DE3109660C2 - Elektrisch und mechanisch steuerbares Atemschutzgerät nach dem Kreislaufprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Atemschutzgerät mit geschlossenem Kreislauf, entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Die mit einer elektrischen Steuerung arbeitenden Atemschutzgeräte nach dem Kreislaufprinzip erlauben es, den Sauerstoff in der im Kreislauf geführten Atemluft unabhängig von dem umgebenden Druck, z. B. bei einer Anwendung als Tauchgerät, bei einem gewünschten Normalanteil von etwa 21% zu halten. Es muß aber sichergestellt sein, daß der Geräteträger auch bei einem etwaigen Ausfall der .lektrischen Atemgassteuerung ohne Schädigung weiterarbeiten oder aber J5 auf jeden Fall seine Ausgangsba: s wieder erreichen kann.

Bei einem bekannten rückentragbaren Atemschutzgerät mit geschlossenem Kreislauf wird durch eine elektronische Sauerstoff-Regelungseinrichtung der -to Sauerstoffpartialdruck im Kreislauf auf einem gewünschten Wert gehalten.

In einer 1. Ausführungsform umfaßt der Kreislauf einen Atemanschluß mit Mundstück sowie Richtungsventilen für die zwei Atembeutel, und zwar je einen auf der Ein- and Ausatemseite, die über eine COj-Absorptionspatrone miteinander verbunden sind. Die Einspeisung des erforderlichen Sauerstoffes erfolgt aus einer Druckgasflasche über eine Parallelschaltung einer mit einem Handrad einstellbaren Drossel und eines im Ruhezustand geschlossenen Magnetventils auf der Eingangsseite der Absorptionspatrone. Ein elektrochemischer Sauerstoffsensor ist auf der Ausgangsseite der Absorptionspatrone angeordnet und regelt über eine elektronische Regelungseinrichtung und das damit verbundene Magnetventil den Sauerstoffpartialdruck im Kreislauf auf einen einstellbaren Sollwert. Der gemessene Wert des Sauerstoffpartialdruckes ist an einem Anzeigegerät sichtbar, das an einem Armband getragen wird. Die einstellbare Drossel ist so eingestellt, &o daß sie den für ein Überleben des Benutzers nötigen Mindestbedarf an Sauerstoff sichert. Der Normalverbrauch wird dann über das Magnetventil nachgeführt.

In einer 2. Ausführungsform erfolgt die Ergänzung des verbrauchten Sauerstoffes über eine Serienanordnung einer festen Drossel und eines von der Regelungseinrichtung betätigten, im Ruhezustand offenen Magnetventils in den auf der Einatemseite gelegenen Atembeutel. Im Störfall, wie Ausfall des Magnetventils, wird, wenn das Signal des Sensors einen Grenzwert unterschreitet, ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgegeben. Dann wird durch Handbetätigung einer Umschalteinrichtung das Magnetventil umgangen und der Sauerstoff durch die feste Drossel kontinuierlich zugeführt.

Nachteilig ist, daß im Störfall bei der 1. Ausführungsform eine Notversorgung zwar erhalten bleibt, für den Normalbedarf, wie er auch für den Rückzug nt-lwendig sein kann, aber nicht ausreicht Wenn der Fehlerfall deshalb nicht durch ständige Beobachtung des Anzeigegerätes bemerkt wird, kann es trotzdem zu einer bedrohlichen Sauerstoffverarmung im Kreislauf kommen. Bei der Z Ausfühningsform ist im Störfall ein Umschalten von Hand erforderlich. Dies setzt rechtzeitiges Erkennen der Störung durch Beobachtung des Anzeigegerätes oder des Alarms und dann noch bestehende Handlungsfähigkeit des Benutzers voraus (US-PS 32 52 458).

In einem bekannten Kreislaufgerät, insbesondere für Unterwasserarbeiten, gelangt das Atemgas, von Einwegklappenventilen gesteuert, aus einer Mischkammer über ein vielleicht auch in einer Maske angeordnetes Mundstück zum Benutzer und von dort über einen Atemsack und einen COrAufnehmer wieder in die Mischkammer. Ein Sicherheitsventil am Atemsack entlastet einen etw.-igen Überdruck in die Umgebung. Eine Gasflasche mit einem Inertgas-Sauerstoff-Gemisch ist über ein Druckregelventil und ein Druckausgleichsventil sowie ein paralleles handbetätigtes Druckknopfventil an den Kreislauf angeschlossen. Der Kreislauf kann damit automatisch oder von Hand gefüllt werden. Eine zweite Gasflasche mit Sauerstoff ist über ein Druckregelventil und ein handbetätigtes Druckknopfventil mit der Mischkammer verbunden. Parallel zu dem Druckknopfventil sind hintereinandergeschaltet ein Magnetabschaltventil und ein Magnetventil angeordnet, die über einen elektrischen Stromkreis betätigt werden. Der Stromkreis r-i mit zwei in der Mischkammer angeordneten Sensoren verbunden, deren einer den Gesamtdruck und deren anderer den Sauerstoffpartialdruck erfaßt. Die Schaltungsanordnung des Stromkreises zeigt die Meßwerte auf Anzeige-Ausgabeeinrichtungen an, die an einem Armband getragen werden. Die Schaltungsanordnung des Stromkreises regelt ferner durch Betätigung des Magnetventils die Sauerstoffzufuhr so, daß im Kreislauf wahlweise ein konstanter Partialdruck oder ein vorgegebener Proientgehalt an Sauerstoff aufrechterhalten wird. Überschreitet der Sauerstoffpartialdruck einen gesundheitsschädlichen Grenzwert, so schließt die Schaltungsanordnung des Stromkreises das Magnetabschaltventil, bis der Sauerstoffwert wieder sinkt, und zeigt die Überschreitung durch das Aufleuchten einer Alarmeinrichtung an. Außerdem wird an innerhalb der Maske angeordneten Sauerstoff-Warnlampen angezeigt, ob der Sauerstoffgehalt im gewünschten Bereich oder darüber bzw. darunter liegt. Zur Erhöhung der Sicherheit wird vorgeschlagen, eine 2. identische Schaltungsanordnung vorzusehen, falls in der 1. ein Fehler auftritt. Als zusätzliche Überwachungseinrichtung ist in der Meßkammer ein ohne Fremdenergie arbeitender dritter Sensor angeordnet, der ohne Verbindung mit dem Stromkreis den Sauerstoffpartial druck mißt und auf einem unabhängigen Meßwerk anzeigt. Im Fehlerfall kann der Benutzer über die beiden Druckknopfventile aus der Gasflasche mit Sauerstoff

oder mit Inertgas-Sau.. ;t-ff-Gemisrh eine Notversorgung von Hand durchführen.

Nachteilig ist, daß trotz hohen elektronischen und apparativen Aufwands der Benutzer gezwungen ist, eine auftretende Störung aus der Beobachtung von Anzeigen und Signalen zu erkennen und dann unter Verfolgung der Anzeigen durch fortgesetzte Handsteuerungen, die ihn in der Vollendung seiner Aufgabe oder beim Rückzug behindern, eine Notversorgung aufrecht zu erhalten (DE-AS 26 08 546).

Ein bekanntes Atemschutzgerät versorgt den Benutzer ι;'··: ?.·!ί« oder Sauerstoff aus einer Druckgasflasche über eine zweistufige Druckminderung. In der ersten Stufe wird der Flaschendruck auf einen Mitteldruck herabgesetzt In der zweiten Stufe wird der Mitteldruck über ein lungenautomatisches Ventil auf den Druck in der Maske des Benutzers entspannt Zur Sicherheit gegen Betriebsstörungen ist die erste Stufe mit zwei parallel angeordneten Druckminderern bestückt, von denen der eine als Betriebsdruckminderer und der andere als Reservedruckminderer dient. Dabei ist der Reservedruckminderer auf einen etwas höheren Mitteldruck als der Betriebsdruckminderer eingestellt Die Abgänge dieser Druckminderer sind über je eine Zweigleitung mit einer gemeinsamen Mitteldivckleitung verbunden, die zum lungenautomatischen Ventil führt. In der Zweigleitung des Reservedruckminderers ist ein pneumatisch gesteuertes Umschaltventil angeordnet, dessen Steuerleitung mit der Zweigleitung des Betriebsdruckminderers verbunden ist. Dieses Umschaltventil wird vom Mitteldruck des Betriebsdruckminderers geschlossen. In der Zweigleitung des Betriebsdruckminderers ist vor ihrer Einmündung in die gemeinsame Mitteldruckleitung ein Rückschlagventil angeordnet, das eine Strömung zum Betriebsdruckminderer zurück unterbindet. Im Normalbetrieb erfolgt die Gasversorgung über den Betriebsdruckminderer, das Rückschlagventil und das lungenautomatische Ventil zum Benutzer. Gleichzeitig steht der Reservedruckminderer unter Druck, ohne daß es zu einem Gasdurchfluß kommt weil das Umschaltventil durch den Mitteldruck des Betriebsdruckminderers geschlossen ist. Kommt es im Störfall zu einem Verschluß des Betriebsdruckminderers, so bricht dessen Mitteldruck zusammen. Damit öffnet das Umschaltventil und gibt die Gasversorgung ober den Reservedruckminderer frei. Einen erneuten Verschluß des Umschaltventils durch d*"n sich aufbauenden Mitteldruck verhindert das Rückschlagventil. Der entsprecnend der Einstellung des Reservedruckminderers höhere Mitteldruck löst an einer Signalvorrichtung ein Signal aus. das dem Benutzer die erfolgte Umschaltung anzeigt. Da jedoch der Reservedruckminderer während des Normalbetriebes ständig dem Druck ausgesetzt ist, unterliegt er Beanspruchungen, die seine Zuverlässigkeit für den Störfall herabsetzen. Das Atemschutzgerät hat einen hohen Gasverbrauch, da das Atemgas nach der Atmung in die Umgebung entlassen wird, eine Führung im Kreislauf unter Aufrechterhaltung eines gewünschten Sauerstoffanteils ist nicht möglich (US-PS 39 57 044).

Bei einem bekannten Atemschutzgerät mit geschlossenem Kreislauf erfolgt im Normalbetrieb die Ergänzung des verbrauchten Sauerstoffes aus dem Sauerstoffvorrat in den Kreislauf über ein Magnetventil. Dieses wird von einem im Kreislauf angeordneten Sauerstoffsensor mittels einer elektrischen Regelvorrichtung gesteuert, die zugleich den im Kreislauf vorhandenen Sauerstoffpartialdruck anzeigt Parallel zu dem Magnetventil sind hintereinander eine Drossel und ein handbetätigtes Ventil als Bypaß angeordnet Im Störfall eines Verschlusses des Magnetventils muß der Benutzer das Bypaßventil öffnen und damit eine Notversorgung sichern. Diese Notversorgung paßt sich jedoch nicht dem schwankenden Bedarf an. Vor allem aber ist bedenklich, daß im Störfall eine Umschaltung von Hand erforderlich ist und das Eintreten des Störfalles erst einmal aus der Beobachtung derSauerstoff-Partiaidrutkanzeige erkannt werden muß. Bei nicht rechtzeitigem Bemerken ist der Benutzer dazu womöglich nicht mehr in der Lage (US-PS 37 22 510).

Ein bekanntes Atmungsgerät nach dem Kreislaufprinzip verwendet Sauerstoff und Helium zur Füllung des

is Kreislaufes. Es enthält innerhalb des Atembeutels mindestens einen Sauerstoffteildruckgeber, der über einen elektronischen Sauerstoffteildruckregelkreis und ein Magnetventil die Sauerstoffzufuhr in den Kreislauf steuert und damit den Sauerstoffteildruck im Atembeute! auf einem einstellbaren Sollwert hält. Der vorliegende SauerstoCfteildruck kann zugleich auf einer an einem Armband getragenen Anzeige abgele η werden. Eine daneben angeordnete optische Aiarmanze^;*e macht bei Störungen auf das Auswandern des Sauerstoffteildrukkes aus dem Sollbereich aufmerksam. Für den Störfall sind ein getrennter Vorrat einer Atemgasmischung vorgeseh- η sowie ein handbetätigter Verteilschieber, durch dessen Umschaltung die Verbindung des Gerätes zum Vorrat von Sauerstoff und Helium unterbrochen

3C und zum Vorrat der Atemgasmischung hergestellt wird. Das Gerät arbeitet dann im halbgeschloss^nen Kreislauf und dient lediglich der Sicherung des Rückzugs auf die Ausg&ngsbasis. Nachteilig ist daß es bei Ausbleiben der Sauerstoffversorgung von der Aufmerksamkeit des Benutzers abhängt diese Störung zu bemerken und durch die aktive Handlung des Umschaltens. zu der er dann vielleicht gar nicht mehr imstande ist zu beheben. Durch die Anwendung der Hilfsspeisung im halbgeschlossenen Kreislauf ist die Benutzungsdauer und damit nicht nur der Rückzugsweg sehr begr;nzt. sondern der gesamte Aktionsradius, der sich nach dem gesicherten Rückweg richten muß (DH-OS 26 00 600).

Aü.gabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektrisch gesteuerten Atemschutzgerätes nach dem Kreislaufprinzip der eingangs genannten Art. in dem nach dem Ausfall der elektrischen Steuerung automatisch auf eine mechanisch gesteuerte Atemluftversorgung umgeschaltet wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs.

Mit dem Ausfall der Elektrik, also damit auch der Steuerung des Nachschubs an Atemgas, schaltet eine Umschalteinrichtung über den sich immer einstellenden Druckabfall, das Magnetventil schließt und der Sauerstoff f|i'3 über die Staudrossel in den Atembeutel ab. mechanisch den Sauerstoffnachschub auf einem anderen Wege ein. Es w'vd durch eine sich entspinnende mechanische Feder ein Ventil zu einer Umgehungsleitung, die über einen passenden Druckminderer in den Atembeutel führt, geöffnet. Damit kann der benötigte Nachschub an Sauerstoff praktisch direkt aus der Vorraisflaschc erfolgen= Die Lösung ist mechanisch einfach und auch sicher in rückengetragenen Geräten untergebracht.

*>5 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung Hargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigi

F i g. 1 das Atemschutzgerät in Prinzipdarstellung,

F ι g. 2 die Umschalteinrichtung.

Das Atemschutzgerät 1 arbeitet nach dem Kreislaufprirmp. Den Aufbau zeigt die F i g. I. Der Kreislauf wird in der Reihenfolge der .Strömungsrichtung in dem Einatemteil aus einem Atembeutel 2, einem Einatemventil 3. einem Einatemschlauch 4 und einem Ateman-Schluß 5 gebildet. Die Ausatemluft gelangt dann über einen Ausatemschlauch 6, ein Ausatemventil 7 und eine Absorptionspatrone 8, in der das CO2 gebunden wird, in den Atembeutel 2 zurück. Der verbrauchte Sauerstoff wird aus einem Vorrat ergänzt. Dazu ist eine mit einem Absperrventil 10 versehene Sauerstoffflasche 9 vorhanden. An das Absperrventil 10 ist ein Hochdruckraum 11 angeschlossen, der dann über ein Magnetventil 13 und einen mit einer Staudrossel (5 versehenen Mitteldruckraum 14 mit dem Atembeutel 2 verbunden ist. An den Hochdruckraum ti ist zur Überwachung ein Druckmesser 12 angeschlossen.

Das Magnetventil 13 ist Teil einer elektrischen Regelvorrichtung 16 und wird von dieser über einen Sauerstoffsensor 17 im Atembeutel 2 gesteuert. Die Staudrossel 15 ist derart ausgelegt, daß sich bei einem Mindestbedarf des Gerätebenutzers von 1,2 I CVmin in dem Mitteldruckraum 14 ein Druck von etwa 0,5 bar aufbaut.

Die Umschalteinrichtung im Detail zeigt die Fig. 2. Der Hochdruckraum 11 ist über das Magnetventil 13 mit dem Mitteldriickraum 14 verbunden. Im Mitteldruckraum 14 ist ein Steuerzylinder 19 angeordnet. Dessen Inneres ist durch einen mit einer Druckfeder 20 belasteten Kolben 21 in einen Innenraum 22 oberhalb

und einen Federraum 23 unterhalb geteilt. Der Innenraum 22 ist über eine öffnung 24 mit dem Mitteldruckraum 14 und der Federraum 23 über eine Ausgleichsöffnung 25 mit der Atmosphäre verbunden. Die Kolbenstange 26 ist dicht in einen Vordruckraum 27 geführt und dort an einen Hebel 28 angelenkt. der mit einem Ventil 29 zwischen dem Hochdruckraum Il und dem Vordruckraum 27 verbunden ist und dieses betätigt. Durch den im Mitteldruckraum 14 bei geöffnetem Magnetventil 13 herrschenden Druck, der über die öffnung 24 auf den Kolben 21 einwirkt, ist der Kolben 21 gegen die Kraft der Druckfeder 20 in seine untere Endlage verschoben und das Ventil 29 geschlossen. Bei einem Versagen der elektrischen Regeleinrichtung 16 wird das Magnetventil 13 nicht mehr angesteuert; die Verbindung zwischen dem Hochdruckraum Il und dem Mitteldruckraum 14 bleibt geschlossen. Mit dem Abströmen des Sauerstoffes aus dem Mitteldruckraum 14 über die Staudrossel 15 sinkt der Druck. Unterhalb eines Mindestdriickes bewegt die Druckfeder 20 den Kolben 21 in seine obere Endlage und öffnet dabei das Ventil 29. Der Sauerstoff strömt dann ohne Unterbrechung der Versorgung für den Benutzer über den Vordruckraum 27, einen Druckminderer 30, einen Hinterdruckraum 31 und eine Dosieröffnung 32 in den Atembeutel 2. Der Hinterdruckraum 31 ist in bekannter Weise über eine Leitung 34 mit dem Lungenautomaten 35 vert/unden. Ein Signalgerät 33 am Vordruckraum 27 zeigt d<M Druckanstieg und damit eine erfolgte Umschaltung an.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Atemschutzgerät mit geschlossenem Kre'Pkuf mit einem Sauerstoffvorrat in einer Druckgasflasche und einer COi-Absorptionspatrone sowie einer mittels einer elektrischen Regelung über ein Magnetventil gesteuerten Atemluftversorgung und einer Umschalteinrichtung für den Fehlerfall, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der elektrischen Regelung und dann geschlossenem Magnetventil (13) die Umschalteinrichtung mit dem abfallenden Druck im Mitteldruckraum (14) über einen Steuerzylinder (19) mittels eines mit einer Druckfeder (20) bewegten Kolbens (21) und eines angelenkten Hebels (28) ein Ventil (29) zwischen dem Hochdruckraum (11) und einem Vordruckraum (27), der über einen Druckminderer (30) und eine Dosieröffnung (32) mit dem Atembeutel (2) verbunden ist, öffnet.

   20