2 ist eine Schnittansicht der Atmungsventilanordnung in größerem Maßstab;

Fig. 3 ist eine weiter vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht des Auslaßventils in einer teilweise offenen Stellung; und

Pig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Pig. 3, welche das Auslaßventil in einer weiter offenen Stellung zeigt.

Die Erfindung beinhaltet eine Atmungsvorrichtung mit einem Auslaßventil und einem mit Diaphragma betätigten Einlaßventil, wobei das Auslaßventil eine abdichtende Oberfläche aufweist, gegen welche das Diaphragma normalerweise in abdichtendem Eingriff steht, um die Öffnung zu schließen, und von welcher das Diaphragma beim Ausatmen abhebt, um das Auslaßventil zu öffnen.

Die in den anliegenden Zeichnungen zur Veranschaulichung dargestellte beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt eine Atmungsvorrichtung 1o, welche ein Gehäuse 11, ein flexibles Diaphragma 12 und einen Deckel 13 aufweist. Das Gehäuse kann aua irgendeinem geeigneten starren Material bestehen, welches für luft und Sauerstoff im wesentlichen undurchlässig ist, wie etwa Stahl, Aluminium und starrer Kunststoff, und welches keine giftigen Substanzen den Atmungsfließmitteln einverleibt. Das Gehäuse wird durch eine Gehäusewandung 14 definiert, in welcher eine erste Öffnung 15 vorgesehen ist. Das flexible Diaphragma 12 mit einer inneren Oberfläche 16 und einer äußeren Oberfläche 17, ist über der öffnung 15 gelagert. Das flexible Diaphragma 12 besteht aus federndem, gasundurchlässigem Material wie natürlichem Kautschuk bzw.

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Silikonkautschuk, oder aus flexiblem Kunststoff.

Das flexible Diaphragma 12 definiert in Verbindung mit dem Gehäuse 11 eine Kammer 18, welche mit einer Zufuhrleitung 19 für AtmungBfließmittel über ein Einlaßventil 2ο herkömmlichen Aufbaues in Verbindung steht. Die Zufuhrleitung 19 für Atmungsfließmittel steht in Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Atmungsfließmittelquelle wie etwa Luft oder Qbx erstoff. Das Einlaßventil 2o öffnet sich im Ansprechen auf Einwärtsbewegungen des Diaphragmas 12 mittels eines Kipphebels 21, welcher durch das Diaphragma 12 zum Öffnen des Einlaßventiles 2o bewegt wird, und welcher eine Rückführfeder 25 zum Schließen deB Ventils bei Auswärtεbewegung des Diaphragmas besitzt, in einer Weise, wie dies auf dem Gebiet der Bedarfsregulatoren bekannt ist.

Die Vorrichtung ist mit einem Auslaßventil 22 zum Abblasen bzw. Ablassen von Fließmittel aus der Kammer 18 versehen, wenn der Fließmitteldruck innerhalb der Kammer 18 eine vorbestimmte Höhe überschreitet. Eine zweite Öffnung 23 in der Kammer 18 ist vorgesehen, welche zur luftdichten Verbindung mit der Atmungsfunktion eines Benutzers ausgebildet ist,-und zwar gewöhnlich über eine enge Kupplung zur Atmungsmaske 3o, wie dies gezeigt ist. Wenn gewünscht, kann eine solche Verbindung über ein Rohr oder einen Schlauch (nicht gezeigt) erfolgen, wobei das eine Ende von Rohr bzw. Schlauch eng mit der zweiten Öffnung2J verbunden ist, und daB andere Ende mit der Atmungsmaske 3o in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß ist über der Öffnung 15 eine dichtende Oberfläche 24 vorgesehen, gegen welche ein Umfangsteil 28 der inneren Oberfläche 16 des Diaphragmas 12 nor-

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malerweise diohtend im Eingriff steht, um die öffnung 15 zu schließen, und von welcher zumindest ein Teil des Diaphragmas 12 abhebt, wenn der Druck innerhalb der Kammer 18 über eine vorbestimmte Höhe ansteigt, wodurch die Oberfläche 16 des Diaphragmas 12 in Verbindung mit der Oberfläche 24 als Auslaßventil 22 wirken kann.

Die Gehäusewandung 14 ist so geformt, daß sie rings um die Öffnung 15 einen Auslaßkanal 31 bildet, welcher mit der Kammer 18 in Verbindung steht, wenn das Diaphragma 12 von der Oberfläche 24 abgehoben ist, und von der Verbindung mit der Kammer 18 ausgeschlossen ist, wenn das Diaphragma 12 dichtend mit der Oberfläche 24 im Eingriff steht. Der Kanal 31 ist über die öffnungen 27' am Boden des Karales zur . Atmosphäre hin belüftet und ist in eine ringförmige Reihe von Auslaßöffnungen 27 durch eine ringförmige Reihe radialer Stangen 32 unterteilt, welche an ihrem äußeren Umfang durch einen Ring 53 verbunden sind, der eine ausgesparte Bodenwandung aufweist, wodurch eine ringförmige Kammer 34 geschafferir|*ird, wjilche mit den Ablaß öffnungen 27 und mit den Efo$liitt\xngH®ffnwn.gen 2.1^Λ in Verbindung steht. Die Stangen 32!besitzen wesentliche Breite bzw. Dicke und schaffen mit dem Ring 33 eine nach einwärts geneigte, umgekehrt kegelstumpfförmige Trägeroberfläche 57 für den Umfangsteil 28 des Diaphragmas 12, wenn dieses dichtend mit der Oberfläche 24 im Eingriff steht, um den Auslaß 22 zu schließen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Neigung der Oberfläche 57 ist so, daß iir innerer Umfang nur Ie icht unterhalb der dichtenden Oberfläche 24 der Gehäusewandung 14 liegt, und ihr äußerer Umfang am Diaphragmaring 26 bzw. im wesentlichen daran liegt. -

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ti.

Die äußere Oberfläche^ des Diaphragmas 12 ist durch den Deckel 13 geschützt, welcher so gestaltet ist, daß er eine Kammer 29 auf der Seite des Diaphragmas 12 gegenüber der Kammer 18 schafft, und welcher mit einer Belüftung 4o ausgestattet ist, sodaß die äußere Oberfläche 17 des flexiblen Diaphragmas 12 gewöhnlich kostant dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Der Umfang 26 des Diaphragmas 12 ist ein dicker Ring, welcher in den ausgesparten oberen Enden der Gehäusewandung 14 und vom Ring 33 des Deckels 13 sicher gehalten wird, jedoch das Diaphragma 12 wird nicht durch den Deckel 13 gegen die abdichtende Oberfläche 24 gehalten.

Das Diaphragma 17 ist sorgfältig konstruiert, sodaß bei irgendeiner Orientierung im Diaphragma der Aufbau einer Vorbelastung besteht, welche ausreichend ist, um Berührung mit der abdichtenden Oberfläche 24 aufrechtzuerhalten und zwar ohne eine Druckdifferenz über das Diaphragma. Dies bedeutet, daß ein geringer positiver Druck in der Kammer 18 erzeugt werden muß, um das Diaphragma an der dichtenden Oberfläche 24 abzuheben und die ausgeatmeten Gase durch die Öffnungen 27, 27^f abzulassen.

Beim gewöhnlichsten Gebrauch, bewegt sich das Gas in Kammer 29 durch die öffnung 4o hindurch ein und aus, wenn die Druckdifferenz über das Diaphragma 12 sich durch einen erzeugten negativen oder positiven Druck in der Kammer 18 ändert. Es liegt jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung, daß ein positiver Druck (oberhalb Umgebungsdruck) auf das Diaphragma durch eine gewisse sekundäre Einrichtung aufgebracht werden kann, wie dies weiter unten beschrieben ist. Jedoch ist der Aufbau so gestaltet, daß die Druckdifferenz über das Diaphragma 12, welche benötigt wird, entweder um das Bedarfsventil 2o zu öffnen,

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oder wiederum das Diaphragma 17 von der Dichtungskante 24 zum Ablassen der Gase abzuheben, fast konstant bleibt. Dies wird vollzogen durch die radialen Träger 32, 33, welche in den Ablaßkanal 31 einverleibt sind, sodaß der wirksame Bezirk des Diaphragmas, welcher der Druckdifferenz unterliegt, in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis von 1:1 verbleibt.

\Iexm der Regulator ein Druckbedarfsregulator ist, um eine Möglichkeit beispielsweise eines Durchsickerns nach einwärts zu vermeiden, so kann ein Düsenstrom an Gas von der Seite stromaufwärts des Elnlaßventilee 2o zur Kammer 29 vorgesehen sein. Wie in Pig. 2 gezeigt, kann der Deckel 13 einen Durchgang 5o aufweisen, welcher mit der Kammer 29 und mit einem Durchgang 56' im Gehäuse 11 in Verbindung steht, wobei der Durchgang mit der Einlaßzufuhr verbunden ist. Das Gehäuse 11 besitzt auch eine Bohrung 56, welche mit dem Durchgang 56' in Verbindung steht, wobei die Bohrung 56 einen Düaenknopf 52 mit einer eingeschränkten Düse 53 enthält, die über ein Filter 54 mit dem Durchgang 56· in Verbindung steht. Die entgegengesetzten Enden der Bohrung 56 sind rings um die Durchgänge 5o und 56' durch O-Ringe 51 und 55 abgedichtet. Mit dieser Anordnung sickert eine konstante Zufuhr an Einlaßgas zur Kammer 29, wodurch das Diaphragma 12 vorgespannt wird, um einen positiven Druck in der Kammer 18 in bekannter Weise aufrechtzuerhalten. Ein Aneroid 37 in der Kappe 35 auf dem Deckel 13 trägt ein Ventil 38, welches dazu ausgebildet ist, mit einem Sitz 39 rings um die Öffnung 4o in Tuchfühlung zu treten, wobei die Kappe EntlüftungsÖffnungen 36 zur Atmosphäre aufweist. Die Öffnung 4o und das Ventil 38 besitzen einen Durchmesser, welcher annähernd gleich ist dem Durchmesser des Aneroids 37, wodurch Aneroid und der Druck in der Kammer 29 gegen den gleichen Ventilbezirk wirken.

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Die Trägeroberflache 57 ist brauchbar, jedoch nicht wesentlich, wenn nach der Geradeauabedarf sart gearbeitet wird, und das Diaphragma 12 nur dem atmosphärischen Umgebungsdruck in der Kammer 29 unterliegt« Wenn jedoch nach der Druckbedarfsart gearbeitet wird, so ist die Trägeroberfläche 57 erforderlich, um die gewünschte einheitliche öffnungswirkung des Auslasses 22 im Ansprechen auf gesteigerten Druck auf die Oberfläche 16 des Diaphragmas 12 aufrechtzuerhalten.

Wenn während des Betriebes der Benutzer der Vorrichtung 1o einatmet, so wird der Druck innerhalb der Kammer 18 herabgesetzt, was die Mitte des Diaphragmas 12 veranlasst, sich nach einwärts zu bewegen, wodurch der Hebel 21 betätigt wird, welcher wiederum das Einlaßventil 2o öffnet, wodurch Atmungsfließmittel in die Kammer 18 eintreten kann. Dies verstärkt die selbstdichtende Wirkung des Diaphragmas 12 gegen die Oberfläche 24, wodurch das Auslassventil 22 geschlossen gehaltet);irird. Wenn der Benutzer der Atmungsvorrichtung 1ö Busatmet, so steigert sich der Druck in der Kammer 18 und das Diaphragma 12 bewegt sich nach auswärts, eodaß das Einlassventil 2o sich schließen kann, «tydooh bleibt das Auslassventil 22 geschlossen und der Umfangsteil 28 des Diaphragmas 12 hebt sich nicht von der dichtenden Oberfläche ab, bis der Druck innerhalb der Kammer 18 demjenigen innerhalb der Kammer 29 um einen Betrag übersteigt, welcher ausreichend ist, um die Vorbelastung bzw. die selbstdichtende Vorspannung des Diaphragmas 12 zu überwinden, wobei der Diaphragmateil 28 von der Trägeroberfläche 57 abgehoben wird, und das ausgeatmete Gas zwischen der inneren Oberfläche 16 des Diaphragmas 12 und der dichtenden Oberfläche durch die Ablassöffnungen 27 und Entlüftungen 27· zur Außenseite der Vorrichtung 1o hindurchgehen kann.

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Das Ausmaß an Diaphragmateil 28, welches von der Oberfläche 57 abgehoben wird, steigt an mit der Ausatmungs druckkraft, wodurch sich der Bezirk an Auslaßöffnung durch die Öffnungen 27 hindurch steigert, wie dies durch die vergleichenden Figuren 3 und 4 gezeigt ist.

Das Einlassventil, welches das Diaphragma 12 betätigt, steuert somit auch den Abgangsauslass. Der Einlass 2o wird durch das Diaphragma beim Einatmen geöffnet und liefert Atmungsfließmittel zur Kammer, wobei der Auslaß 22 durch das Diaphragma geschlossen bleibt. Der Auslaß wird geöffnet durch das Diaphragma beim Ausatmen, nachdem der Einlaß sich schließen kann, um die Ausatmungsprodukte aus der Kammer abzublasen. Das Diaphragma 12 schafft in Verbindung mit der Umfangsdichtungsoberfläche 24 die Auslaßventilwirkung. Die abgeschrägte umgekehrt konische Gestaltung der Oberfläche 57 trägt den Diaphragmateil 28 bei Ruhe und während der Einwärtsbewegung des Diaphragmas und auch während des Anhebens des Teiles 28 von der Oberfläche 24 fort bei Auswärtsbewegung des Diaphragmas.

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Claims

Patentansprüche

1. Atmungsvorrichtung mit einem hohlen Gehäuse, welches eine Öffnung in einer seiner Wandungen aufweist; mit einem flexiblen Diaphragma, welches eine innere und eine äußere Oberfläche aufweist, welches über der öffnung gelagert ist, wobei das Diaphragma eine Kammer in Verbindung mit dem Gehäuse bildet und im Ansprechen auf Variationen des Druckunterschiedes über das Diaphragma bewegbar ist; mit einem Einlaß für Atmungsfließmittel in diese Kammer; mit einer Einrichtung zum Öffnen des Einlasses im Ansprechen auf eine Bewegung des Diaphragmas nach einwärts der Kammer bei Herabminderung des Druckes innerhalb der Kammer; mit einem Fließmittelauslaß aus der Kammer; und mit einer Einrichtung zum öffnen des Auslasses, wenn der Druck innerhalb der Kammer einen vorbestimmten relativen Druck übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (12) und der Auslaß so angeorndet sind, daß das Diaphragma normalerweise den Auslaß schließt und den Auslaß geschlossen hält, bis der Kammerdruck einen vorbestimmten Wert überschreitet, woraufhin das Diaphragma den Auslaß zum Abblasen von Fließmittel aus der Kammer öffnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung eine solche für Geradeausbedarf ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn® ichnet, daß die Vorrichtung eine solche für Druckbedarf ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Öffnen des Einlasses ein

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Kippventil (2ο, 21) mit einem Schaft aufweist, welcher mit dem Diaphragma "bei dessen Einwärtsbewegung in Tuchfühlung kommt, um das Ventil (2o) zu öffnen, und daß eine Feder (25) das Ventil zu einer Einlaßscüüsßstellung vorspannt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche (17) des Diaphragmas

(12) durch einen Deckel (13) geschützt ist, welcher mit dem Diaphragma eine zweite Kammer (29) bildet, wobei die zweite Kammer nach dem Äußeren der Vorrichtung hin entlüftet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine abdichtende Oberfläche rings um die öffnung, gegen welche ein Teil (28) der inneren Oberfläche (16) des Diaphragmas (12) normalerweise abdichtend in Tuchfühlung steht, um den Auslaß abzuschließen, und von welcher zumindest eine Portion des Diaphragmas abhebt, wenn der Druck innerhalb der Kanuner einen vorbestimmten Wert überschreitet, wodurch daa Diaphragma und diese Oberfläche als Auslaßventil wirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Druckbedarfsvorrichtung ausgebildet ist und Einrichtungen aufweist zum Aufrechterhalten eines positiven Druckes innerhalb der Kammer in Bezug auf die umgebende Atmosphäre.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Aufrechterhalten eines positiven Druckes in einem Sickerdurchgang (53) vom Einlaß zur zweiten Kammer (29), und aus einem Aneroid (37) zum Steuern der Entlüftung aus der zweiten Kammer bestehen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auelaß eine Reihe abwechselnder Mündungen und Träger rings um die Öffnung aufweist, wobei die abdichtende Oberfläche zwischen die Reihe an Auslaßmündungen und die Öffnung zwischengelegt ist, und die Träger eine Halterung für das Diaphragma auswärts der abdichtenden Oberfläche (24) schaffen.

1o. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma eine Vorbelastung aufweist, welche ausreichend ist, um das Auslaßventil in allen Lagen der Orientierung der Vorrichtung normalerwei se geschlossen zu halten.

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