DE3823382C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einer das Atemgas abgebenden Druckgasquelle und mit einem in der Inspirationsphase unter Vorspannung stehenden Atembeutel, wobei diese Vorspannung zur Unterstützung der Atmung in der Exspirationsphase mit Hilfe eines die Atemphase erkennenden Schaltelementes vermindert wird.

Bei einem Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb wird sichergestellt, daß im Atemkreislauf ständig ein Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre vorliegt, so daß keine Schadstoffe in den Atemkreislauf eindringen können. Dieser Überdruck kann durch eine elastische Vorspannung des Atembeutels über eine mechanische/pneumatische Feder erzeugt werden, wie dies beispielsweise in der DE-OS 31 05 637 dargestellt ist. In einem solchen System ist jedoch, da die von der mechanischen bzw. pneumatischen Feder erzeugte Vorspannung des Atembeutels auch beim Ausatemvorgang aufrechterhalten bleibt, die Ausatmung durch die bei der Expansion in der Exspirationsphase zu überwindenden Strömungswiderstände zusätzlich erschwert. Die Atemwiderstände verschieben sich zu höheren Drücken hin.

Aus der DE-OS 34 29 345 ist ein Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb bekannt, bei dem die Druckgasquelle zusätzlich über eine Druckgasleitung eine Hilfsvorrichtung speist, welche eine mechanische Vorspannung des Atembeutels zur Druckerhöhung herbeiführt. Ein mit einer Meßschaltung verbundener Sensor unterscheidet die Atemphasen und steuert in der Ausatemphase die Hilfsvorrichtung derart, daß der zusätzlich auf den Atembeutel ausgeübte Druck abgebaut wird.

Für bestimmte Anwendungsfälle erscheint eine vereinfachte Ausbildung der Atemunterstützung ausschließlich auf der Grundlage pneumatisch-mechanischer Bauelemente ohne elektronische Steuerschaltung und ohne zusätzliche elektrische Energiequelle erwünscht.

Zur Drucksteuerung des Atemgasdruckes in dem geschlossenen Atemkreis eines Atemgerätes nach der FR-A-23 23 403 sind ein Differenzdruckaufnehmer und eine Verschlußvorrichtung vorgesehen, die mehrseitig von dem Atemwegsdruck einerseits und dem Umgehungsdruck andererseits beaufschlagt sind. Je nach Vorliegen einer Inspirations- oder Exspirationsphase wird durch die zweistufige Hintereinanderschaltung von Druckaufnehmer und Verschlußvorrichtung der Gasweg von der Atemgasversorgung zum Geräteanschluß geöffnet oder abgesperrt. Während der Einatmungsphase wird ein Überdruck im Einatemzweig des Atemkreises erzeugt.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Kreislaufatemschutzgerät der eingangs beschriebenen Art in einfacher Weise zur Atemunterstützung in der In- und Exspirationsphase des Atemzyklus auszubilden.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß ein zwischen Inspirationsphase und Exspirationsphase umschaltbares, von der Druckdifferenz zwischen Ausatemdruck und Druck im Atembeutel direkt gesteuertes, pneumatisches Steuerventil vorgesehen ist, welches während der Inspirationsphase die Druckgasquelle mit dem Atembeutel verbindet und während der Exspirationsphase durch Unterbrechung der Verbindung unter dem auftretenden Druckgas-Staudruck aus der Druckgasquelle ein pneumatisches Verstellelement derart betätigt, daß am Atembeutel die mechanische Vorspannung vermindert wird.

Als pneumatisches Verstellelement kann ein verschieden ausgebildetes mechanisch wirkendes Antriebselement, z. B. ein Faltenbalg, eine Membran, eine Zylindereinheit o. ä. verwendet werden.

In der Inspirationsphase wird somit die Aufrechterhaltung des Überdrucks im Atemkreislauf sowie eine gewisse Atemunterstützung durch die Vorspannung auf den Atembeutel herbeigeführt. Die Exspirationsphase wird durch das Steuerventil erkannt, so daß jetzt erst die Kompensation der Vorspannung ausgelöst wird. Hierzu wirkt der Druckgas-Staudruck auf das pneumatische Verstellelement, welches unmittelbar mechanisch an einem Wandteil des Atembeutels angreift und diesen in Richtung auf eine Volumenvergrößerung beeinflußt. Es wird somit die Energie des kontinuierlich zuströmenden Atemgases dazu ausgenutzt, um während der Exspirationsphase die Vorspannung des Atembeutels zu vermindern bzw. nahezu abzubauen.

Ein weiterer Vorteil kann u. U. dadurch erreicht werden, daß zur Erzeugung der Vorspannung des Atembeutels eine mechanische Vorspanneinheit vorgesehen ist, welche ein Federelement aufweist. Dabei kann der Atembeutel zweckmäßig als Wandteil eine belastende bewegbare Schwinge aufweisen, die mit dem Federelement verbunden ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Kraftübertragung von der Schwinge zum Federelement über eine Kurvenscheibe derart ausbilden, daß der Abgabedruck des Atembeutels unabhängig von seinem Füllgrad wenigstens annähernd konstant bleibt. Das Steuerventil, das pneumatische Verstellelement, der Atembeutel und die gewählte Vorspannung sind so aufeinander abgestimmt, daß keine Zwangsbeatmung entstehen kann, obwohl ein vorgegebener Überdruck im Atemkreislauf dauernd aufrechterhalten bleibt.

Um die beschriebene Vorspannung lageunabhängig zu machen, ist zweckmäßig vorgesehen, die den Atembeutel belastende Schwinge auf der dem Drehpunkt gegenüberliegenden Seite mit einem Massenausgleich zu versehen.

Das pneumatische Steuerventil ist vorteilhaft als Doppelmembranventil ausgebildet, bei dem eine Steuermembran die Kraftdifferenz zwischen Ausatemdruck und Druck im Atembeutel auf eine Schaltmembran leitet, welche die Umschaltung der Druckgasströmung zwischen dem Atembeutel in der Inspirationsphase und dem pneumatischen Verstellelement in der Exspirationsphase herbeiführt.

In einer zweckmäßigen Ausführung kann vorgesehen sein, daß der Ausatemdruck als Staudruck vor einen erheblichen Ausatemwiderstand erzeugenden Komponenten abgenommen wird. Der Ausatemdruck kann also vor dem Absorptionsbett der das Kohlendioxid bindenden Atemgaspatrone oder vor den Atemschläuchen und ähnlichem abgenommen werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung überträgt das pneumatische Verstellelement über ein mechanisches Kupplungselement ein der Zugkraft des Federelementes entgegengerichtetes Moment an die Schwinge des Atembeutels. Dies kann beispielsweise geschehen, indem das Kupplungselement ein flexibles Ende aufweist und dort mit der Achse der Schwinge, die Achse teilweise umschlingend, verbunden ist. Das flexible Ende kann als Seil ausgebildet sein, wenn der Nutzhub des Verstellelementes ziehend erfolgt, oder als Blattfeder, wenn der Nutzhub als Stoß übertragen wird.

Eine weitere günstige Ausbildungsform besteht darin, daß im Verstellelement eine Membran vorgesehen ist, die über eine Zahnstange auf einen Zahnkranz einwirkt, der am Drehpunkt der Schwinge angebracht ist.

Eine Glättungsvorrichtung sorgt dafür, daß eventuell auftretende Druckschwankungen der Atemgasquelle nicht zu einer unzeitigen Betätigung des Verstellelementes führen. Gleichzeitig wird durch das Überdruckventil eine obere Grenze für den Druckgas-Staudruck festgelegt. Bei geöffnetem Steuerventil gibt die Drossel einen gleichbleibenden Atemgasstrom frei, wobei zugleich der Fließdruck auf Werte absinkt, die das Verstellelement entlasten. Die am Überdruckventil abströmenden Gasmengen werden vorzugsweise dem Atembeutel zugeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, aus dem sich weitere Erfindungsmerkmale ergeben.

Eine das Atemgas abgebende Druckgasquelle 1 ist über eine verzweigte Verbindungsleitung 2 einerseits mit einem als pneumatisches Steuerventil dienenden Doppelmembranventil 3 und andererseits mit einem pneumatischen Verstellelement 4 verbunden. Eine Gasabgabeleitung 5 des Doppelmembranventils 3 mündet in einen als Faltenbalg 9 ausgebildeten Atembeutel 6.

Zwischen Druckgasquelle 1 und Verbindungsleitung 2 ist die Drossel 35 einer Glättungsvorrichtung eingefügt. Vor der Drossel 35 zweigt ein Überdruckventil 36 ab, dessen Abströmöffnung über eine Abströmleitung 37 in die Gasabgabeleitung 5 mündet.

Der Atembeutel 6 enthält einen feststehenden Wandteil 7, an dem über eine bewegbare Schwinge 8 der ziehharmonikaförmig faltbare Faltenbalg 9 angesetzt ist. Die Schwinge 8 ist auf ihrer, dem Drehpunkt 10 gegenüberliegenden Seite mit einem Ausgleichsgewicht 11 versehen.

Zur Belastung des Atembeutels 6 ist ein Federelement 12 vorgesehen, welches über eine Druckfeder 13 eine Federvorspannung erzeugt, die über eine mechanische Zugverbindung 14 unter Zwischenschaltung einer Kurvenscheibe 15 zu einem Angriffspunkt 16 an der Schwinge 8 des Atembeutels 6 geleitet wird.

Eine Einatemleitung 17 führt vom Atembeutel 6 zum Einatemanschluß 18 des in der Zeichnung nicht dargestellten Maskenkörpers.

Ein Ausatemanschluß 19 des Maskenkörpers ist über eine ebenfalls verzweigte Zuleitung 20 mit einem Kalkbett 21 zur CO₂-Absorption verbunden. Eine Rückführungsleitung 22 des Atemgases verbindet das Kalkbett 21 mit dem Innenraum des Atembeutels 6.

Die verzweigte Zuleitung 20 ist in dem Doppelmembranventil 3 einseitig mit einem Teilraum vor einer Steuermembran 23 verbunden, welche auf ihrer anderen Seite mit einem weiteren Teilraum in Verbindung steht, der über eine Druckprüfleitung 24 an den Innenraum des Atembeutels 6 angeschlossen ist. An der Steuermembran 23 des Doppelmembranventils 3 ist ein Stößel 25 befestigt, welcher gegen eine Schaltmembran 26 anliegt und diese gegen einen Ventilsitz 27 (Krater) zur Freigabe der Verbindungsleitung 2 nach der Gasabgabeleitung 5 steuert. Die Steuermembran 23 dient dabei als die Atemphase erkennendes Schaltelement.

Das pneumatische Verstellelement 4 weist einen Ausdehnungsraum 28 auf, in dem eine gewölbte Membran 29 ausgespannt ist. Diese steht über ein mechanisches Kupplungselement 30 mit der bewegbaren Schwinge 8 in Verbindung, so daß in der Exspirationsphase eine Kraft auf die bewegbare Schwinge 8 ausgeübt wird, welche diese von der in der Inspirationsphase wirksamen Federvorspannung durch die Druckfeder 13 wenigstens teilweise entlastet.

In der Inspirationsphase strömt Atemgas über die Verbindungsleitung 2 und durch den von der Schaltmembran 26 geöffneten Ventilsitz 27 des Doppelmembranventils 3 in die Gasabgabeleitung 5 und von dort in den Atembeutel 6. Die Schwinge 8 steht unter Vorspannung durch die Druckfeder 13 und wird in Pfeilrichtung des Inspirationspfeils gedrängt, so daß Atemgas aus dem Atembeutel 6 über die Einatemleitung 17 zum Einatemanschluß 18 des Maskenträgers gelangt. Durch die Federvorspannung wird eine Kompression des Atembeutels 6 und damit ein leichter Überdruck während der Inspiration erzielt.

Die mit der bewegbaren Schwinge 8 drehfest verbundene Kurvenscheibe 15 ist in ihrer Umfangskontur so gestaltet, daß unabhängig vom Füllvolumen des Atembeutels 6 ein konstanter Vordruck an der Einatemleitung 17 auftritt.

In der Inspirationsphase befindet sich das pneumatische Verstellelement 4 in der oberen gestrichelten Lage der Membran 29, so daß über das mechanische Kupplungselement 30 keine der Wirkung der Druckfeder 13 entgegengerichtete, entlastende Zusatzkraft auftritt.

Bei Beginn der Exspirationsphase wird Ausatemgas vom Ausatemanschluß 19 in die verzweigte Zuleitung 20 eingeführt. Der dabei vor dem Kalkbett 21 entstehende Staudruck pflanzt sich über die Zuleitung 20 auf die eine Seite der Steuermembran 23 fort, deren andere Seite über die Druckprüfleitung 24 vom Druck aus dem Innenraum des Atembeutels 6 beaufschlagt wird. Entsprechend der dabei auftretenden Druckdifferenz verstellt die Steuermembran 23 den mit ihr verbundenen Stößel 25, und die Schaltmembran 26 wird in die Abdichtstellung gedrängt, so daß die Atemgaszufuhr über die Verbindungsleitung 2 und Gasabgabeleitung 5 in den Atembeutel 6 aufhört. Dabei steigt der Druck in der Verbindungsleitung 2 an, und der Staudruck pflanzt sich in den Ausdehnungsraum 28 vor der Membran 29 des pneumatischen Verstellelementes 4 fort. Dadurch wird das als Zahnstange ausgebildete mechanische Kupplungselement 30, das in einen um die Achse der Schwinge 8 gelegten Zahnkranz 38 eingreift, so verstellt, daß eine Gegenwirkung zur mechanischen Vorspannung durch die Druckfeder 13 über die Zugverbindung 14 eintritt. Dadurch wird die Expansion des Atembeutels 6 unterstützt und die Ausatmung erleichtert.

Die entsprechenden Bewegungsvorgänge sind durch den Exspirationspfeil dargestellt.

Bei dem beschriebenen Kreislaufatemschutzgerät wird eine Atemunterstützung in der Inspirationsphase durch Federvorspannung der bewegbaren Schwinge 8 und in der Exspirationsphase durch das pneumatische Verstellelement 4 erreicht, dessen mechanisches Kupplungselement 30 der Federwirkung der Druckfeder 13 entgegenwirkt.

In jedem Falle ist jedoch dafür gesorgt, daß ein vorgegebener Solldruckwert im Atemkreislauf weder in der Inspirationsphase noch in der Exspirationsphase unterschritten werden kann, so daß eine sichere Abdichtung gegen das Eindringen von Schadstoffen erhalten bleibt.

Claims (10)

1. Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einer das Atemgas abgebenden Druckgasquelle und mit einem in der Inspirationsphase unter Vorspannung stehenden Atembeutel, wobei diese Vorspannung zur Unterstützung der Atmung in der Exspirationsphase mit Hilfe eines die Atemphase erkennenden Schaltelementes vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Inspirationsphase und Exspirationsphase umschaltbares, von der Druckdifferenz zwischen Ausatemdruck und Druck im Atembeutel (6) direkt gesteuertes, pneumatisches Steuerventil (3) vorgesehen ist, welches während der Inspirationsphase die Druckgasquelle (1) mit dem Atembeutel (6) verbindet und während der Exspirationsphase durch Unterbrechung der Verbindung unter dem auftretenden Druckgas-Staudruck aus der Druckgasquelle (1) ein pneumatisches Verstellelement (4) derart betätigt, daß am Atembeutel (6) die mechanische Vorspannung vermindert wird.

2. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vorspannung des Atembeutels (6) eine mechanische Vorspanneinheit vorgesehen ist, welche ein Federelement (12) aufweist.

3. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Atembeutel (6) als Wandteil eine den Atembeutel (6) belastende, bewegbare Schwinge (8) aufweist, die mit dem Federelement (12) verbunden ist.

4. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von der Schwinge (8) zum Federelement (12) über eine Kurvenscheibe (15) derart erfolgt, daß der Abgabedruck des Atembeutels (6) unabhängig von seinem Füllgrad wenigstens annähernd konstant bleibt.

5. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Atembeutel (6) belastende Schwinge (8) einen Massenausgleich (11) aufweist.

6. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Ventil als Doppelmembranventil (3) ausgebildet ist, bei dem die eine Steuermembran (23) die Kraftdifferenz zwischen Ausatemdruck und Druck im Atembeutel auf eine Schaltmembran (27) leitet, welche die Umschaltung der Druckgasströmung zwischen dem Atembeutel (6) (Inspirationsphase) und dem pneumatischen Verstellelement (4) (Exspirationsphase) herbeiführt.

7. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausatemdruck als Staudruck vor den einen erheblichen Ausatemwiderstand erzeugenden Komponenten (21) abgenommen wird.

8. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Verstellelement (4) über ein mechanisches Kupplungselement (30) ein der Zugkraft des Federelementes (12) entgegengerichtetes Moment an die Schwinge (8) überträgt.

9. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (4) einen Ausdehnungsraum (28) aufweist, der einseitig mit einer Membran (29) abgeschlossen ist, welche über das als Zahnstange (30) ausgebildete Kupplungselement in einen am Drehpunkt (10) der Schwinge (8) angebrachten Zahnkranz (38) eingreift.

10. Kreislaufatemschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Druckgasquelle (1) mit einer Glättungsvorrichtung für Druckspitzen, bestehend aus einer im Hauptstrom liegenden Drossel (35) und einem vor der Drossel (35) abzweigenden Überdruckventil (36), versehen ist.