DE3429345C2

DE3429345C2 -

Info

Publication number: DE3429345C2
Application number: DE3429345A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dipl.-Ing. Dr. 2407 Bad Schwartau De Pasternack
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1989-06-01
Also published as: EP0148320A1; EP0148320B1; US4667669A; DE3466479D1; DE3429345A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einer Druckgasquelle, welche zu sätzlich über eine Druckgasleitung eine Hilfsvorrichtung speist, die durch Bewegung des Atembeutels eine Druck erhöhung im Atemkreislauf herbeiführt.

Ein derartiges Kreislaufatemschutzgerät ist aus der DE-OS 31 05 637 bekannt.

In dem bekannten Kreislaufatemschutzgerät mit Über druckbetrieb ist sichergestellt, daß während seiner Be nutzung sowohl in der Ausatem- als auch in der Einatem phase in dem Atemkreislauf ein Überdruck herrscht. Dieser Überdruck verhindert während der Benutzung des Gerätes das Eindringen von Umgebungsatmosphäre, die es möglicher weise verschmutzt und dem Benutzer des Gerätes Schaden zufügen könnte. Sollten Undichtigkeiten im Atemkreislauf entstehen, wird durch den erzeugten Überdruck sicherge stellt, daß nur ein Gasstrom von innen aus dem Atemkreis lauf in die Umgebungsatmosphäre nach außen entsteht.

Bei dem bekannten Kreislaufatemschutzgerät bedeutet es jedoch für den Benutzer eine unnötige Anstrengung, die er aufbringen muß, weil auch während der Ausatemphase ein Überdruck im Atemkreislauf erzeugt wird. Der für die Dichtigkeit im Sinne des Schutzes des Geräteträgers not wendige Überdruck wird nämlich im Mundstück bzw. in der Vollmaske durch die diesen nachgeschalteten Strömungswiderstände aus den z. B. Faltenschläuchen, Ventilen und Regenerationspatronen erzeugt. Ein zusätz licher statischer Überdruck belastet den Geräteträger zusätzlich und ermüdet ihn vorzeitig.

Dieses gilt auch für das folgende bekannte Druckgas- Atemschutzgerät mit Überdruck in der Atemluft nach der DE-PS 30 15 759, das auch als Kreislaufgerät ausgebil det ist. Hier ist ein im Kreislauf angeordneter Atem beutel von außen mit einer vorgespannten Feder be lastet und hält dadurch den Überdruck im Kreislauf auf recht. Aus einem Sauerstoffdruckbehälter wird der Sauer stoff dem Atembeutel über einen Lungenautomaten zuge führt, der bei der Entleerung von dessen beweglicher Stirnwand betätigt wird. Dem Lungenautomaten ist ein Ab sperrventil vorgeschaltet, das von der Stirnwand bei völliger Entleerung des Atembeutels geschlossen wird. Dadurch wird bei großen Undichtigkeiten im Kreislauf und Abnehmen der Atemmaske mit Abfall des Überdrucks ein Abströmen großer Sauerstoffmengen verhindert.

Eine Senkung des Überdrucks jeweils während der Ausatem phase im Sinne der Entlastung des Geräteträgers ist je doch nicht möglich.

In dem erstgenannten Kreislauf-Atemschutzgerät nach der DE-OS 31 05 637 ist die Ausatemleitung über einen CO₂-Absorber und ein Gasausgleichsbehältnis an die Einatemleitung angeschlossen. Eine überwiegend Sauerstoff enthaltende Druckgasflasche steht mit der Einatemleitung in Verbindung. Als Gasausgleichsbehält nis eignet sich am besten ein Faltenbalg mit starren Stirnwänden. Der Faltenbalg steht unter einer ständig im Sinne seiner Volumenverkleinerung wirkenden Kraft eines Zylinder-Kolben-Aggregates, dessen mit seiner Stirnwand verbundener Kolben mit Druckgas aus der Druck gasflasche, entspannt auf einen Mitteldruck, beauf schlagt ist. Durch die Bewegung des Kolbens wird im Faltenbalg eine anhaltende Druckerhöhung erzeugt, die für den gewünschten Überdruck im gesamten Atemkreislauf ausreicht. Durch nicht näher dargestellte Maßnahmen kann die auf den Faltenbalg wirkende Kraft kontinuierlich oder stufenweise verändert werden, wodurch der im Kreislauf herrschende Überdruck an die vorliegenden Arbeitsverhältnisse angepaßt und das Atemschutzgerät wahlweise auf Unter- und Überdruckbetrieb eingestellt werden kann.

Da die für die jeweilige Benutzung gewählte und eingestellte Kraft ständig wirkt und über den Kolben im Atemkreislauf einen anhaltenden Druck erzeugt, ist dieser Druck sowohl während der Einatemphase, als auch während der Ausatemphase wirksam. Bei der Ausatmung muß der Benutzer aber bereits einen Druck zur Überwindung der Strömungswiderstände in Ausatemventil, Leitungen und CO₂-Absorber aufbringen. Durch den zusätzlich wirkenden Überdruck wird er während der Ausatmung in ungünstiger Weise unnötig zusätzlich belastet.

Bei einem weiteren Kreislauf-Atemschutzgerät nach der DE-OS 19 36 650 ist in dessen Atembeutel ein Druckwandler angeordnet, welcher an eine Steuereinheit derart angeschlossen ist, daß beim Abfall des Druckes im Atembeutel unterhalb eines vorgegebenen Wertes aus einer Atemgasquelle soviel Atemgas in den Atembeutel gespeichert wird, bis der vorgegebene Druckwert wieder erreicht ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein Kreislaufatemschutzgerät der obengenannten Art derart zu verbessern, daß ein Überdruck im Atemkreislauf nur während der Einatemphase, nicht jedoch während der Ausatemphase erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein mit einer Meßschaltung verbundener Sensor zur Feststellung der Atemphasen vorgesehen ist, und daß die Meßschaltung in der Ausatemphase die Hilfsvorrichtung zum Abbau des am Atembeutel ausgeübten zusätzlichen Druckes steuert.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Kreislaufatemschutzgerätes ermöglicht es, daß die Druckverhältnisse im Atemkreislauf in Abhängigkeit von den Atemphasen gesteuert werden können. Ein zur Feststellung der Atemphasen vorgesehener Sensor kann an jeder beliebigen Stelle des Atemkreislaufes angeordnet sein, wenn er nur in der Lage ist, den Wechsel zwischen Einatem- und Ausatemphase festzustellen.

Vorzugsweise wird ein solcher Sensor am Atembeutel an gebracht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung wird die Druckgasleitung durch ein Umschaltventil mit der Hilfsvorrichtung nur während der Einatemphase verbunden, jedoch während der Ausatemphase abgesperrt. Gleichzeitig werden die Hilfsvorrichtung und der Atem beutel über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden, so daß Druckschwankungen infolge der Hubbewegung des Atembeutels in der Zuführungsleitung zur Hilfsvorrichtung ausgeglichen werden können. Es ist zwar möglich, die Zuführungsleitung zur Hilfsvorrichtung bei abgesperrter Druckgasleitung über das Umschaltventil mit der freien Umgebungsatmosphäre zu verbinden. Dadurch könnte bei auf tretenden Druckschwankungen in der Ausatemphase das Gas aus der Zuführungsleitung abgeblasen werden. Dies hätte jedoch den unerwünschten Nachteil zur Folge, daß dabei jedesmal unnötigerweise Druckgas, z. B. Sauerstoff, ver lorengeht.

Vorteilhafterweise kann der Sensor zur Feststellung der Atemphase als eine elektrische Widerstandsstrecke ausge bildet sein, welche an einem mit der Kolbenstirnwand verbundenen Führungselement angeordnet ist. Dadurch kann die Feststellung der Atemphase auf eine Messung der Be wegungsrichtung des starren, bewegbaren Wandteils des Atembeutels zurückgeführt werden. Das von der Meßschal tung auszuwertende Meßsignal wird durch den Spannungsab fall entlang der Meßstrecke, wie sie von einem Meßfühler aufgenommen wird, geliefert.

Während einer Atemphase ändert sich infolge der Bewegung des Führungselementes die abgreifbare Spannungsdifferenz in vorteilhafter Weise, nämlich in der Einatemphase um einen Differenzbetrag Δ V _E, und in der Ausatemphase um einen Differenzbetrag Δ V _A. Beide Differenzbeträge verringern sich gegen Ende eines Atemzuges auf den Betrag Null. Ein Wechsel zwischen Einatemphase und Ausatemphase bedeutet auch einen Wechsel zwischen Erhöhung und Er niedrigung der abgreifbaren Spannungsdifferenz Δ V _o. Auf diese Weise erhält man ein einfaches Unterscheidungs kriterium, wann ein Wechsel zwischen Einatemphase und Ausatemphase stattfindet, so daß der Meßschaltung ein deutliches Kriterium dafür gegeben wird, wann die Um schaltung der Hilfsvorrichtung zu erfolgen hat.

Sollte die abgreifbare Spannungsdifferenz Δ V _o selbst den Wert Null erreichen, muß auf einen Defekt im Atemkreis lauf zurückgeschlossen werden. In diesem Falle ist es wünschenswert, daß eine Alarmeinrichtung ausgelöst wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Figuren der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kreislaufatemschutzgerätes,

Fig. 2 einen Fühler mit den an ihm abgreif baren Differenzspannungen.

Das Kreislaufatemschutzgerät mit Überdruckbetrieb ent hält die in funktioneller Anordnung dargestellten, den Atemkreislauf bildenden Bauteile auf einem Tragegestell in einer äußeren Schutzhülle. Es sind dies ein Ateman schluß 1, eine Ausatemleitung 3, eine die in der Ausatem luft vorhandene Kohlensäure bindende Regenerationspatrone 4, ein Atembeutel 5 und eine Einatemleitung 2.

Der bei der Atmung verbrauchte Sauerstoff wird von einer Sauerstoffflasche 6, einem Flaschenventil 7, einem Druck minderer 8 über einen Lungenautomaten 9 und über eine Rohrleitung 10 mit einer Konstantdosierung 11 hinter dem Atembeutel 5, dem Atemkreislauf zugeführt. Ein Über druckventil 12 hinter der Regenerationspatrone 4 ver hindert einen zu hohen Druck im Atemkreislauf.

Der Atembeutel 5 besteht aus einem Faltenbalg 13, der durch eine bewegliche starre Stirnwand 14 abgeschlossen ist. Ein Zylinder-Kolben-Aggregat 15 mit einem Kolben 16 in einem Zylinder 17 bildet oberhalb des Kolbens 16 einen Druckraum 18, der über eine Druckleitung 19 an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist. Die Druckleitung 19 enthält ein Magnetventil 20, mit dem die Druckleitung 19 geschlossen und dabei ein Leitungsteil 21 vor dem Druck raum 18 abgetrennt wird und dieser dann über den Lei tungsteil 21 und eine Verbindungsleitung 22 mit dem Atem beutel 5 verbunden werden kann.

Der Kolben 16 ragt mit seiner dem Druckraum 18 ent gegengesetzten unteren Kolbenstirnseite 23 aus dem nach hier offenen Zylinder 17 heraus und ist über eine beweg liche Verbindung 24 mit der Stirnwand 14 des Atembeutels 5 verbunden.

An der oberen Kolbenstirnwand 25 zum Druckraum 18 ist axial ein Fühler 26 an einem Führungselement 31 be festigt. Der Fühler 26 ist als elektrische Widerstands strecke ausgebildet, welche eingangsseitig mit dem Ver stärker 28 verbunden ist. Ein durch den Verstärker auf geprägter Strom erzeugt entlang der Widerstandsstrecke einen Spannungsabfall, welcher von einem stehenden Schleif kontakt 27 abgegriffen wird. Die im Verstärker 28 mit einem Transmitter 29 festgestellten Spannungsdiffe renzen Δ V _E, Δ V _A und Δ V _o ergeben die Schaltwerte für das Magnetventil 20. Die Atemphasen, also das Einatmen und das folgende Ausatmen, führen zu sich jeweils wieder holenden Funktionen und Druckverhältnissen im Atemkreis lauf.

In der Einatemphase verbindet das Magnetventil 20 den Druckraum 18 mit der Rohrleitung 10. Der in dieser aus dem Druckminderer 8 gegebene Überdruck setzt sich in den Druckraum 18 hinein fort, drückt auf den Kolben 16 und bewegt diesen und damit dessen Stirnwand 25 nach unten. Im Flächenverhältnis aus der Kolbenstirnwand 25 und der Stirnwand 14 des Atembeutels 5 bildet der Druck den Überdruck im Atemkreislauf aus. Der Überdruck be steht während der gesamten Einatemphase und verhindert das Eindringen von möglicherweise unatembarer Umgebungs atmosphäre in den Atemkreislauf. Die mit dem Kolben 16 gleichzeitige Bewegung des Fühlers 26 mit der sich dabei ändernden Länge der Widerstandsstrecke zum Schleif kontakt 27 führt zu einer sich um Δ V _E verringernden Spannungsdifferenz Δ V _o. Mit einer Spannungsdifferenz Δ V _E = 0, also am Ende der Einatemphase mit dem Ende des Einatmens, wird das Magnetventil 20 geschlossen und damit die Druckleitung 19 vom Druckraum 18 abgetrennt. Der Druckraum 19 ist dann über den Leitungsteil 21 und die Verbindungsleitung 22 mit dem Atembeutel 5 verbunden. Der über den Kolben 16 im Atemkreislauf erzeugte Über druck wird durch Entspannung im Druckraum 18 aufge hoben.

Mit dem Beginn der Ausatmung, in der im Atemkreis kein Überdruck besteht, dehnt der Atembeutel 5 sich nach oben aus und bewegt die Stirnwand 14 entsprechend. Die Widerstandsstrecke auf dem Fühler 26 wird wieder länger. Es kommt zu einer Erhöhung der Spannungsdifferenz Δ V _o um den Betrag Δ V _A, der sich mit der Bewegung ändert. Mit dem Ende der Ausatmung, bei großem Atembeutelvo lumen und einer Spannungsdifferenz Δ V _A = 0, schaltet das Magnetventil 20 wieder auf Durchgang, so daß für die dann folgende Einatemphase sich im Atemkreislauf erneut der Überdruck ausbilden kann.

Bei einem starken Defektwerden des Atemkreislaufes fällt der Überdruck in diesem völlig ab. Der noch vorhandene Sauerstoffdruck in der Druckleitung 19 mit dem geöffneten Magnetventil 20 drückt den Atembeutel weit zusammen. Mit der Spannungsdifferenz Δ V _o = 0 an der dann kürzesten Widerstandsstrecke schließt das Magnetventil 20. Der Atembeutel 5 bleibt, weil er keine Eigenelastizität be sitzt, in der kleinsten Stellung, das Magnetventil 20 bleibt permanent gegenüber der Druckleitung 19 ge schlossen, gleichzeitig tritt eine Alarmeinrichtung 30 in Tätigkeit. Der Geräteträger kann das Kreislaufatem schutzgerät jetzt mit Normaldruck benutzen. Seine Sauer stoffversorgung erfolgt normal über die Rohrleitung 10. Mit dem Schließen des Defektes schaltet der Atemkreislauf mit dem Wiederauffüllen des Atembeutels 5 automatisch wieder auf Überdruckbetrieb.

Claims

1. Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einem Atembeutel und einer Druckgasquelle, welche zusätzlich zum Atemkreislauf über eine Druckgasleitung eine Hilfsvorrichtung speist, die durch Bewegung des Atembeutels eine Druckerhöhung im Atemkreislauf herbeiführt, dadurch gekenn zeichnet, daß ein mit einr Meßschaltung (28, 29) verbundener Sensor (26) zur Feststellung der Atem phasen vorgesehen ist, und daß die Meßschaltung (28, 29) in der Ausatemphase die Hilfsvorrichtung (15) zum Ab bau des am Atembeutel ausgeübten zusätzlichen Druckes steuert.

2. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (26) am Atembeutel (13) angebracht ist.

3. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung (15) ein über die Druckgasleitung (19) gesteuertes Zylinder-Kolben-Aggregat ist, und daß sich in der Druckgasleitung (19) ein Umschaltventil (20) befindet, welches entsprechend der Steuerung durch die Meß schaltung (28, 29) in der Einatemphase den Druckraum (18) des Zylinder-Kolben-Aggregates (15) an die Druckgas leitung (19) anschließt, und in der Ausatemphase die Druckgasleitung (19) absperrt sowie über eine Verbin dungsleitung (22) den Innenraum des Atembeutels (13) mit dem Druckraum (18) des Zylinder-Kolben-Aggregates (15) verbindet.

4. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (26) zur Feststellung der Atemphasen eine elektrische Wider standsstrecke enthält, an der über einen Fühler (27) eine Spannungsdifferenz Δ V _o abgreifbar ist.

5. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspuch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Widerstandsstrecke (26) an einem mit der Kolbenstirn wand (25) verbundenen Führungselement (31) angeordnet ist.

6. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz Δ V _o im Verlauf der Einatmungs phase um einen sich auf Null verringernden Betrag Δ V _E und im Verlauf der Ausatmungsphase um einen sich ebenfalls auf Null verringernden Betrag Δ V _A verändert, daß Δ V _E und Δ V _A entgegengesetzte Vor zeichen aufweisen, und daß die Meßschaltung (28, 29) so ausgelegt ist, daß die Hilfsvorrichtung (15) jeweils im Übergangsbereich zwischen Ein- und Ausatmungs phase umgeschaltet wird, wenn Δ V _E bzw. Δ V _A nach Erreichung des Nullwertes das Vorzeichen wechseln.

7. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (28, 29) das Umschaltventil (20) zur Absperrung der Druck gasleitung (19) steuert und eine Alarmeinrichtung (30) auslöst, wenn Δ V _o den Nullwert erreicht.