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Atemgerät
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Die Erfindung betrifft ein Atemgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Personen, die sich normalerweise in Meereshöhe aufhalten, leiden in
größeren Höhenlagen von z.B. über 2300 m häufig an Kopfschmerzen, Kurzatmigkeit,
Übelsein, Schlaflosigkeit und/oder verringerter Leistungsfähigkeit zumindest während
der ersten Tage. Diese Erscheinungen sind weitgehend auf mit zunehmender Höhe verringerten
Sauerstoffgehalt der Luft zurückzuführen. Typisch treten sie bei Personen auf, die
nur gelegentlich ein Wochenende zum Wintersport in einer Höhe von über 2300 m verbringen.
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Mit zunehmender Höhe nimmt der Sauerstoffgehalt der Luft ab, so daß
solche Personen zur Zuführung ausreichenden Sauerstoffs in die Blutbahn tiefer atmen
müssen. Der Partialdruck von Sauerstoff (PO2) beträgt bei 2300 m nur 75% des Wertes
in Meereshöhe und bei 3000 m nur 62. Bei 5800 m beträgt der Partialdruck von Sauerstoff
nur 50%, was bedeutet, daß in dieser Höhe eine Volumeneinheit Luft nur die Hälfte
des Sauerstoffs enthält, den sie in Meereshöhe aufweisen würde. Nach einigen Tagen
ist man aber akklimatisiert, so daß die vorstehend genannten Probleme dann praktisch
beseitigt sind. Interessanterweise haben aber Personen, die größere Höhenlagen regelmäßig
und häufig aufsuchen, eine gewisse Anpassungsfähigkeit, so daß bei ihnen die vorstehenden
Schwierigkeiten weniger häufig sind.
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Es wurden bereits Atemgeräte entwickelt, bei denen Leitungen zum Ein-
und Ausatmen mit einer Mund- und/oder Nasenmaske verbunden sind. Die Ausatemleitung
ist dabei über eine Bemessungsvorrichtung mit der Umgebungsluft und mit einer Luftspeicherkammer
verbunden. Die Einatemleitung ist gleichfalls mit
der Bemessungsvorrichtung
verbunden, so daß mit ihr Umgebungsluft und auch Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt
aus der Luftspeicherkammer zugeführt werden kann. Durch Einstellung der Bemessungsvorrichtung
kann das Verhältnis von Umgebungsluft zu ausgeatmeter Luft und damit die Sauerstoffkonzentration
der einzuatmenden Luft geändert werden, so daß der Benutzer eine ganz bestimmte
Höhenlage simulieren kann. Das System enthält auch ein Kohlendioxid-Absorptionsmaterial,
durch das CO2 aus der einzuatmenden Luft ausgesondert werden kann.
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Geräte dieser Art ermöglichen also dem Benutzer die Simulation größerer
Höhenlage in niedriger Höhenlage, beispielsweise in Meereshöhe.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, solche Geräte weiter
zu verbessern und eine kompakte, tragbare Konstruktion anzugeben, die in den Luftleitungen
einen nur geringen Strömungswiderstand gewährleistet und in jedem Betriebszustand
fehlerfrei und sicher arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Gerät nach der Erfindung kann so kompakt aufgebaut werden, daß
es bequem beim Gehen, Laufen oder anderen körperlichen Übungen getragen werden kann.
Der kompakte Aufbau ist u.a. dadurch möglich, daß eine Atemöffnung, die mit der
Umgebungsluft verbunden ist, im Strömungsweg nahe dem Benutzer angeordnet ist und
die Abführung eines Teils der ausgeatmeten Luft und das Ansaugen von Umgebungsluft
zum Einatmen ermöglicht. Diese Atemöffnung ist vorzugsweise in der Gesichtsmaske,
also z.B. in dem Mundstück oder einem Anschlußstück vorgesehen, das mit der Einatem-
und der
Ausatemleitung verbunden ist. So kann diese Maske auch
zur Aufnahme unterschiedlicher auswechselbarer Einsätze ausgebildet sein, die jeweils
eine genau bemessene und fest eingestellteAtemöffnung enthalten.
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In der Einatemleitung und/oder der Ausatemleitung kann ein CO2-Absorptionsmaterial
angeordnet sein, und diese Leitungen sind so ausgebildet, daß sie einen nur geringen
Strömungswiderstand bieten. Sie sind vorteilhaft gleichartig ausgebildet und enthalten
gleiche Mengen des CO2 -Absorptionsmaterials, das dann beispielsweise zwischen der
Ausatemleitung und der Luftspeicherkammer bzw. zwischen dieser und der Einatemleitung
angeordnet ist.
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Die Gesichtsmaske kann auch eine die Atemöffnung bildende Öffnung
zur Umgebungsluft sowie einen ersten und einen zweiten Anschlußstutzen zum Anschluß
der Einatem- und der Ausatemleitung aufweisen. Diese Anschlußstutzen sind vorzugsweise
so angebracht, daß sie verschwenkt werden können, um das Tragen des Atemgeräts auf
der Brust und dem Rücken zu ermöglichen.
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-Zur weiteren Erhöhung der Bequemlichkeit beim Tragen kann ein RückenpoLster
vorgesehen sein, das so ausgebildet ist, daß das Atemqerät auf ihm befestigt werden
kann.
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Es hat sich gezeigt, daß bei großem Luftdurchsatz insbesondere bei
schweren körperlichen zungen die CO2-Absorptionsreaktion so viel Wärme und Feuchtigkeit
entwickeln kann, daß die Temperatur und Feuchtigkeit der eingeatmeten Luft auf unangenehme
Werte erhöht wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann bei dem Atemgerät ein Wärmetauscher
zur Kühlung der Luft aus der Luftspeicherkammer vor dem Einatmen vorgesehen sein.
Dieser Wärmetauscher kann eine mit
einem Kühlmittel, also einer
Substanz hoher Wärmekapazität wie beispielsweise Ammoniak oder Wasser, gefüllte
Flasche sein. Diese wird in einer Hülle mit Abstand zu deren Wand getragen, so daß
die aus der Luftspeicherkammer zugeführte Luft um die Flasche herumströmen und so
gekühlt werden kann. An der Hülle ist vorzugsweise ein Träger befestigt, der an
einer entsprechenden Halterung des Rückenpolsters befestigt werden kann.
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In der Ausatemleitung kann auch eine Vorrichtung zum Auffangen kondensierten
Wassers vorgesehen sein, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt der eingeatmeten Luft weiter
verringert wird.
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Die Gesichtsmaske, die über Nase und Mund des Benutzers gesetzt wird,
ist mit einer Bänderanordnung versehen, die eine sichere Abdichtung der Maske am
Gesicht ermöglicht.
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Dabei kann ein erstes Band vorgesehen sein, das nahe seinen Enden
einstellbar und mit der Maske verbunden ist. Ein zweites Band ist nahe seinem einen
Ende einstellbar und mit dem Nasenabschnitt der Maske verbunden. Das erste Band
wird unter den Ohren und hinten um den Kopf des Benutzers herumgeführt, um die Maske
fest am Gesicht zu halten. Das zweite Band wird über dem Kopf nacli hinten geführt,
um ein Abrutschen der Maske auf der Nase des Benutzers zu verhindern. Das der Maske
abgewandte zweite Ende des Bandes ist mit zwei divergierenden Bandabschnitten verbunden,
die an zwei Stellen mit dem ersten Band verbunden sind, so daß sie einen dreieckförmigen
Bandabschnitt bilden, der am Hinterkopf des Benutzers anliegt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Atemgerät nach der Erfindung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Atemgerätes,
das nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip arbeitet, Fig. 3 eine Expolosionsdarstellung
des in Fig. 2 gezeigten Atemgeräts, Fig. 4 eine teilweise gebrochene Darstellung
zur Erläuterung der Strömungswege bei dem in Fig. 2 gezeigten Atemgerät, Fig. 5
den Schnitt 5-5 nach Fig. 4, Fig. 6 den Schnitt 6-6 nach Fig. 4, Fig. 7 den Schnitt
7-7 nach Fig. 4, Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Rückenpolsters zum
Tragen eines Atemgerätes der in Fig. 2 gezeigten Art, Fig. 9 die Befestigung eines
Atemgeräts nach Fiy. 2 an dem Rückenpolster nach Fig. 8, Fig. 10 ein Atemgerät gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit Wärmetauscher und einer
Kondensatfalle arbeitet, Fig. 11 eine perspektivische Darstellung einer Tragevorrichtung,
die auch zur Montage des Wärmetauschers geeignet ist,
Fig. 12 die
Ansicht 12-12 nach Fig. 11, Fig. 13 den Schnitt 13-13 nacll Fig. 12, Fig. 14 eine
perspektivische Darstellung der in Fig. 10 gezeigten Kondensatfalle, Fig. 15 den
Schnitt 15-15 nach Fig. 14, Fig. 16 eine perspektivische Darstellung einer Gesichtsmaske
mit Bänderanordnung, Fig. 17 den Schnitt 17-17 nach Fig. 16, Fig. 18 die Rückansicht
der Bänderanordnung bei Befestigung am Kopf des Benutzers, Fig. 19 eine perspektivische
Darstellung eines CO2-Absorptionsbehälters und Fig. 20 eine Darstellung eines vollständigen
Atemgeräts mit Andeutung der gegenseitigen Zuordnung der Einzelteile.
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In Fig. 1 ist ein Atemgerät 10 dargestellt, das sich zur Simulation
der Atemverhältnisse großer Höhenlage für einen Benutzer 12 eignet. Das Atemgerät
10 umfaßt eine Gesichtsmaske 14, die die Atemwege des Benutzers mit einer Ein-und
einer Ausatemleitung verbindet. Die Ausatemleitung 16 ist an eine Absorptions- und
Speichervorrichtung 17 angeschlossen und steht über ein Ausatemventil 20 mit einer
ersten Menge eines CO2-Absorptionsmaterials 22 in Verbindung. Die durch das CO2-Absorptionsmaterial
22 geführte Luft wird in eine Luftspeicherkammer 24 geleitet. Diese steht mit einer
zweiten Menge eines CO2-Absorptionsmaterials 26 in Verbindung
Die
durch dieses Material 26 geführte Luft gelangt über ein Einatemventil 28 in die
Einatemleitung 18.
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Die Gesichtsmaske 14 umfaßt einen Maskenteil 30 und einen Anschlußteil
32. Der Anschlußteil 32 ist mit vier Öffnungen versehen. Die erste und die zweite
Öffnung dienen zum Anschluß der Ausatem- und der Einatemleitullg 16 und 18.
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Die dritte Öffnung oder Mündung 33 steht mit der Umgebungsluft in
Verbindung. Die vierte Öffnung führt zu dem Atemweg des Benutzers.
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Beim Ausatmen wird ein Teil der ausgeatmeten Luft direkt in die Umgebungsluft
durch die dritte Öffnung 33 des Anschlußteils 32 abgeführt. Ein weiterer Teil der
ausgeatmeten Luft strömt durch die Ausatemleitung 16 durch das CO2-Absorptionsmaterial
22 in die Luftspeicherkammer 24.
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Beim Einatmen wird die in dieser Kammer 24 gespeicherte Luft durch
das CO2-Absorptionsmaterial 26 geführt, damit ihr CO2-Ante#l weiter verringert wird.
Dann gelangt sie in die Einatemleitung 18, wo sie mit Umgebungsluft zusammengeführt
wird, die durch die dritte Öffnung 33 des Anschlußteils 32 zugeführt wird. Da die
aus der Einatemleitung 18 eingeatmete Luft eine wesentlich geringere Sauerstoffkonzentration
als die Umgebungsluft hat, wird für den Benutzer eine entsprechend geringe Sauerstoffkonzentration
gegenüber der Umgebungsluft und damit eine größere Höhenlage simuinert. Die eingeatmete
Luft hat aber keine wesentlich höhere CO2 -Konzentration als die in der simulierten
Höhenlage tatsächlich verfügbare natürliche Luft, da der CO2 -Anteil der ausgeatmeten
Luft durch die CO2-Absorptionsmaterialien 22 und 26 weitgehend entfernt wird. Die
jeweils simulierte Höhenlage wird natürlich durch das Verhältnis der Umgebungsluft
zur erneut eingeatmeten Luft bestimmt. Dieses Verhältnis
hängt
wiederum von dem Zusammenhang der Strömungswiderstände der Ausatemwege mit dem Strömungswiderständeder
Einatemwege ab. Dies sind die Strömungswiderstand von dem Atemweg des Benutzers
zur Umgebungsluft über die Öffnung 33 und zur Luftspeicherkammer 24 über die Ausatemleitung
16 sowie die Strömungswiderstände zum Atemweg des Benutzers von der Umgebungsluft
über die Öffnung 33 und von der Luftspeicherkammer 24 durch die Einatemleitung 18.
Die Strömungswiderstände werden in erster Linie durch die Bemessung der Leitungen
bestimmt.
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In Fig. 2 bis 7 sind die Einzelheiten des in Fig. 1 schematisch dargestellten
Atemgeräts gezeigt. Dieses hat als Hauptteile eine Abdeckung 100, zwei CO2-Absorptionsbehälter
104 und 106, einen Mittelteil 108 und zwei becherförmige Unterteile 112 und 114.
Wie aus Fig. 2 bis 4 hervorgeht, sitzt die Abdeckung 100 auf den CO2-Absorptionsbehältern
104 und 106. Diese sind in Kammern angeordnet, welche im Mittelteil 108 ausgebildet
sind. Bolzen 120 und 122 verbinden die Abdeckung 100 und den Mittelteil 108, so
daß zwischen ihnen die CO2-Absorptionsbehälter 104 und 106 festgehalten sind. Die
becherförmigen Unterteile 112 und 114 sind an der Unterseite des Mittelteils 108
befestigt und bilden einen Luftspeicherbehälter mit darin angeordneten Strömungswegsegmenten,
die im folgenden noch erläutert werden.
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In Fig. 4 bis 7 ist zu erkennen, daß die Abdeckung 100 eine Deckplatte
140 mit einem nach unten ragenden Umfangsrand 142 ist. Wie Fig. 7 zeigt, bildet
der Umfangsrand 142 zwei kreisrunde Abschnitte 143 und 144, die die zylindrischen
Wände 146 und 148 der CO2-Absorptionsbehälter 104 und 106 aufnehmen. Anschlußstutzeri
150 und 152 sind an der
Deckplatte 140 vorgesehen und münden in
die kreisrunden Abschnitte 143 und 144. Der Anschluß 150 ist mit einer Luftaustrittsöffnung
156 verbunden, die in den kreisrunden Abschnitt 143 mündet. Der Anschluß 152 ist
mit einer Lufteintrittsöffnung 158 verbunden, die in den kreisrunden Abschnitt 144
mündet. Ein Einwegventil 160 ist in der Luftaustrittsöffnung 156 angeordnet und
ermöglicht eine Strömung nur in der Richtung vom kreisrunden Abschnitt 143 zum Anschlußstutzen
150. Ein Einwegventil 162 ist in der Lufteintrittsöffnung 158 angeordnet und ermöglicht
eine Strömung nur in der Richtung vom Abschlußstutzen 152 zum kreisrunden Abschnitt
144.
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Die C02-Absorptionsbehälter 104 und 106 haben zylindrische Wände 146
und 148 und perforierte und damit luftdurchlässige Bodenflächen 166 und 168. Jede
Bodenfläche 166 und 168 trägt eine liiftdurchlässige Schaummaterialscheibe 170.
Ein CO2-Absorptionsmaterial 172 ist auf jeder Schaummaterialscheibe 170 angeordnet.
Eine zweite Schaummaterialscheibe 174 ist auf der Oberseite des jeweiligen CO2-Absorptionsmaterials
172 angeordnet. Radiale Wände 178, die an der Unterseite der Deckplatte 140 vorgesehen
sind, drücken gegen die oberen Schaummaterialscheiben, so daß il i gegen das C(),-AbsoryJtionsmaterial
172 gedrückt werden.
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Die zylindrischen Wände 146 und 148 der CO2-Absorptionsbehälter 104
und 106 verlaufen bis unter die Bodenflächen 166 und 168 und sitzen auf einer Kante
180 an der Innenseite der Wand 182 des Mittelteils 108. Die Wand 182 bildet zwei
kreisrunde Abteile zur Aufnahme der CO2-Absorptìonsbehälter 104 und 106. Ihre Wände
146 und 148 sind vorzugsweise an der Ober- und Unterkante nach innen abgeschrägt,
damit sie passend in die kreisrunden Abschnitte der Deckplatte
140
und die kreisrunden Abteile des Mittelteils 108 einzusetzen sind. Die entsprechenden
Paßflächen der Aufnahmeteile sind vorzugsweise ähnlich abgeschrägt, so daß sie mit
den Wänden der CO2-Absorptionsbehälter 104 und 106 einen dichten Paßsitz gewährleisten.
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Der Mittelteil 108 bildet unter den Bodenflächen 166 und 168 der CO2-Absorptionsbehälter
104 und 106 eine Kammer 190.
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Diese hat eine Lufteintrittsöffnung 192, welche mit Kanälen 194 und
196 in Verbindung steht, die durch Leitbleche 198 und 200 gebildet sind. Diese Kanäle
194 und 196 stehen mit Kanälen in Verbindung, die durch mittlere Röhren 202 und
204 gebildet sind.
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Zwei Sätze konzentrischer Rohre sind mit der Unterseite des Mittelteils
108 verbunden. Ein erster Rohrsatz umfaßt die mittlere Röhre 202 und die Rohre 206
und 208. Ein zweiter Satz konzentrischer Rohre ist an der Unterseite des Mittelteils
108 befestigt und umfaßt die mittlere Röhre 204 und die Rohre 210 und 212.
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Die becherförmigen Unterteile 112 und 114 nehmen die beiden Sätze
konzentrischer Rohre auf, die an der Unterseite des Mittelteils 108 befestigt sind.
Der becherförmige Unterteil 112 hat eine Außenwand 220 und innere konzentrische
Wände 222 und 224. Die Oberkante der Außenwand 220 ist mit nach außen stehenden
radialen Vor.';prüngen 240 versehen.
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Diese sind in Schlitzen 242 anzuordnen, welche in dem nach unten stehenden
Rand 243 des Mittelteils 108 vorgesehen sind.
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Beim Zusammensetzen der becherförmigen Unterteile 112 und 114 mit
dem Mittelteil 108 werden die Unterteile 112 und 114 zunächst zum Mittelteil 108
hin bewegt, so daß die
Vorsprünge 240 nach innen ragenden radialen
Ilaltevorsprüngen 244 zwischen den Schlitzen 242 nicht gegenüberstehen. Die Unterteile
112 und 114 werden dann relativ zum Mittelteil 108 gedreht, so daß die Vorsprünge
240 in die Schlitze 242 bajonettartig hineinbewegt werden und durch die Haltevorsprünge
244 gehalten werden. Somit können die becherförmigen Unterteile 112 und 114 leicht
an dem Mittelteil 108 befestigt und auch von ihm wieder gelöst werden, ohne daß
irgendwelche Werkzeuge hierzu erforderlich sind. Wenn die Unterteile 112 und 114
an der Unterseite des Mittelteils 108 befestigt sind, passen die konzentrischen
Wände der Unterteile 112 und 114 zwischen die konzentrischen Rohne an der Unterseite
des Mittelteils 108, wodurch ein Strömullgswey gebildet wird, der aus einer Reihe
kurzer Segmente besteht, die von den Kanälen 194 und 196 ausgehen und zu im Mittelteil
108 gebildeten Uberlauföffnungen 250 führen. Beispielsweise ist ein erster Strömungsweg
in dem Unterteil 112 gebildet und verläuft entlang der mittleren Röhre 202 nach
unten und dann zwischen der Röhre 202 und der Wand 224, zwischen der Wand 224 und
dem Rohr 206, zwischen dem Rohr 206 und der Wand 222, zwischen der Wand 222 und
dem Rohr 208 und zwischen den Rohr 208 und der Außenwand 220 zur Überlauföffnung
250. Die Unterseite des Mittelteils 108 ist bei 260 abgerundet. Gleiches gilt für
die Innenfläche 262 der Unterwand 264 des Unterteils 112. Dadurch wird die glatte
Luftströmung längs der einzelnen Segmente erleichtert.
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Beim Einsatz des in Fig. 1 bis 7 gezeigten Atemgeräts ist der Anschlußteil
32 zwischen eine Atemmaske 30 und die Einatem- und Ausatemleitungen 18 und 16 geschaltet,
wie es Fig. 1 zeigt. Die Einatem- und die Ausatemleitung 18 und 16 sind an die Anschlußstutzen
150 und 152 (Fig. 4) angeschlossen. Beim Allsatmen wird die ausgeatmete Luft in
eine Innenkammer
des An schlußteils 32 befördert, und ein Teil
dieser ausgeatmeten Luft wird dann durch die wahlweise dimensionierbare Öffnung
33 in die Umgebutigsluft abgegeben. Der Rest der ausgeatmeten Luft strömt dann durch
die Ausatemleitung 16, das Ausatemventil 162 und das CO2-Absorptionsmaterial des
Behälters 106. Dann strömt sie durch die luftdurchlässige Bodenfläche 168 des Behälters
106 und gelangt in die Eintrittsöffnung 192, von der aus sie durch die Strömungswegsegmente
der becherförmigen Unterteile 112 und 114 strömt. Wenn die ausgeatmete Luft die
Kapazität des durch die becherförmigen Unterteile 112 und 114 gebildeten Behälters
übersteigt, so strömt sie durch die Überlauföffnungen 250 aus.
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Beim Einatmen wird die Richtung der Luftbewegung in den becherförmigen
Unterteilen 112 und 114 umgekehrt, und die Luft wird durch die mittleren Röhren
202 und 204 aufwärts durch die Eintrittsöffnung 192 in die Kammer 190 geführt.
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Von dort aus wird sie durch das CO2-Absorptionsmaterial 2 sorptionsmaterial
172, durch das Einatemventil 160, durch die Einatemleitung 180 und dann in die Kammer
des Anschlußteils 32 geführt.
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Die in diese Kammer eingeführte Luft wird mit Umgebungsluft gemischt,
welche durch die Öffnung 33 eintritt. Das Verhältnis der Umgebungsluft zur erneut
eingeatmeten Luft hängt von den relativen Strömungswiderständen ab, die im wesentlichen
von der Bemessung der Öffnung 33 abhängen.
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Je größer das Verhältnis der Umgebungsluft zur erneut eingeatmeten
Luft ist, desto geringer ist die Höhe, die mit dem Atemgerät simuliert wird. Je
kleiner das Verhältnis der Umgebungsluft zur erneut eingeatmeten Luft ist, desto
größer ist die simulierte Höhenlage.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die in dem in Fig. 4 gezeigten Strömungssystem
ausgebildeten Strömungswege
abgerundete Urnlenkflächen aufweisen,
so daß ein minimaler Strömungswiderstand entsteht. Ferner enthalten der Ausatemweg
und der Einatemweg gleiche Mengen des CO2-Absorptionsmaterials, so daß die Strömungswege
weitgehend ausgeglichen sind und praktisch übereinstimmenden Strömungswiderstand
aufweisen. Somit ist der Benutzer in der Lage, durch das Atemgerät ohne wesentliche
Belastung einzuatmen. Die Benutzung des Atemgeräts kann jedoch zu einer physiologischen
Anspannung führen, die auf die Verringerung des verfügbaren Sauerstoffs, verglichen
mit der normalen Umgebungsluft, zurückzuführen ist. Obwohl vorzugsweise im Einatem-und
im Ausatemweg CO2-Absorptionsmaterial vorhanden ist, sind auch Ausführungsmöglichkeiten
denkbar, bei denen das CO2-Absorptionsmaterial nur in einem dieser Wege angeordnet
ist.
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Durch Anordnung der Austrittsöffnung 33 nahe dem Benutzer wird ein
wählbarer Anteil der ausgeatmeten Luft sofort abgeführt und muß nicht durch die
Ausatemleitung 16 hindurchgeführt oder in den Behälterteilen gespeichert werden.
Dadurch kann die Kapazität der Ausatemleitung 16 und der Luftspeicherkammer 24 minimal
gehalten werden, wodurch sich wiederum eine so kompakte Konstruktion ergibt, daß
das Atemgerät vom Benutzer leicht getragen werden kann, während er körperliche Übungen
durchführt. Wenn das ausgeatmete Luftvolumen die Kapazität der Ausatemleitung 16
und der Luftspeicherkammer 24 übersteicjt, so wird die überschüssige Luft durch
die Überlauföffnungen 250 bcführt. Beim Einatmen wird die nicht auf diese Weise
abgeführte und gespeicherte Luft zuerst eingeatmet, worauf dann Umgebungsluft folgt,
die in die Unterteile 112 und 114 durch die Uberlauföffnungen 250 eingeführt wird.
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Mit längerem Gebrauch nimmt das Absorptionsvermögen des CO2-Absorptionsmaterials
172 ab. Entsprechend muß es in regelmäßigen Abständen ersetzt werden. Dies wird
leicht durch Entfernen der Bolzen 120 und 122 erreicht, die durch Löcher 340 (Fig.
3) der Abdeckung 110 geführt und mit Gewindestutzen 342 des Mittelteils 108 verschraubt
sind.
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Sind die Bolzen 120 und 122 entfernt, so kann die Abdeckung 100 von
den CO2-Absorptionsbehältern 104 und 106 abgehoben werden. Die CO2-Absorptionsbehälter
104 und 106 können dann von dem Mittelteil 108 entfernt werden.
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Die Schaummaterialscheibe 174 kann danach abgenommen und das CO2-Absorptionsmaterial
172 ausgewechselt werden. Um CO2-Absorptionsmaterial zu sparen, ist es nicht immer
erforderlich, es in dem Einatemweg, d.h. in dem CO2 -Absorptionsbehälter 104 zu
ersetzen. Da das Absorptionsvermögen des CO2-Absorptionsmaterials in dem Behälter
106, also im Ausatemweg, schneller abnimmt als im Einatemweg bzw. im Behälter 104,
kann dieses Material gespart werden, indem das Material aus dem Behälter 106 herausgenommen,
der Behälter 104 in den Ausatemweg eingesetzt, der Behälter 106 mit frischem CO2-Absorptionsmaterial
gefüllt und dann dieser neu gefüllte Behälter 106 in den Einatemweg eingsetzt wird.
Anstelle nachfüllbarer CO2 Absorptionsbehälter 104 und 106 können in einigen Fällen
auch auswechselbare CO2-Absorptionsbehälter verwendet werden, die nicht nachfüllbar
sind, also nach dem Gebrauch insgesamt entfernt werden.
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Die Bemessung der Austrittsöffnung 33 bestimmt weitgehend die Höhe,
die mit dem Atemgerät simuliert werden kann.
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Um maximale Sicherheit für einen erfahrenen Benutzer zu gewährleisten,
ist die Abmessung der Austrittsöffnung 33 vorzugsweise fest vorgegeben für einen
mäßigen Höhenwert
von beispielsweise 1500 bis 2400 m. Dieser Bereich
bedingt nur eine mäßige physische Anstrengung.Erfahrene Benutzer, die eine Simulation
größerer Höhenlagen wünschen, können Anschlußteile 32 einsetzen, bei denen die Austrittsöffnung
33 kleiner bemessen ist.
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In Fig. 8 und 9 ist ein Tragegerät 420 mit Rückenpolster dargestellt,
welches zum Tragen des Atemgeräts auf dem Rücken dient. Das Tragegerät 420 hat ein
Rückenpolster 422 aus flexiblem Material, beispielsweise aus einem Schaumstoff Ein
Tuch 424 dient zum Schutz des Rückenpolsters 422, das in ihm eingeschlossen ist.
Zwei Schultergurte 426 und 428 sowie zwei Riemen 430 und 432 sind mit dem Rückenpolster
422 verbunden und erfüllen dieselbe Funktion wie bei einem Rucksack. Eine Rahmenkonstruktion
440 ist vorzugsweise innerhalb der Polsterschicht 422 vorgesehen.
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An der Rahmenkonstruktion 440 sind zur Rückseite des Rückenpolsters
420 hin eine Halterung 444 und ein Halter 446 befestigt. In der Halterung 444 ist
ein Loch 448 vorgesehen.
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Der Halter 446 hat einennach unten ragenden Vorsprung 450.
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Das Atemgerät 10 wird wie in Fig. 9 gezeigt an diesen Elementen aufgehängt.
Der Bolzen 20 ist durch das Loch 448 der Halterung 444 und durch das Loch 341 in
der Abdeckung 100 geführt und in den Gewindeansatz 342 eingescliraubt. D(r Vorsi.>rung
450 an d('.ifl aller 446 hinter&jrei£t den nach oben stehenden Rand 182 des
Mittelteils 108, wodurch das Atemgerät nahe an der Rückseite des Tragegeräts 420
gehalten wird. Das Gewicht des Atemgeräts wird insgesamt an dem Bolzen 120 getragen.
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Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich besonders
für mäßige Körperbelastung eignet, wie sie beispielsweise beim Laufen oder Radfahren
auftritt. Die Verwendung eines Atemgeräts nach Fig. 1 bis 9 bei Körperbelastungen
dieser Art kann dazu führen, daß die einzuatmende Luft unangenehm warm und feucht
wird. Bei diesen Körperbelastungen atmet der Benutzer ein relativ großes Volumen
feuchter Luft aus.
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Da die CO2-Absorptionsreaktion exotherm ist, wird Wärme und Feuchtigkeit
in die durch das CO2-Absorptionsmaterial geführte Luft übertragen, so daß die Temperatur
und die Feuchte der einzuatmenden Luft auf unangenehme Werte erhöht werden. Um diesen
Nachteil zu vermeiden, ist bei dem Atemgerät nach Fig. 10 ein Wärmetauscher 502
in der Einatemleitung 504 zwischen der Behälter- und Absorptionseinheit 505 und
der Atemmaske 600 vorgesehen. Zusätzlich kann noch wahlweise eine Kondensatfalle
506 in der Ausatemleitung 508 angeordnet sein.
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In Fig. 12 und 13 ist ein Wärmetauscher dargestellt, der eine zylindrische
Flasche 510 enthält, die in einer zylindrischen Hülle 514 mit einem Abstandhalter
512 gehalten ist.
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Die Flasche 510 hat einen zylindrischen Teil 515 mit einem Boden 516
und einem schmaleren Hals 517e auf dem ein Verschlußelement 518 sitzt. Die Flasche
510 besteht vorzugsweise aus einem relativ dünnwandigen wärmeleitfähigen Material
520, durch das eine gute Wärmeübertragung zwischen einem Kühlmittel 521 in der Flasche
und Luft hergestellt wird, die an der Außenseite des Materials 520 vorbeiströmt.
Die Flasche 510 wird vorzugsweise bei ihrer Herstellung mit einem wiederverwendbaren
Kühlmittel gefüllt, das eine große Wärmekapazität hat, beispielsweise mit Wasser
oder Ammoniak oder handelsüblichen Flüssigkeiten oder Gelen.
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Die Flasche 510 ist in der Hülle 514 mit einem Abstandhalter 512 gehalten,
der einen Zwischenraum zur Hülleninnenseite beibehält und somit die Luftströmung
innerhalb der Hülle um die Flasche herum ermöglicht. Die Hülle 514 ist aus einem
zylindrischen Teil 522 und daran befestigten Endflächen 524 und 526 gebildet. Die
Endflächen 524 und 526 haben Anschlußstutzen 528 und 530 zum Einfügen in die Abschnitte
532 und 534 der Einatemleitung 504 (log. 10).
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Der Abstandhalter 512 hat nach innen ragende seitliche Rippen 535
und 536 sowie eine mittlere Rippe 537, die die Flasche 510 zwischen sich halten.
Die mittlere Rippe 530 ist vorzugsweise breiter als die Rippen 535 und 536, so daß
der Raum 540 unter der Flasche 510 größer als der Raum 542 über ihr ist, wenn sie
gemäß Fig. 13 horizontal liegt. Wie noch erläutert wird, ergibt sich durch diese
außermittige Lage der Flasche 510 ein größerer Raum 540 unter der Flasche 510 zum
Ansammeln kolldensiertcr Flüssigkeit aus der warmen und
feuchten
Luft, die aus dem Abschnitt 532 der Einatemleitung 504 eintritt.
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Zur Nutzung des Wärmetauschers 502 wird dieser zwischen den Einsätzen
in dem Atemgerät in einem Kühlschrank gelagert. Dadurch wird das Kühlmittel 521,
beispielsweise Wasser, in der Flasche 510 gefroren. Vor dem Einsatz in dem Atemgerät
wird der Wärmetauscher 502 aus dem Kühlschrank entnommen und in der in Fig. 10 gezeigten
Weise zwischen die Abschnitte 532 und 534 der Einatemleitung 504 geschaltet. Wenn
dann das Atemgerät benutzt wird, so kommt die feuchte und warme Luft, die in die
Hülle 514 aus dem Einatemleitungsabschnitt 532 eintritt, mit der Außenfläche der
wärmeleitfähigen Wand 520 in Berührung und wird deshalb vor ihrem Austritt durch
den Anschluß stutzen 530 abgekühlt. Durch diese Kühlung wird die Feuchtigkeit, die
in der warmen Luft beim Eintreten durch den Anschlußstutzen 528 mitgeführt wird,
kondensiert und unter der Flasche 510 innerhalb der Hülle 514 angesammelt. Wie bereits
ausgeführt, ist die Flasche 510 außermittig innerhalb der Hülle 514 angeordnet,
so daß der Raum 540 unter der Flasche 510 die Ansammlung kondensierter Flüssigkeit
ermöglicht. Um die richtige Ausrichtung des Äbstandhalters 512 innerhalb der Hülle
514 zu gewährleisten, sind Vorsprünge 543 und 544 zur Positionierung des Abstandhalters
512 an der Innenseite der Hülle 514 vorgesehen.
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Da die Flasche 510 in der Hülle 514 außermittig gehalten werden soll,
ist es wichtig, daß der Wärmetauscher 502 beim Einsatz richtig angeordnet wird.
Ein Halter 550 ist deshalb an der Außenfläche der Hülle 514 befestigt und hat eine
Zunge 552, die tangential zur Außenfläche der
Hülle 514 liegt.
Die Zunge 552 ist so bemessen, daß sie in einen Schlitz 554 paßt, der in der Halterung
556 an der Rückseite 558 des Rückenpolsters 560 vorgesehen ist (Fig. 11). Das Rückenpolster
560 kann gleichartig wie das in Fig. 8 dargestellte Rückenpolster 420 ausgebildet
sein. Der wichtigste Unterschied zu dem bereits erläuterten Rückenpolster 420 besteht
darin, daß die Halterung 556 zusätzlich über der Halterung 570 vorgesehen ist, die
zur Befestigung des Atemgeräts in derselben Weise dient wie dies bereits für die
Halterung 444 und dem Halter 446 anhand der Fig. 8 erläutert wurde Die alterung
556 ist so gerichtet, daß sie den Wärmetauscher 502 horizontal hält, wenn er an
dem vom Benutzer zu tragenden Rückenpolster befestigt ist.
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Es wurde bereits erläutert, daß durch Abkühlung der warmen und feuchten
Luft, die in den Anschlußstutzen 514 des Wärmetauschers 502 eintritt, kondensierte
Flüssigkeit in dem Raum 540 zwischen der Flasche 510 und der Hülle 514 angesammelt
wird Zusätzlich zu der durch den Wärmetauscher 502 erzeugten Kühlung wird die von
dem Benutzer ausgeatmete Luft durch natürliche Konvektion beim Durchströmen des
Ausatemweges 508 und abhängig von den Eigenschaften des Benutzers und der Umgebungsluft
abgekühlt. Deshalb kann es günstig sein, die durch diese Abkühlung kondensierte
Flüssigkeit gleichfalls zu sammeln. Zu diesem Zweck kann eine Kondensatfalle 506
in dem Ausatemweg 508 in der in Fig. 10 gezeigten Weise angeordnet sein. Die Kondensatfalle
506 ist in Fig. 14 und 15 im einzelnen dargestellt und hat einen zylindrischen Behälter
580 mit einem oberen und einem unteren Deckel 582 und 584. Die Deckel 582 und 584
haben Anschlußstutzen 586 und 588 zum Anschluß der Abschnitte 590 und 592 der Ausatemleitung
508.
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Ein kurzes Rohr 594 ragt von dem Anschlußstutzen 586 in den Innenraum
des Behälters 580 nach unten (Fig. 15).
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Ein längeres Rohr 596 ragt von dem Anschlußstutzen 588 in den Innenraum
des Behälters 580 nach oben. Die Anschlußstutzen 586 und 588 sind außermittig angeordnet
und nicht aufeinander ausgerichtet. Somit wird Luft, die in den Innenraum des Behälters
580 aus dem Leitungsabschnitt 590 eintritt, in das obere offene Ende des Rohrs 596
und durch dieses zum Anschlußstutzen 588 geleitet. Kondensattropfen fallen jedoch
in den Behälter 580 und sammeln sich über dem Deckel 584.
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Um eine richtige Funktion der Kondensatfalle 506 zu gewährleisten,
sollte sie beim Einsatz vertikal gehalten werden, wie es in Fig. 14 und 15 gezeigt
ist. Eine Halterung 598 mit einer nach unten ragenden Zunge 599 ist deshalb außen
am Behälter 580 vorgesehen. Die Zunge 600 wird in einer passenden Halterung (nicht
dargestellt) an der Rückseite 558 des Rückenpolsters 560 (Fig. 10) aufgenommen.
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In Fig. 16 bis 18 ist eine Atemmaske 600 mit einer Bänderanordnung
602 dargestellt. Diese Atemmaske 600 eignet sich zum Einsatz in Verbindung mit dem
zuvor beschriebenen Atemgerät als Gesichtsmaske. Sie wird auf die Nase und den Mund
des Benutzers aufgesetzt und besteht aus einem halbstarren Material 604. Sie hat
eine Schalenform und an ihrer offenen Seite eine Umfangslippe 606. Von der Umfangslippe
606 nach innen ragt eine flexible Manschette 608, die sich dem Gesicht des Benutzers
anpaßt und einen abdichtenden Sitz der Maske 600 gewährleistet Die Maske 600 bedeckt
die Nase und den Mund des Benutzers.
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Man kann sie sich aufgeteilt vorstellen in eine Nasenbrücke
610,
einen Kinnabschnitt 612 und linke und rechte Wangenabschnitte 614. Die Maskenwand
604 ist bei 618 offen und bildet einen nach vorn ragenden Ansatz 620 zwischen der
Nasenbrücke 610 und dem Kinnabschnitt 612.
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Ein Einsatz 622 ist in der Öffnung 618 angeordnet und verbindet die
innere Maskenkammer 624 mit der Außenseite.
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Der Einsatz 622 hat einen zylindrischen Körper 626 mit einem vorderen
und hinteren Halteflansch 628 und 630.
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eine speziell bemessen Öffnung 632 ist in den zylindrischen Körper
626 zur Verbindung des Maskeninnenraums 624 mit dem Außenraum 634 vorgesehen. Eine
Abdeckung 636 dient zum Schutz gegen das Einsetzen von Objekten, beispielsweise
der Finger, in die Öffnung 632, wodurch die Luftströmung behindert werden könnte.
Die Maske ist mit einer weiteren Öffnung 650 zwischen dem Ansatz 620 und dem Kinnabsehnitt
612 versehen. Ein Schenkel 652 eines T-förmigen Rohrs 654 ist in die Öffnung 650
eingesetzt. Die Arme 656 und 658 des T-Rohrs 654 verlaufen quer zu dem Schenkel
652 und dienen zum Anschluß der Einatem- und der Ausatemleitungsabschnitte 534 und
590.
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Um die Maske 600 dicht an das Gesicht des Benutzers anzusetzen und
daran zu halten, ist eine Bänderanordnung 602 vorgesehen, deren erstes Band 680
mit seinen Enden an den linken und den rechten Wangenabschnitt 614 der Maske 600
angeschlossen ist. Das Band 680 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material
und hat eine Längeneinstellung 682, die den festen Sitz des Bandes am Hinterkopf
des Benutzers gewährleistet, wie es Fig. 18 zeigt. Die Bandanordnung 680 hat ferner
ein zweites Band 690-, das an seinem Vorderende mit der Nasenbrücke 610 der Maske
600 vorzugsweise über eine Längeneinstellung 692 verbunden ist. Das andere Ende
des zweiten Bandes 690 ist mit den Enden zweier Bandabschnitte 694 und 696 verbunden.
Diese sind wiederum mit dem ersten Band 680 an zwei
verschiedenen
Stellen verbunden. Somit bilden diese beiden Bandabschnitte 694 und 696 zusammen
mit dem ersten Band 680 einen offenen dreieckförmigen Bandabschnitt, der an dem
Bereich 698 des oberen Hinterkopfes des Benutzers anliegt. Durch Einstellung der
Länge des ersten Bandes 680 kann die Maske 600 so an das Gesicht des Benutzers angedrückt
werden, daß sie überall im Nasen- und Mundbereich dicht abschließt. Durch Einstellung
der Länge des zweiten Bandes 690 kann ein Herabrutschen der Maske auf der Nase des
Benutzers verhindert werden.
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In Fig. 19 ist ein CO2-Absorptionsbehälter 700 dargestellt, der gegenüber
dem in Fig. 4 gezeigten Konstruktionsprinzip eine gewisse Verbesserung aufweist.
Anstelle der Schaummaterialscheiben 170 und 174 (Fig 4) sind siebartige Scheiben
704 und 706 vorgesehen, die vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff bestehen
und eine Maschengröße haben, die kleiner als CO2 -Absorptionsmaterialkörner 708
sind. Die Scheiben 706 ist unter dem Absorptionsmaterial auf der luftdurchlässigen
Bodenfläche 709 angeordnet. Die Scheibe 704 liegt auf der Oberfläche des CO2-Absorptionsmaterials.
Eine Federscheibe 710 ist zwischen die Abdeckung 140 (Fig. 4) und die Scheibe 704
eingelegt. Die Federscheibe 710 hat einen Außenring 712, der in die zylindrische
Wand 714 paßt. Ein Innenring 716 ist mit drei Armen 718 in einer Ebene vertikal
gegenüber der Ebene des Außenrings 712 gehalten. Die Federscheibe 710 kann einstückig
aus Kunststoffmaterial mit geeigneter Elastizität hergestellt sein. Beim Zusammensetzen
liegen die radialen Wände 178 (Fig. 4) an dem Innenring 716 an, so daß dadurch der
Außenring 712 eine elastische Kraftwirkung auf den Umfang der Scheibe 704 ausübt.
Die Federscheibe 710 soll so weit
zusammendrükbar sein, da bet'm
;insdtz des ALemtJ~>Zals ein Setzen der Materialkörner 708 ausgeglichen wird.
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Fig 20 zeigt eine Zusammenstellung der einzelnen Teile des Atemgeräts
mit der Tragvorrichtung 560 mit Rückenpolster, an dem eine Behälter- und Absorptionsvorrichtung
505 und ein Wärmetauscher 502 befestigt wird. Zu der Gesamtanordnung gehören auch
die Einatem-und Ausatemleitung 504 und 508 sowie die Atemmaske 600 und die Bänderanordnung
602. In Fig. 20 ist nicht die in Fig. 14 und 15 gezeigte Kondensatfalle 506 dargestellt.
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Ihre Verwendung hängt von den Umgebungsbedingungen und dem Einsatzzweck
sowie den Eigenschaften des Benutzers ab. Ähnlich kann die Gesamtanordnung auch
wahlweise mit oder ohne den Wärmetauscher 502 verwendet werden, was gleichfalls
von äußeren Einflüssen und Bedürfnissen des Benutzers abhängt.
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Ein Atemgerät nach der Erfindung eignet sich besonders zum Einsatz
bei mäßiger Körperbeanspruchung. Dem Fachmann sind abweichend von den zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen im Rahmen der Erfindung zahlreiche Weiterbildungen möglich.
So kann beispielsweise der Wärmetauscher durch Anordnungen ersetzt sein, die nach
dem Prinzip der Wärmestrahlung oder intensivierter oder natürlicher Konvektion arbeiten.
Bei einem Atemgerät, das zum stationären Einsatz vorgesehen ist, beispielsweise
in Verbindung mit stationären Zweirädern, kann die Einatemluft auch durch ein aktives
Kühlsystem gekühlt werden.
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In der praktischen Ausführung des Atemgeräts können die verschiedenen
Abmessungen abhängig von der zu simulierenden Höhenlage gewählt werden. Bei einem
Gerät, das eine Höhenlage von etwa 2400 m simulieren soll, können
beispielsweise
die folgenden Abmessungen vorgesehen sein: Leitung 16, 18 Durchmesser ca. 2,16 cm
Öffnung 632 Durchmesser ca. 0,64 cm Anschlußstutzen 150, 152 Durchmesser ca. 1,91
cm Behälter 104, 106 Durchmesser ca. 10,10 cm Behälter 104, 106 Höhe ca. 7,94 cm
Röhre 202 Durchmesser ca. 1,65 cm Rohr 206 Durchmesser ca. 5,00 cm Rohr 208 Durchmesser
ca. 8,36 cm Rohr 224 Durchmesser ca. 3,33 cm Rohr 222 Durchmesser ca. 6,68 cm Wand
220 Durchmesser ca. 10,48 cm Behälter 112, 114 Höhe ca. 14,61 cm Flasche 510 Durchmesser
ca. 7,90 cm Hülle 514 Durchmesser ca. 8,89 cm Hülle 514 Länge ca. 16,51 cm
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