DE3842515A1 - Probenahmevorrichtung fuer ein geraet zum nachweis eines bestandteiles in gas, insbesondere von alkohol in einer ausatemluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenahmevorrichtung für ein Gerät zum Nachweis eines Bestandteiles in Gas, insbesondere von Alkohol in der Ausatemluft, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Probenahmevorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 29 44 444 bekannt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der DE 29 44 444 wird zur Entnahme einer Probe aus der Ausatemluft in ein Blasrohr geblasen, das als Venturirohr ausgebildet ist, so daß an dessen engster Stelle eine Druckverminderung auftritt. Der entstehende Saugdruck wird über eine Öffnung auf die untere Fläche eines Kolbens übertragen, der dadurch in ein Gehäuse nach unten gezogen wird, bis Magneten den Kolben in der unteren Stellung verriegeln. In dieser verriegelten Stellung verbleibt der Kolben bis die Strömungsgeschwindigkeit in dem Blasrohr unter einen vorgegebenen Wert fällt, der normalerweise mit dem letzten Stadium des Ausatmens zusammenfällt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit absinkt, vergrößert sich der Druck an der engsten Stelle des Venturirohres und bei einem vorher eingestellten Wert ist die Druckkraft einer auf den Kolben wirkenden Feder größer als die Kraft, mit der sich die Magnete anziehen, so daß der Kolben schnell nach oben gedrückt wird. Dabei wird ein bestimmtes Volumen der Atemluft in eine Meßkammer eingesaugt, in der eine Einrichtung zum Nachweis des Bestandteiles des Gases enthalten ist, die beispielsweise als Brennstoffzelle ausgebildet sein kann. Nach dem Ansaugen der Atemprobe in die Probekammer reagiert diese Brennstoffzelle und entwickelt ein Potential, das über geeignete Einrichtungen verstärkt und angezeigt werden kann.

Die bekannte Probenahmevorrichtung ist jedoch insofern nachteilig, als eine sehr präzise Fertigung der Strömungs­ kanäle und auch der sonstigen erforderlichen Teile notwendig ist, da allein aufgrund der entstehenden Druckdifferenzen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten eine selbsttätige Auslösung des beweglichen Elementes erfolgt. Ferner ergeben sich Manipulationsmöglichkeiten durch den Probanden, da dieser die Strömungsgeschwindigkeit einfach dadurch beeinflussen kann, daß er am Anfang beispielsweise stark ausatmet und dann das Ausatmen unterbricht, obwohl das maximal zur Verfügung stehende Lungenvolumen noch nicht ausgeschöpft ist.

Außerdem weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß sie nach einer Messung manuell zurückgestellt werden muß, was, wie die Praxis gezeigt hat, oft vergessen wird. Eine Unterlassung führt aber zu einer Verzögerung des Meßvorganges.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Probenahmevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die eine Verminderung des Herstellungsaufwandes und selbsttätige Probenahmen ermöglicht, und die genaue Messungen insbesondere unter Vermeidung der Gefahr von Manipulationen möglich macht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Dadurch wird zunächst erreicht, daß auch bei Beatmungsfehlern gültige Alkoholkonzentrationsmessungen an Alveolarluft durchgeführt werden können.

Hierbei führt zögerndes oder kurzzeitig aussetzendes Ausatmen nicht zur Ungültigkeit der Messung, da das Mindestatemvolumen durch zeitliche Integration des Ausatemluftdurchsatzes ermittelt wird und die Zeitspanne bis zum Erreichen des Mindestatemvolumens nicht begrenzt ist. Selbst wenn kurzzeitig eingeatmet würde, führt dies nicht zwangsläufig zur Ungültigkeit der Alkoholkonzentrations­ messung. Der von der Volumenmeßeinrichtung ermittelte Volumenwert wird auf Null gesetzt und im selben Atemzug wird beim nachfolgenden Ausatmen erneut mit einer Integration begonnen. Die Alkoholkonzentrationsmessung erfolgt in jedem Fall erst nach ununterbrochener Abatmung des vorbestimmten Mindestatemvolumens. Hierbei können eine Integratoranordnung der Volumenmeßeinrichtung und/oder eine Steueranordnung zur Erfassung der Strömungsrichtung ebenso wie auch weitere Komponenten des Meßgerätes durch einen Microprozessor realisiert werden. Bezüglich aller weiteren Details der Volumenmeßeinrichtung wird hiermit der Inhalt der P 35 43 973.4 durch Bezugnahme in vollem Umfange zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht.

Aus der DE-OS 35 43 973.4 ist mithin zwar die Verwendung einer Volumenmeßeinrichtung an sich bekannt, jedoch ist das in dieser Druckschrift beschriebene Gerät nur halbautoma­ tisch betätigbar, da auch hier eine manuelle Zurückstellung des beweglichen Elementes erforderlich ist, das nur mittelbar betätigt wird. Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Vorteil, daß eine vollautomatische unmittelbar betätigbare und zurücksetzbare Pumpeinrichtung durch dessen entsprechende Komponenten geschaffen wird, was wiederum zu dem Vorteil führt, daß das für eine Messung nötige Zurücksetzen nicht vergessen wer­ den kann.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Probennahmevorrichtung,

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Blasrohres der Probennahmevorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Membran bzw. ein Diaphragma zur Verwendung bei der Probenahmevorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Membran entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines beweglichen Elementes der Probenahmevorrichtung,

Fig. 6 eine Seitenansicht des beweglichen Elementes gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Gehäuse eines Zweistellungs­ magneten in Form eines Hybridmagneten der Probenahmenvor­ richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch das Hybridmagnetengehäuse entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Brennstoffzelle,

Fig. 10 eine Seitenansicht der Brennstoffzelle gemäß Fig. 9,

Fig. 11 eine Unteransicht der Brennstoffzelle gemäß der Fig. 9 und 10,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführung eines Gehäuseteiles der erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung, und

Fig. 13 eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles P in Fig. 12.

In Fig. 1 ist eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Probenahme­ vorrichtung 1 wiedergegeben, die für ein Gerät zum Nachweis eines Bestandteiles in Gas, insbesondere von Alkohol in Ausatemluft, geeignet ist. Bei einem derartigen Gerät sind neben den in Fig. 1 dargestellten Komponenten der Probenahme­ vorrichtung 1 Auswerte- und Anzeigeeinheiten sowie Gehäuse­ teile vorgesehen, die jedoch in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht wiedergegeben sind.

Die Probenahmevorrichtung 1 weist ein Blasrohr 2 auf, das an seinen beiden Enden 3 und 4 offen ist. Dabei bildet das Ende 3 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Einblasende, während das Ende 4 zur Umgebung hin offen ist.

Ferner weist die Probenahmevorrichtung 1 ein verschiebbares Element 5 auf, das dazu dient, eine Gasprobe aus dem Blasrohr 2 über ein Verbindungsrohr 6 anzusaugen. Durch das Ansaugen der Gasprobe wird diese in eine Meßkammer 7 eingeleitet, die eine Einrichtung 8 zum Nachweis des Bestandteiles enthält, die beispielsweise als Brennstoff­ zelle ausgebildet sein kann. Die Komponenten 7 und 8 sind in Fig. 1 lediglich strichliert bzw. strichpunktiert angedeutet.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bildet das verschiebbare Element 5 den Kern eines Zweistellungsmagneten in Form Hybridmagneten 9. Die wesentlichen Teile dieses Hybridmagneten 9, der nachfolgend im Detail beschrieben werden wird, sind ein Gehäuseteil 10, innerhalb dessen ein Permanentmagnet 11 angeordnet ist. Ferner ist in einer Ausnehmung des Gehäuses 10 ein Einsatzteil 12 angeordnet, das mit dem Permanentmagneten verbunden ist und das in einer Ausnehmung die Wicklungen 13 eines Elektromagneten aufnimmt. Wie Fig. 1 zeigt, ist das verschiebliche Element bzw. der Kern 5 in eine zentrische Ausnehmung 40 eingeführt, die vorzugsweise mit einem elektrisch isolierenden gleichzeitig als Schmiermittel dienenden Belag (z.B. Teflon) beschichtet sein kann. Zwischen dem verschiebbaren Element 5 und dem Permanentmagneten 11 ist ein Federglied 15 vorgesehen, das das verschiebbare Element in eine Endlage vorspannt, die in Fig. 1 dargestellt ist und in der das verschiebbare Element bzw. der Kern 5 vom Permanentmagneten 11 beabstandet ist.

An dem außerhalb des Hybridmagneten 9 angeordneten Ende ist das verschiebbare Element bzw. der Kern 5 mit einer Membran 16 beispielsweise durch eine Preßverbindung verbunden.

Ferner weist die Probenahmevorrichtung 1 einen Eingangskanal 17 auf, der mit dem Blasrohr (2) in Verbindung steht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bilden das Verbindungsrohr 6 und der Eingangskanal 17 ein Rohr-Im-Rohr-System, bei dem das Verbindungsrohr 6 das Innenrohr und der Eingangskanal 17 das Außenrohr bilden.

Der Eingangskanal 17 ist mit einem kanalartigen Strömungsraum 18 verbunden, der mit einer Heizeinrichtung 19 versehen ist und in dem beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand 20 angeordnet sein kann. Dieser Widerstand 20 kann beispielsweise ein stromdurchflossener Heißdraht sein, der von der ausgeatmeten in das Blasrohr 2 eingeleiteten Luft überströmt wird. Der temperaturabhängige Widerstand 20 wird in Abhängigkeit vom Atemluftdurchsatz im Strömungsraum 18 gekühlt, und die durch die Kühlung hervorgerufene Widerstandsänderung wird von einer Volumenmeßeinrichtung 21, zu der der Widerstand 20 gehört, in Signalen wiedergegeben, die die Eingangssignale SE einer mit der Volumenmeßeinrichtung 21 verbundenen Steuereinrichtung 22 sind, die daraus wiederum Steuer­ impulse SA ableitet. Diese Steuerimpulse SA werden zur unmittelbaren Betätigung des verschiebbaren Elementes 5 verwendet, wobei im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Steuerimpulse SA an die Wicklungen 13 des Elektromag­ neten des Hybridmagneten 9 angelegt werden.

Soll mit der Probenahmevorrichtung 1 beispielsweise der Alkoholgehalt in der Ausatemluft einer Person bestimmt werden, bläst diese in das Einblasende 3 des vorzugsweise als Einmalteil ausgebildeten Blasrohres 2. Da das Blasrohr 2 an seinem dem Einblasende 3 gegenüberliegenden Ende eine Drossel 23, beispielsweise in Form einer Blende, aufweist, ergibt sich in dem Bereich vor der Drossel 23 ein Staubereich. In dieser ersten Phase ist das verschiebbare Element 5 durch die Kraft des Federgliedes 15, das beispielsweise eine Schraubendruckfeder, ein Luftfederbalg oder ähnliches sein kann, aus dem Gehäuse 10 in eine seiner Endlagen (Ruhelage) verschoben. In dieser Endlage drückt das verschiebbare Element 5 die Membran 16 derart zusammen, daß ein von der Membran 16 und den benachbarten Wänden eines Gehäuses der Einrichtung zur Bestimmung des Gasbestandteiles gebildeter Saugraum ein Volumen mit dem Wert Null einnimmt. Daher ist das Verbindungsrohr 6 praktisch geschlossen, dessen Länge so kurz bemessen ist, daß der Fehler durch anfänglich in das Verbindungsrohr 6 eingeleitete Ausatemluft gegenüber dem letztendlich angesaugten zu vermessenden Volumen klein ist. Es ist jedoch vorzugsweise möglich, das Verbindungsrohr 6 zusätzlich durch eine Absperreinrichtung in diesem ersten Stadium der Probenahme abzuschließen, die bevorzugterweise im Mündungsbereich des Verbindungsrohres 6 in das Blasrohr 2 angeordnet ist. Eine derartige Absperreinrichtung kann ein Rückschlagventil, ein Schieber oder eine Klappe geeigneter Konstruktion sein.

Da, wie gesagt, das Verbindungsrohr 6 in dieser ersten Phase des Ausatmens geschlossen ist, strömt aus dem Staubereich im Blasrohr 2 der Großteil der ausgeatmeten Luft in den Eingangskanal 17 und von diesem aus in den Strömungsraum 18, wobei die in diesem Strömungsraum 18 vorgesehene Heizung 19 dazu dient, eine Kondenswasserbildung zu verhindern, die die Volumenbestimmung negativ beeinflussen würde. Hierbei hält die Heizeinrichtung 19 den Strömungsraum 18 auf einer Temperatur über der Außentemperatur.

Die in den Strömungsraum 18 eingeleitete Luft strömt über den temperaturabhängigen Widerstand 20, der dadurch abgekühlt wird, wobei aus der Temperaturänderung mit Hilfe der Volumenmeßeinrichtung 21 die ausgeatmete Volumenmenge bestimmt wird.

Da es zur Erreichung exakter Meßergebnisse erforderlich ist, im Endstadium des Ausatmens tiefe Lungenluft der Einrichtung zur Bestimmung des Gasanteiles zuzuführen, liegt das zu vermessende Volumen erst im Endstadium des Ausatmens im Staubereich vor, was durch die Volumenmeßeinrichtung 21 bestimmt wird. Diese gibt ein Ausgangssignal aus, das das Eingangssignal SE der Steuereinrichtung 22 ist, die wiederum ein Steuersignal SA ableitet. Dieses Steuersignal SA wird unmittelbar an die Wicklungen 13 des Elektromagneten des Hybridmagneten 9 angelegt, der somit betätigt wird. Dadurch wird wiederum das verschiebbare Element 5 aus seiner in Fig. 1 dargestellten Endlage gegen die Kraft des Federgliedes 15 in den Hybridmagneten hinein angezogen. Dies hebt die Membran 16 an, was eine Saugwirkung ergibt. Im Zuge des Anhebens der Membran 16 wird gleichzeitig das Verbindungsrohr 6 geöffnet, so daß das im Endstadium des Ausatmens im Staubereich vorliegende zu vermessende Volumen in die Probekammer 7 eingeleitet wird, und dabei die Einrichtung zur Bestimmung des Gasbestandteiles, wie beispielsweise die Brennstoffzelle, überströmt. Diese ermittelt den Gasbestandteil, der über die in Fig. 1 nicht näher dargestellten Anzeigeeinheiten am Nachweisgerät angezeigt wird.

Bei der Bestimmung des Gasbestandteiles wird das verschiebbare Element 5 durch den Permanentmagneten 11 in seiner zweiten Endlage (Saugstellung) gegen die Kraft des Federelementes 15 festgehalten.

Dies ergibt den Vorteil, daß der Elektromagnet klein dimen­ sioniert werden kann, und daß ein impulsförmiges Signal zur Betätigung verwendet werden kann. Somit werden die Abmessungen der Gesamtanordnung minimiert und es wird ein Überhitzen verhindert.

Nach Beendigung der Messung drückt das Federglied 15 und der durch ein invertiertes Signal mit einem umgepolten Strom gespeiste Elektromagnet das verschiebbare Element wieder in seine zweite Endlage.

Damit der große Anteil der anfänglich ausgeatmeten Luft, die nicht für eine genaue Messung geeignet ist, nicht in den Meßbereich der Meßkammer 7 gelangt, ist der Strömungsraum 18 mit der Umgebung verbunden, so daß nach Überströmen des temperaturabhängigen Widerstandes 20 diese ausgeatmete Luftmenge aus dem Gerät heraus geführt wird.

Damit theoretisch mögliche Meßverfälschungen auf praktisch vernachlässigbare Werte reduziert werden, ist das Volumen des Verbindungsrohres 6 gegenüber dem gestauten Volumen im Blasrohr klein, so daß nur eine geringfügige Vermischung mit anfänglich ausgeatmeter Luft mit der letztendlich zu vermessenden Luftmenge erfolgt, die erst am Ende des Ausatemvorganges im Staubereich vorliegt. Wie Testergebnisse zeigten, liegt die Verfälschung durch die genannte Vermischung außerhalb des Anzeigebereiches, so daß praktisch keine Beeinflussung des Testergebnisses erfolgt. Jegliche Vermischung kann natürlich verhindert werden, wenn das Verbindungsrohr in seinem Mündungsbereich in das Blasrohr durch eine öffenbare Verschlußeinrichtung zu Anfang des Ausatmens geschlossen ist.

Zu den besonderen Vorteilen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung 1 zählt, daß diese von Fertigungstoleranzen der Zuleitungsrohre und sonstiger Teile weitgehend unabhängig ist, da die Ansaugung durch Steuerung mittels der Steuereinrichtung 22 erfolgt, die mit der Volumenmeßein­ richtung 21 verbunden ist.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Blasrohres 2′ dargestellt, das an seinen Enden 3′ und 4′ ebenfalls offen ist, dessen Drosselstelle 23′ jedoch zwischen dem Verbindungsrohr 6′ und dem Eingangskanal 17′ angeordnet ist. Hierbei ist die Anordnung des Verbindungsrohres 6′ so gewählt, daß dieses eine Probennahme im drucklosen Bereich ergibt, was generell dazu geeignet ist, Meßverfälschungen zu verhindern, da die dem Meßsensor bzw. der Brennstoffzelle zuzuführende Probe ohne Druck vorliegt. Es ist jedoch dabei zu beachten, daß das drucklose Volumen des Blasrohres 2′ so groß ausgelegt wird, daß keine Vermischung mit der Umgebungsluft durch das Ausströmende 4′ hindurch erfolgt. Das Blasrohr 2′ kann ansonsten in der gleichen Art und Weise wie das Blasrohr 2 mit der Probenahmevorrichtung 1 verwendet werden. Aufgrund der Anordnung des Verbindungsrohres 6′ und des Eingangskanales 17′ zu beiden Seiten der Drossel 23′ ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kein Rohr-Im-Rohr-System vorgesehen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß auch eine nebeneinanderliegende Anordnung des Eingangskanals 17 und des Verbindungsrohres 6 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, also vor der Drosselstelle 23, möglich ist.

In den Fig. 3 und 4 ist die Membran 16 im Detail dargestellt, die bei der Probenahmevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 verwendet werden kann. Die Draufsicht der Fig. 3 zeigt hierbei, daß die Membran kreisrund ist und einen umfangsseitigen Ringbereich 24 aufweist, in dem eine Durchgangsausnehmung 25 vorgesehen ist. An den Ringbereich 24 schließt sich ein aus dessen Ebene versetzter Mittelbereich 26 an, der wiederum einstückig mit einem zentrisch angeordneten kurzen Haltestutzen 27 verbunden ist. Hieraus ergibt sich die im einzelnen aus Fig. 4 ersichtliche topfförmige Profilierung der Membran 16. Diese ergibt den Vorteil, daß der Mittelbereich 26 bei Druckausübung in Richtung auf die Ebene des Ringbereiches 24 einen in Fig. 1 sichtbaren Wulst bildet, der sich beispielsweise über einen entsprechenden Ringwulst des Gehäuses der Brennstoffzelle legt, so daß eine dichtende Anlage ohne die Gefahr eines Abhebens bei Aufbringen eines Klemmdruckes auf die Membran 16 an der entsprechenden Wandung des Gehäuses der Brennstoffzelle möglich ist. Dies ergibt wiederum den Vorteil, daß die Reduzierung des Volumens des Saugraumes in der in Fig. 1 dargestellten Stellung des verschiebbaren Elementes auf den Wert Null mit der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Membran 16 sehr genau möglich ist. Als Material für die Membran 16 sind gummielastische Werkstoffe geeignet.

In den Fig. 5 und 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform des beweglichen Elementes 5 dargestellt. Dieses weist im einzelnen einen zylinderförmigen Führungsteil 28 auf, der vorzugsweise einstückig mit einer abgesetzten Druckplatte 29 versehen ist. Wie die Darstellung der Fig. 6 verdeutlicht, ist die abgesetzte Druckplatte 29 mit einem unteren Ringbereich 30 größeren Durchmessers und einem sich daran anschließenden dickeren Anlagebereich 31 versehen, dessen Durchmesser geringer ist als derjenige des Ringbereiches 30.

Fig. 5 zeigt, daß das Führungsteil 28 eine zentrische Ausnehmung 32 aufweist, in der eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Buchse 33 angeordnet ist. Wie Fig. 5 ferner zeigt, ist an der Unterseite der abgesetzten Druckplatte 29 eine Kontaktstelle 34 mit einem Anschlußdraht 35 angebracht, die als Endschalter mit dem elektrisch leitenden Material des Gehäuses 10 des Hybridmagneten 9 zusammenwirkt, wenn das verschiebbare Element 5 in seine durch den Elektromagneten angezogene zweite Endlage zum Ansaugen einer Probe in das Gehäuse 10 angezogen worden ist. Aufgrund des Vorsehens des Endschalters, ist bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 die isolierende Buchse 33 im Führungsteil 28 angeordnet, die jedoch nur dann erforderlich ist, wenn ein Federglied 15 aus elektrisch leitfähigem Material verwendet wird, da es ansonsten zu einem Kurzschluß käme. Es ist jedoch auch möglich, anstatt der isolierenden Buchse 33 ein Federglied 15 zu verwenden, das elektrisch nicht leitfähig ist, wie beispielsweise ein kunststoffbeschichtetes Federglied oder ein Federglied, das vollständig aus nichtleitendem Material besteht.

Aus Fig. 6 ist ferner die Anordnung eines Stopfens 37 ersichtlich, der in eine Ausnehmung durch die Druckplatte 29 in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung im Führungsteil 28 eingefügt werden kann. Dieser Stopfen 37 dient dazu, den Anschlußstutzen 27 der Membran 16 auf der Druckplatte 29 des verschiebbaren Elementes 5 durch Bildung einer Preßverbindung festzulegen.

Zur Ausbildung des verschiebbaren Elementes gemäß den Fig. 5 und 6 ist noch zu sagen, daß das Führungsteil 28 und die Druckplatte 29 entweder einstückig miteinander verbunden sein können, oder separate Teile bilden können, die durch geeignete Mittel miteinander zu verbinden sind. Als Material für die Druckplatte 29 und das Führungsteil 28 ist elektrisch leitendes Material vorgesehen, während der Stopfen 37 vorzugsweise aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.

In den Fig. 7 und 8 sind bis auf das in den Fig. 5 und 6 dargestellte verschiebbare Element 5 die sonstigen Teile des Hybridmagneten 9 dargestellt, der bereits in Fig. 1 in seinen Grundelementen beschrieben wurde. Die Fig. 7 und 8 geben eine Ausführungsform in annähernd den Abmessungen wieder, die bei einer praktisch ausgeführten Variante verwirklicht sind. Da jedoch das grundlegende Prinzip auch bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 und 8 verwendet ist, werden die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.

Somit ist insbesondere aus der Schnittdarstellung der Fig. 8 ersichtlich, daß das Gehäuse 10 topfförmig ausgebildet ist und gemäß Fig. 7 eine kreiszylindrische Wand aufweist. Das Gehäuse 10 besteht aus elektrisch leitendem Material und weist eine Aufnahmeausnehmung 36 auf, in die das aus ebenfalls elektrisch leitfähigem Material bestehende Einsatzteil 12 eingesetzt ist. Dieses ist innerhalb der Ausnehmung 36 vorzugsweise durch eine Preßpassung gehalten. Das Einsatzteil 12 ist als Ringkanal ausgebildet, und seine Konfiguration kann im einzelnen der Fig. 8 entnommen werden. Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß die Wicklungen 13 innerhalb der ringförmigen Ausnehmung des Einsatzteiles 12 angeordnet sind, wobei die aus dem Gehäuse 10 herausführenden elektrischen Anschlußleitungen 37 der Wicklungen 13 ebenfalls angedeutet sind. Die zentrisch angeordnete Aufnahmeausnehmung 14 des Einsatzteiles 12 ist mit einer Gleitbeschichtung 38 versehen, die elektrisch isolierend wirkt und gleichzeitig als Schmiermittel für das verschiebbare Element 5 dient. Im Inneren des Gehäuses 10 schließt sich an die Ausnehmung 14 der Permanentmagnet 11 an. Dieser legt das verschiebbare Element 5 in seiner in das Gehäuse 10 verschobenen Endlage gegen die Kraft des Federelementes 15 fest. Der Permanentmagnet 11 weist eine flache Ausbuchtung 39 auf, in der sich ein Ende des Federgliedes 15 abstützen kann.

Die Unteransicht der Fig. 7 zeigt ferner eine flache Nut 40, die radial von der Ausnehmung 14 in den Umfangsbereich des Gehäuses 10 verläuft. Diese Nut 40 dient zur Hindurchführung der Anschlußdrähte des verschiebbaren Elementes 5. Im Endbereich der Nut 40 ist eine Kontaktstelle 41 vorgesehen, die mit einem Draht 42 in Kontakt steht, der an das Gehäuse 10 angeschlossen ist. Diese Kontaktstelle 41 bzw. der mit ihr verbundene Draht 42 bilden zusammen mit der Kontaktstelle 34 und dem Anschlußdraht 35 des verschiebbaren Elementes 5 den Endschalter des Hybridmagneten 9.

In den Fig. 9 bis 11 ist eine Ausführungsform eines Gehäuses 43 dargestellt, in dem die in Fig. 1 schematisch angedeutete Brennstoffzelle 8 angeordnet ist. Wie die Fig. 9 bis 10 zeigen, weist das Gehäuse 43 eine Halteplatte 44 auf, die mit vier Bohrungen versehen ist, durch die geeignete Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, hindurchgeführt werden können, um das Gehäuse 43 an einem entsprechenden Gehäusebereich des Gerätes zur Bestimmung des Gasbestandteiles zu befestigen.

Die Seite des Gehäuses 43, auf der die Membran 16 aufliegt, bzw. von der die Membran 16 beim Anziehen des verschiebbaren Elementes 5 in das Gehäuse 10 des Hybridmagneten 9 abgehoben wird, ist mit einem äußeren ringförmigen Auflagebereich 45 versehen, auf den der äußere Ringbereich 24 der Membran 16 aufgelegt wird. Entsprechend der Anordnung der Ausnehmung 25 des Ringbereiches 24 der Membran 16 weist dieser Auflagebereich 45 des Gehäuses 43 ebenfalls eine Ausnehmung 46 auf, die in die Meßkammer 7 führt, die in Fig. 1 schema­ tisch angedeutet ist. Mit geringerem Durchmesser schließt sich an den Auflagebereich ein ringförmiger Wulst 47 an, so daß ein in Fig. 11 sichtbarer kreisförmiger Wandbereich 48 gebildet wird, auf den der Mittelbereich 26 der Membran 16 durch die Druckplatte 29 des verschiebbaren Elementes gedrückt wird. In dieser Stellung nimmt der zwischen dem Bereich 48 und dem Ringbereich 26 liegende Raum das Volumen Null ein. Die Druckplatte 29 ist in ihrer abgesetzten Form und Dimension natürlich an den Bereich 48 des Gehäuses 43 angepaßt.

Durch die tropfförmige Ausbildung der Membran 16 wird beim Herabdrücken des Mittelbereiches 26 derselben kein Abheben und ein damit einhergehendes Undichtwerden provoziert.

Innerhalb des Wandbereiches 48 ist ferner eine Saugöffnung 49 angeordnet, die mit der Probekammer 7 in Strömungsver­ bindung steht, so daß beim Abheben der Membran 16 ein Ansaugen der Ausatemluft aus dem Verbindungsrohr 6 über entsprechende Verbindungskanäle, die mit der Ausnehmung 25 der Membran 16 und der mit dieser im Montagezustand fluchtenden Ausnehmung 46, der Meßkammer 7 und der Ansaugöffnung 49 in Verbindung stehen, möglich ist. Nach Durchführung der Messung wird in umgekehrter Richtung das eingesaugte Volumen wieder ausgestoßen.

Wie die Fig. 10 und 11 zeigen, weist das Gehäuse 43 einen zentrisch auf der Wandfläche 48 angeordneten Stift 50 auf, der im in Fig. 1 dargestellten Zustand des verschiebbaren Elementes 5 mit einer zentrischen Ausnehmung des Stopfens 37 zur Zentrierung des verschiebbaren Elementes 5 zusammenwirkt.

In den Fig. 12 und 13 ist ein Lagerelement 50 dargestellt, in dem zum einen der Hybridmagnet 9 und zum anderen die Brennstoffzelle mit ihrem Gehäuse 43 zur Lagerung im Gerät angebracht werden können.

Das Lagerelement 50 weist einen Lagerbock 51 auf, der mit einer Ausnehmung 52 versehen ist, die in ihrer Abmessung dem Randbereich 45 und dem Ringwulst 47 des Gehäuses 43 der Brennstoffzelle 8 angepaßt ist. In die Ausnehmung 52 wird mithin das Gehäuse 43 in der zuvor genannten Ausrichtung eingesetzt, wobei die Membran 16 zwischen das Gehäuse 43 und den Lagerbock 51 eingebracht wird, so daß sie durch einen Klemmsitz festgelegt ist.

Die Ausnehmung 52 weist einen ringförmigen Auflagebereich 53 auf, dessen Oberfläche in eine Ausnehmung 54 mündet, die über einen im Lagerbock 51 verlaufenden Verbindungskanal 55 mit einer Außenfläche 56 des Lagerbockes 51 verbunden ist. In dieser Außenfläche 56 ist ein Kanal 57 angeordnet, der bei dieser Ausführungsform den Strömungsraum 18 bildet, der in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Der Kanal 57 ist wannenförmig ausgebildet und wird mit Hilfe eines Deckels 58 im Endmontagezustand verschlossen. Der Deckel 58 weist einen Anschlußstutzen 59 auf, an den das Blasrohr 2 bzw. 2′ angeschlossen werden kann. Mithin ist der Anschlußstutzen 59 mit einem Rohrabschnitt 60 des Verbindungsrohres 6 versehen, der sich im montierten Zustand des Deckels 58 im Verbindungskanal 55 fortsetzt. Bei dieser Ausführungsform ist mithin das Verbindungsrohr 6 durch die Rohrabschnitte 60 und 55 und die Ausnehmung 54 gebildet.

Der Anschlußstutzen 59 weist ferner eine in Fig. 13 sichtbare Durchgangsausnehmung 61 auf, die im Kanal 57 mündet und mithin den Eingangskanal 17 gemäß der schematischen Erläuterungen der Fig. 1 darstellt.

Ferner ist aus den Fig. 12 und 13 ersichtlich, daß im Kanal 57 der temperaturabhängige Widerstand 20 an dem dem Stutzen 59 gegenüberliegenden Ende des Kanals 57 angeordnet ist.

Der Deckel 58 weist ferner einen Auslaß 62 auf, der an dem dem Stutzen 59 gegenüberliegenden Ende des Deckels 58 angeordnet ist und mit dem Strömungskanal 57 in Verbindung steht, und aus dem der Großteil der ausgeatmeten Luft nach Überstreichen des Widerstandes 20 in die Atmosphäre austritt. Wird das Blasrohr 2 der schematischen Darstellung der Probenahmevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 an den Stutzen 59 angeschlossen, wird die ausgeatmete Luft zunächst über die Durchgangsausnehmung 61 bei niedergedrückter Membran 16 in den Kanal 57 eingeleitet, indem sie den Widerstand 20 zur Bestimmung des ausgeatmeten Volumens überstreicht und aus dem Auslaß 62 wieder austritt.

Ist die erforderliche Volumenmenge ausgeatmet worden, so daß tiefe Lungenluft im Stauraum des Blasrohres 2 bzw. 2′ vorliegt, wird der Elektromagnet betätigt und das verschiebbare Element 5 angehoben, so daß die zu vermessende Luftprobe über die Kanalabschnitte 60, 55 zur Ausnehmung 54 geleitet wird, die fluchtend zur Ausnehmung 25 in der Membran 16 angeordnet ist. Die Ausnehmung 25 der Membran fluchtet wiederum mit der Ausnehmung 46 des Gehäuses 43 der Brennstoffzelle 8, so daß über diese Öffnung 46 die Luftprobe aufgrund der Saugwirkung in die Meßkammer geleitet wird, in der die Analyse vorgenommen wird.

Das Lagerelement 50 weist ferner einen in den Fig. 12 und 13 nicht näher sichtbaren unterhalb der Ausnehmung 52 befindlichen Aufnahmeabschnitt für den Hybridmagneten 9 auf, der in seinen Abmessungen und seiner Form beispielsweise an das Gehäuse 10 des Hybridmagneten angepaßt werden kann, der in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist.

Vorzugsweise besteht das Lagerelement 50 aus Kunststoff.

Obwohl voranstehend eine Membran im Zusammenhang mit dem Kern eines Zweistellungsmagneten zum Hindurchsaugen des zu vermessenden Gases durch die Meßkammer beschrieben worden ist, ist es generell auch denkbar, einen Kolben in einem Raum oberhalb der Meßkammer, der sowohl gegenüber dem Ge­ häuse mittels eines Kolbenringes als auch gegenüber dem Hybridmagneten mittels einer weitern Dichteinrichtung ab­ gedichtet ist. Mit anderen Worten würde dies bedeuten, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 1 dann dahingehend abge­ wandelt würde, daß der die Meßkammer 7 beinhaltende Ge­ häusebereich unter Abdichtung mit dem Gehäuseteil 10 verbunden werden würde, und der Kern 5 an seiner Stirnseite mit einer abdichtenden Beschichtung anstatt der Membran zu versehen wäre. Der Kern 5 müßte dann zur Erzeugung der er­ forderlichen Saugwirkung mittels eines Kolbenringes gegen­ über der Laufbuchse abgedichtet werden.

Unabhängig von diesen Ausführungsvarianten wird beim Betrieb der erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung mit der ersten Steuergröße in Form des minimal erforderlichen Volumen­ stromschwellwertes überprüft, daß ein normaler Aus­ atemvorgang durchgeführt wird, damit Meßverfälschungen le­ diglich durch ein Hauchen oder schwaches Blasen vermieden werden können. Es muß mit anderen Worten eine gewisse Mindestschwelle überschritten werden, damit überhaupt die Durchführung einer korrekten Messung ermöglicht wird.

Durch die zweite Steuergröße in Form des einstellbaren Vo­ lumenschwellwertes wird das für die Messung notwendige Vo­ lumen ermittelt, was einen Bereich des zur Messung zu ver­ wendenden tiefen Lungenvolumens bedeutet.

Die dritte Steuergröße in Form des zweiten einstellbaren Vo­ lumenstromschwellwertes, der sich von dem ersten Volumen­ schwellwert unterscheiden kann, wird ermittelt, damit nochmal sichergestellt werden kann, daß nach Über- bzw. Unterschreiten dieses Schwellwertes die Messung sicher im richtigen Meßbereichvolumen der tiefen Lungenluft liegt.

Claims (20)

1. Probenahmevorrichtung (1) für ein Gerät zum Nachweis eines Bestandteiles in Gas, insbesondere von Alkohol in der Ausatemluft,
mit einem Blasrohr (2; 2′), das an beiden Enden (3, 4; 3′, 4′) offen ist: und
mit einem verschiebbaren Element (5), das dazu dient, eine Gasprobe aus dem Blasrohr (2; 2′) über ein Verbindungsrohr (6; 60, 55, 54) in eine Meßkammer (7) zu ziehen, die eine Einrichtung (8) zum Nachweis des Bestandteiles enthält, wobei das verschiebbare Element (5) eine Ruhestellung und eine Saugstellung aufweist; dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuereinrichtung (22) das verschiebbare Element (5) durch das Anlegen von Steuerimpulsen (SA) betätigt, die die Ausgangssignale der Steuereinrichtung (22) sind, deren Eingangssignale (SE) von einer Volumenmeßeinrichtung (21) angelegt werden, die aus dem Volumenstrom eines die Volumenmeßeinrichtung (21) durch­ strömenden Gasanteiles zunächst einen einstellbaren minimal erforderlichen Volumenstromschwellwert als eine erste Steuergröße, danach einen einstellbaren Volumenschwellwert als eine zweite Steuergröße und zeitlich darauffolgend oder frühestens gleichzeitig einen zweiten einstellbaren Volumenstromschwellwert als eine dritte Steuergröße ermittelt,
daß die Steuereinrichtung (22) das Vorliegen der beiden Schwellwerte ermittelt und darauf ein erstes impulsförmiges Steuersignal (SA) erzeugt, mittels dessen die Verstellung des verschiebbaren Elementes (5) von seiner Ruhestellung in seine Saugstellung bewirkt wird,
daß die Steuereinrichtung (22) nach Durchführung der Gasanalyse ein zweites impulsförmiges invertiertes Steuersignal (SA) erzeugt, mittels dessen die Rückstellung des verschiebbaren Elementes (5) in seine Ruhestellung bewirkt wird.

2. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das invertierte Steuersignal (SA) in Abhängigkeit vom Vorliegen eines als korrekt erkannten Analysewertes erzeugt wird.

3. Probenahmenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (5) der Kern eines Zweistellungsmagneten (9) ist.

4. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweistellungsmagnet (9) zum Halten des Kerns (5) in seinen Endlagen ein Federglied (15) und einen Permanentmagnet (11) aufweist.

5. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweistellungsmagnet (9) zum Halten zwei Permanentmagneten (11) aufweist.

6. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (5) mit einer Membran (16) zum Hindurchsaugen des zu vermessenden Gases durch die Meßkammer (7) verbunden ist.

7. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) im entspannten Zustand ein insbesondere topfförmiges Profil aufweist.

8. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) am verschiebbaren Element bzw. Kern (5) festgeklemmt ist.

9. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (5) in einer mit einer reibungsarmen Schicht (38) versehenen Ausnehmung (14) im Zweistellungsmagneten (9) geführt ist.

10. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) die Versorgung der Wicklungen (13) des Elektromagneten des Zweistellungsmagneten (9) mit Strom bewirkt.

11. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasrohr (2) am dem Einblasende (3) gegenüberliegenden Ende (4) eine Drossel (23) aufweist.

12. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (22′) zwischen den Enden (3′, 4′) angeordnet ist, und daß das Verbindungsrohr (6; 60, 55, 54) im drucklosen Bereich der Drossel (23) mit dem Blasrohr (2′) in Verbindung steht.

13. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Eingangskanal (17; 17′; 61) verbundener Strömungsraum (18; 57) mit einer Heizeinrichtung (19; 19′) versehen ist.

14. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweistellungsmagnet (9) einen Endschalter aufweist.

15. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (6; 6′; 60, 55, 54) ein gegenüber dem zu vermessenden Volumen kleines Volumen aufweist.

16. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (6; 60, 55, 54) mit einer öffenbaren Verschlußeinrichtung versehen ist, die das Verbindungsrohr (6; 60, 55, 54) vorzugsweise an der Mündungsstelle zum Blasrohr (2; 2′) schließt.

17. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung von der Membran (16) zugebildet ist.

18. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (6) und der Einlaßkanal (17) ein Rohr-Im-Rohr-System bilden.

19. Probenahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (15) zwischen dem verschiebbaren Element (5) und dem Permanentmagneten (11) angeordnet ist.

20. Probenahmevorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (5) mit einer elektrisch isolierenden Buchse (33) versehen ist, die in einer Ausnehmung (32) des verschiebbaren Elementes angeordnet ist, und die ein Ende des Federgliedes (15) aufnimmt, falls dieses aus elektrisch leitendem Material besteht.