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Die
vorliegende Erfindung ist ein bidirektionales Ventil zur Benutzung
in einer Luftregulierungsvorrichtung. Insbesondere verhindert das
Ventil, dass übermäßige Luftmengen
zu einem Hilfsgerät
strömen,
und verhindert, dass Luft aus dem Hilfsgerät die Luftversorgungsleitung
eines Atemgeräts
betritt.
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Auf
den Märkten
der Lackierung und der Autogestelle wird ein Atemgerät von einem
Anlagenbediener zum Schutz vor schädlichen Dämpfen und Kontaminanten benutzt.
Gleichzeitig wird Luft zu pneumatischen Hilfsgeräten geleitet. Derzeit trägt ein Benutzer
während
der Arbeit zwei Luftleitungsschläuche
bei sich, einen, der das Hilfsgerät mit Luft versorgt, und einen,
der das Atemgerät
mit Luft versorgt. Die Benutzung von zwei Luftversorgungsleitungen
ist für
den Benutzer beschwerlich, da sich die Luftleitungsschläuche mit
Objekten im Arbeitsbereich wie einer Lackierkabine oder untereinander
verwickeln können.
Den Überblick über die
Vielzahl von Luftleitungen zu halten, vermindert die Produktivität der Arbeiter
und ist dahingehend besorgniserregend, dass eine frische Lackierung
ruiniert werden kann, wenn die Luftversorgungsleitungen gegen die
frisch lackierte Oberfläche
stoßen,
sich dagegen schlängeln
oder scheuern. Um dieses Problem zu entschärfen, haben Lackierer versucht,
die zwei Luftleitungsschläuche
zusammenzukleben. Dennoch schlängeln und
verknoten sich die zwei Luftleitungen während der Benutzung noch immer.
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In
der Regel wird eine Luftregulierungsvorrichtung benutzt, um den
Strom und den Druck von Atemluft in dem Atemgerät eines Benutzers zu regulieren.
In einigen Fällen
kann die Luftregulierungsvorrichtung benutzt werden, um ein pneumatisches Hilfsgerät mit zusätzlicher
Luft zu versorgen (siehe zum Beispiel
US
5,724,963 ). Hersteller von Atemgeräten haben mit dem Nationalen
Institut für
Sicherheit am Arbeitsplatz (National Institute for Occupational Safety
and Health = NIOSH) zusammengearbeitet, um ein System mit einer
einzigen Luftleitung zu entwickeln und zu genehmigen, das dem Atemgerät eines
Benutzers und auch einem pneumatischen Hilfsgerät Luft bereitstellt. Jedoch
ist keine in die Praxis umsetzbare Luftregulierungsvorrichtung entwickelt worden,
welche dem Benutzer Atemluft bereitstellt und dem Hilfsgerät zusätzliche
Luft liefert. Das NIOSH ist besorgt darüber, dass solch eine Regulierungsvorrichtung
für den
Benutzer des Atemgeräts möglicherweise
einen Luftmangel bewirkt und dass solche eine Vorrichtung einen
potenziellen Rückfluss von
Kontaminanten aus dem Hilfsgerät
in den Luftstrom des Benutzers ermöglicht.
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Folglich
besteht ein Bedarf an einer Luftregulierungsvorrichtung, welche
verhindert, dass unerwünschte
Kontaminanten aus dem Hilfsgerät
in die Atemluft gelangen, und gewährleistet, dass ein übermäßiger Luftstrom
zu dem Hilfsgerät
dem Benutzer des Atemgeräts
keine Atemluft entzieht.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Atemschutzschaltung
der Art, in welcher ein Luftstromregulator in einem Luftströmungspfad
zwischen einer Luftversorgung und einem Atemgerät angeordnet ist. Die Atemschutzschaltung
weist einen Luftstromteiler und ein bidirektionales Ventil auf.
Der Luftstromteiler ist in dem Luftströmungspfad stromaufwärts des
Luftstromregulators angeordnet und teilt den Luftströmungspfad
in einen ersten und einen zweiten stromabwärts gerichteten Strömungspfad auf,
wobei der erste stromabwärts
gerichtete Strömungspfad
zu dem Atemgerät
führt.
Das bidirektionale Ventil ist in dem zweiten stromabwärts gerichteten
Strömungspfad
angeordnet, verhindert einen übermäßigen stromabwärts gerichteten
Luftstrom dadurch und verhindert einen stromaufwärts gerichteten Luftstrom dadurch.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Figuren
näher erläutert, wobei
in den mehreren Ansichten eine ähnliche
Struktur mit ähnlichen
Bezugszeichen gekennzeichnet ist.
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1 ist
ein Aufriss eines Atemschutzsystems, das eine Luftregulierungsvorrichtung
aufweist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Luftregulierungsvorrichtung
aus 1, die ein bidirektionales Ventil darin darstellt.
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des Ventils, der einen Kolben des Ventils in einer
ersten Position darstellt.
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des Ventils, der einen Kolben des Ventils in einer
zweiten Position darstellt.
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des Ventils, der einen Kolben des Ventils in einer
dritten Position darstellt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 4.
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7 ist
ein Aufriss einer weiteren Ausführungsform
eines Atemschutzsystems.
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8 ist
ein Aufriss einer weiteren Ausführungsform
eines Atemschutzsystems.
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9 ist
eine schematische Darstellung einer wei teren Ausführungsform
eines Atemschutzsystems.
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Wenngleich
die oben genannten Zeichnungsfiguren eine Ausführungsform der Erfindung beschreiben,
werden auch andere Ausführungsformen
berücksichtigt,
wie in der Beschreibung erwähnt.
In allen Fällen
präsentiert
diese Offenbarung die vorliegende Erfindung darstellend und nicht
einschränkend.
Man muss verstehen, dass ein Fachmann zahlreiche andere Modifikationen
und Ausführungsformen
entwickeln kann, die innerhalb des Schutzbereichs und der Wesensart
der Prinzipien dieser Erfindung fallen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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1 ist
ein Aufriss einer Luftregulierungsvorrichtung 10, die in
einem Atemschutzsystem 100 enthalten ist. Die Luftregulierungsvorrichtung 10 reguliert
den Strom und den Druck von Atemluft zu dem Atemgerät eines
Benutzers. Das Atemschutzsystem 100 definiert eine Luftstromschaltung,
bei der die Luftregulierungsvorrichtung 10 in einem Luftströmungspfad
zwischen einer Luftversorgung 13 und einem Atemgerät 15 angeordnet
ist. Die Luftregulierungsvorrichtung 10 bewahrt bei einem
breiten Spektrum von Eingangsdrücken
für den
Benutzer einen gleichmäßigen Ausgangsstrom
und weist in der Regel einen Knopf 10a auf, der benutzt
wird, um den gewünschten
Luftstrom auf das Atemgerät 15 einzustellen.
Die Luftregulierungsvorrichtung 10 kann auch ein Luftdruck-
oder Luftstrommessgerät 10b aufweisen,
um dem Benutzer eine visuelle Anzeige des Luftdrucks- oder Stroms
bereitzustellen. Neben der Bereitstellung eines gleichmäßigen Stroms
für den Benutzer
weist die Luftregulierungsvorrichtung 10 in einer Ausführungsform
ein integriertes bidirektionales Ventil 11 (dargestellt
in 2) auf. Das Ventil 11 ist dazu fähig, die
Zuführung übermäßiger Ausgangsluftmengen
zu einem Lufthilfsgerät
zu verhindern und den Luftrückstrom
aus dem Lufthilfsgerät
zu der Luftversorgung 13 und insbeson dere zu dem Atemgerät 15 des
Benutzers zu verhindern.
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In
der Ausführungsform
aus 1 weist die Luftregulierungsvorrichtung 10 drei Öffnungen
(12, 14, 16) zum Leiten eines Luftstroms
in und aus der Vorrichtung 10 auf. Die drei Öffnungen
weisen einen Einlass 12 und den ersten und den zweiten
Auslass 14, 16 auf. Ein Ende einer Luftversorgungsleitung 12a ist
an dem Einlass 12 der Luftregulierungsvorrichtung 10 befestigt,
um der Vorrichtung 10 Luft aus der Luftquelle 13 bereitzustellen.
Das Atemgerät 15 ist
an dem ersten Auslass 14 durch die Luftleitung 14a und
ein Lufthilfsgerät 17 wie
ein pneumatisches Werkzeug oder Lacksprühgerät befestigt und an dem zweiten
Auslass 16 durch die Luftleitung 16a befestigt.
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Aus
der Luftversorgungsleitung 12a zugeleitete Luft wird durch
die Luftregulierungsvorrichtung 10 entweder zu dem Atemgerät 15 oder
dem Lufthilfsgerät 17 verteilt.
Ein Luftstromteiler 18 ist innerhalb der Luftregulierungsvorrichtung 10 angeordnet, wobei
der Teiler einen Luftleitungsverteiler definiert, welcher den Einlass 12,
den ersten Auslass 14 und den zweiten Auslass 16 miteinander
verbindet. Luft aus der Luftversorgungsleitung 12a betritt
die Luftregulierungsvorrichtung 10 durch den Einlass 12 und geht
durch einen ersten Durchgang 19 zu einem zentralen Abschnitt 20 des
Teilers 18, bevor sie zu dem Atemgerät 15 oder dem Lufthilfsgerät 17 verteilt
wird. Ein zweiter Durchgang 22 verläuft zwischen dem zentralen
Abschnitt 20 und dem ersten Auslass 14 und ein
dritter Durchgang 24 verläuft zwischen dem zentralen
Abschnitt 20 und dem zweiten Auslass 16. Sowohl
der zweite als auch der dritte Durchgang 22 und 24 definieren
stromabwärts
gerichtete Luftströmungspfade,
wobei der Luftteiler 18 den Luftströmungspfad in den ersten stromabwärts gerichteten Strömungspfad 22 und
den zweiten stromabwärts gerichteten
Strömungspfad 24 aufteilt.
Der Luftstrom durch den zweiten Durchgang 22 ist durch
Manipulation des Knopfes 10a benutzergesteuert und kann durch
das Messgerät 10b überwacht
werden.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des bidirektionalen Ventils 11 der
Luftregulierungsvorrichtung 10 aus 1. Das Ventil
befindet sich in dem dritten Durchgang 24 (dem Durchgang,
der zu dem Luftauslass 16 führt, der durch die Luftleitung 16a mit dem
Lufthilfsgerät 17 verbunden
ist). Das Ventil 11 ermöglicht,
dass eine vorbestimmte Luftmenge stromabwärts in eine erste Richtung 28 aus
der Luftversorgungsleitung 12a zu dem Lufthilfsgerät 17 strömt. Das
Ventil 11 verhindert, dass eine übermäßige Luftmenge, die größer als
eine vorbestimmte Strömungsmenge
ist, aus der Luftversorgungsleitung 12a zu dem Lufthilfsgerät 17 in
die erste Richtung 28 strömt. Wenn die Luftleitung zu
dem Lufthilfsgerät 17 zum
Beispiel unterbrochen wird oder wenn das Gerät große Luftkapazitäten verbraucht,
fühlt das
Ventil 11 den erhöhten
Luftstrom und schließt
den Luftstrom zu dem zweiten Auslass 16 ab. Während der
Luftstrom zu dem Lufthilfsgerät 17 abgeschlossen
werden kann, wird folglich stets ein angemessener Luftstrom zu dem
Atemgerät 15 beibehalten.
Wenn der zweite Auslass 16 mit einer höheren Druckquelle als derjenigen
der Luftquelle 13 verbunden wird, fühlt das Ventil 11 das
Druckdifferential und schließt
den Luftströmungspfad
aus dem Lufthilfsgerät 17,
wodurch die Möglichkeit
eines stromaufwärts
gerichteten kontaminierenden Stroms (das heißt, Rückstroms) in das Atemgerät 15 aus
dem Lufthilfsgerät 17 beseitigt wird.
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Das
bidirektionale Ventil 11 bildet eine bewegliche Luftstromsperre
und besteht aus einer Ventilanordnung 32, die einen Ventilkörper 34 (dargestellt
in 3, 4 und 5), einen
O-Ring oder eine Dichtung 36, einen Ventilkolben 38,
eine Ventilfeder 40 und einen Ventilsitz 42 aufweist.
Der Ventilkörper 34 (der
aus Ventilkörperabschnitten 34a und 34b gebildet
ist) ist in dem stromabwärts
gerichteten Strömungspfad 24 angeordnet und
definiert eine Ventilkammer 44. Der Ventilkörper 34 weist
einen Einlass 46 und einen Auslass 48 auf und
definiert die Ventilkammer 44, welche zwischen dem Einlass 46 und
dem Auslass 48 verläuft.
Der Einlass 46 befindet sich in der Nähe eines ersten Endes 50 des
Durchgangs 24 benachbart zu einem zentralen Abschnitt 20 des
Teilers und der Auslass 48 des Ventilkörpers 34 befindet
sich bei einem zweiten Ende 52 des Durchgangs 24 in
der Nähe
des Luftauslasses 16 des Durchgangs 24.
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Der
O-Ring 36 ist in dem Ventilkörper 34 in der Nähe des Einlasses 46 radial
angeordnet. Ein ringförmiger
Sitz oder Nut 35, der oder die in einer Innenwand 37 des
Ventilkörpers 34 ausgebildet
ist, hält den
O-Ring 36 fest. Der Ventilsitz 42 ist in der Ventilkammer 44 zwischen
dem O-Ring 36 und dem Ventilkörperauslass 48 radial
angeordnet. Der Ventilsitz 42 weist eine radial verlaufende
Federauflagefläche 54 auf,
welche in die Ventilkammer 44 verläuft. Wie jedoch in 6 zu
sehen ist, weist die Federauflagefläche 54 mindestens
eine Öffnung 54a für den Luftstrom
von dem Einlass 46 zu dem Auslass 48 auf, wenn
das Ventil 11 offen ist. Eine Kolbenführung 55 verläuft von
der Federauflagefläche 54 zu
der Ventilkammer 44. Die Kolbenführung 55 und die Federauflagefläche 54 weisen
auch eine Öffnung 56 auf,
um den Kolben 38 zur Bewegung festzuhalten und auszurichten.
Der Ventilkolben 38 weist einen Kopf 58 und einen
Körper 60 auf.
Der Ventilkolben 38 ist in der Ventilkammer 44 verschiebbar
angeordnet, wobei der Kopf 58 zwischen dem O-Ring 36 und
dem Ventilsitz 42 angeordnet ist. Der Kolbenkopf 58 weist eine
Vorderfläche 62 auf,
welche zu dem O-Ring 36 zeigt, und eine Rückfläche 64,
welche zu dem Ventilsitz 42 und der Federauflagefläche 54 zeigt.
Auf seiner Vorderfläche 62 weist
der Kolbenkopf 58 einen konischen Flächenabschnitt 65 auf,
der zeitweise ausgerichtet ist, um den O-Ring 36 in Eingriff
zu bringen. Der Körper 60 ist
an der Rückfläche 64 des
Kopfes 58 befestigt und verläuft von dem Kopf 58 rückwärts zu dem Auslass 48 des
Ventilkörpers 34.
Die Öffnung 56 ist
im Allgemeinen zylindrisch und ist angepasst, um den Körper 60 des
Ventilkolbens 58 darin axial verschiebbar aufzunehmen.
Innerhalb der Luftregulierungsvorrichtung 10 ist ein erster
Bereich (Bereich A) vor dem Ventilkolben 38 (auf der stromaufwärts verlaufenden
Seite der Vorderfläche 62 des Kopfes 58)
ausgebildet und ein zweiter Bereich (Bereich B) ist hinter dem Ventilkolben 38 (auf
der stromabwärts
gerichteten Seite der Rückfläche 64 des Kopfes 58)
ausgebildet.
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Der
Ventilkolben 38 kann zwischen einer ersten Position, einer
zweiten Position und einer dritten Position innerhalb der Ventilkammer 44 bewegt
werden. Das Ventil 11, das in 2 dargestellt
ist, befindet sich in der ersten Position oder einer ersten geschlossenen
Position. Die Ventilfeder 40 ist zwischen der Rückfläche 64 des
Kolbenkopfes 58 und der Federauflagefläche 54 koaxial zu
der Kolbenführung 55 angeordnet.
Die Ventilfeder 40 spannt den Kolben 38 zu der
ersten Position vor. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
andere Vorrichtungen wie zum Beispiel ein elastisches Glied benutzt
werden, um das Ventil 11 zu der ersten Position vorzuspannen.
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des bidirektionalen Ventils 11 (oder Rückschlagventils), die den Ventilkolben 38 in
seiner ersten Position oder fast geschlossenen Position darstellt. Wenn
der Ventilkolben 38 in der ersten Position ist, arbeitet
das Ventil 11 in einem Rückschlagventilmodus, um zu
verhindern, dass Luft aus dem Lufthilfsgerät 17 in die Luftversorgung 14a des
Atemgeräts
des Benutzers eintritt. Bei einem Lufteinschluss oder wenn der Druck
in Bereich B größer ist
als der Druck der Luft, die in Bereich A zu der Luftregulierungsvorrichtung 10 geleitet
wird, strömt
Luft von dem Lufthilfsgerät 17 zu
dem Atemgerät 15.
Die Ventilfeder 40 spannt die Vorderfläche 62 des Kolbenkopfes 58 gegen
den O-Ring 36 vor, um eine Flu idströmungsdichtung zu schaffen.
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In
der ersten Position grenzt der konische Flächenabschnitt 65 der
Vorderfläche 62 des
Kolbenkopfes 58 an den O-Ring 36, um zu verhindern,
dass Luft stromaufwärts
von dem Auslass 48 zu dem Einlass 46 des Ventilkörpers 34 und
insbesondere von dem Lufthilfsgerät 17 zu der Luftversorgung 14a des Benutzers
strömt.
Die Ventilfeder 40 stellt eine vorbestimmte Kraft für den Ventilkolben 38 bereit,
welche den Kopf 58 gegen den O-Ring 36 drängt. Wenn der Druck in Bereich
B zunimmt, nimmt die stromaufwärts
gerichtete Kraft, welche den Ventilkolben 38 zu dem O-Ring 36 drängt, zu
und der O-Ring wird
weiter zusammengedrückt,
um eine dichtere Dichtung zwischen dem Kolbenkopf 58 und
dem O-Ring 36 als diejenige der Ventilfeder 40 allein
zu schaffen. Wenn das Ventil 11 als ein Rückschlagventil
arbeitet, ist es in einer Ausführungsform
derart gestaltet, dass eine Ausströmgeschwindigkeit unter Vakuum
von 15 ml/min bei 0,5 Inch von H2O auf der
stromabwärts
gerichteten Seite des Rückschlagventils
nicht überschreitet.
Ferner weist der Kolbenkopf 58 keinerlei Entlüftungslöcher auf,
welche zu der Ausströmgeschwindigkeit
beitragen würden,
wenn das Ventil 11 verschlossen ist.
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des bidirektionalen Ventils 11, die den Ventilkolben 38 in
seiner zweiten Position oder offenen Position darstellt. In der
zweiten Position „schwebt" der Kolbenkopf 58 innerhalb
der Ventilkammer 44 zwischen dem O-Ring 36 und dem Ventilsitz 42.
Zwischen den äußeren Abschnitten
des Kolbenkopfes 58 und der Innenwand 37 des Ventilkörpers 34 befindet
sich einer kreisförmiger
Freiraum 66, der ermöglicht,
dass Luft um den Kolbenkopf 58 strömt. Ein stromabwärts gerichteter
Luftstrom an dem Kopf 58 vorbei wird durch den konischen
Flächenabschnitt 65 der
Vorderfläche 62 des
Kopfes 58 ermöglicht.
Folglich strömt
Luft stromabwärts
durch die Ventilkammer 44 und die Öffnungen in der Federauflage fläche 54 von
dem Einlass 46 zu dem Auslass 48 des Ventilkörpers 34 zu
der Versorgungsluftleitung 16a zu dem Lufthilfsgerät 17.
Wenn sich das Ventil 11 in der zweiten Position befindet,
entspricht die stromabwärts
gerichtete Kraft, welche aufgrund des Drucks und des Luftaufpralls
auf den Kopf 58 und die Vorderfläche 62 (stromaufwärts gerichtete
Seite) des Kopfes 58 wirkt, der Kraft, welche aufgrund
der Federhebekraft und derjenigen, die durch Luftwirbel geschaffen
wird, auf die Rückfläche 64 (stromabwärts gerichtete
Seite) des Kopfes 58 wirkt.
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Während das
Ventil 11 einen Luftstrom ermöglicht, arbeitet es auch, um
einen übermäßigen stromabwärts gerichteten
Strom durch die Ventilkammer 44 zu beseitigen. Bei Öffnen stellt
die Ventilfeder 40 eine Kraftbelastung gegen den Kolbenkopf 58 des Ventilkolbens 38 bereit,
welche zunimmt, während die
Ventilfeder 40 zusammengedrückt wird. Die Federkraft hält der Bewegung
des Ventilkolbens 38 und der Kraft aufgrund des anfänglichen
Luftaufpralls auf der Vorderfläche 62 des
Kopfes 58 des Ventilkolbens 38 und während des
Hebens des Ventils 11 stand. Während ein Luftstrom aus der
Luftversorgungsleitung 12a von null auf eine vorgegebene
Strömungsgeschwindigkeit
erhöht
wird, erzeugen die Ströme eine
Hebekraft auf der stromabwärts
gerichteten Seite des Ventilkolbens 38 (Bereich B). Der
Kolben 38 bewegt sich zu der zweiten Position zwischen
dem O-Ring 36 und dem Ventilsitz 42, während der
Luftstrom auf die vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.
In einer Ausführungsform
beträgt
die vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit
zwischen etwa 16 cfm und etwa 17,5 cfm. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit
einem vorbestimmten festgelegten Wert nähert, nimmt die Geschwindigkeit
der Luft zu, während
sie um den Ventilkolben 38 strömt, und erzeugt schließlich ein
Vakuum auf der stromabwärts
gerichteten Seite des Ventilkolbens 38 (Bereich B). Wenn
das Vakuum auf der unmittelbaren stromabwärts gerichteten Seite des Ventilkolbens 38 (benachbart
zu der Rückfläche 64 davon)
erzeugt wird, ist die Aufprallkraft bezüglich der Hebekraft nicht mehr
ausgeglichen und der Ventilkolben 38 bewegt sich zu der
dritten Position, um zu verhindern, dass eine weitere Strömung zu
dem Lufthilfsgerät
eintritt.
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des bidirektionalen Ventils 11, die den Ventilkolben 38 in
seiner dritten Position oder distalen geschlossenen Position darstellt.
In der dritten Position grenzt die Rückfläche 64 des Kolbenkopfes 58 an eine
radiale Schulter des Ventilsitzes 42. wenn sich der Luftstrom
aus der Luftversorgungsleitung 12a einem vorbestimmten
festgelegten Wert nähert,
nimmt die Geschwindigkeit der Luft zu, während sie um den Ventilkolben 38 strömt, und
erzeugt ein Vakuum auf der stromabwärts gerichteten Seite (Bereich
B) des Ventilkolbens 38. Die stromaufwärts gerichtete Aufprallkraft
ist hinsichtlich der Hebekraft nicht mehr ausgeglichen und der Ventilkolben 38 bewegt
sich zu dem Ventilsitz 42, um eine weitere Strömung zu
dem Lufthilfsgerät 17 zu
verhindern. Folglich wird ein übermäßiger Strom
zu dem Lufthilfsgerät 17 beseitigt.
Das Beschränken
des Luftstroms zu dem Lufthilfsgerät 17 ist vorteilhaft,
weil zu dem Atemgerät 15 ein
angemessener Luftstrom bewahrt wird. In einer Ausführungsform
ist der vorbestimmte festgelegte Wert für den Strom durch den dritten
Durchgang 24 oder die Ventilkammer 44, um den
Ventilkolben 38 von der zweiten Position zu der dritten
Position zu bewegen, größer als
17,5 cfm.
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Sobald
sich der Ventilkolben 38 in seiner dritten Position (5)
befindet, existiert natürlich
kein Luftstrom an dem Ventilkolben 38 vorbei. Um den Ventilkolben 38 aus
der dritten Position zu bewegen, muss der Druck in Bereich A verringert
werden, bis die kombinierten Kräfte
des Drucks in Bereich B und der Feder 40 ausreichen, um
die Kraft aufgrund des Drucks in Bereich A zu überwinden. Sobald dies geschieht,
wirkt die Feder 40, um den Ventilkolben 38 zurück in seine
erste Position (3) zu bewegen, wodurch ein Rückstrom
eingeschränkt
wird. Da dann der Luftdruck in Bereich A zunimmt, wird die Feder 40 zusammengedrückt und
der Ventilkolben 38 bewegt sich in seine zweite Position
(4), wodurch ein Luftstrom an dem Ventil 11 vorbei
und zu dem Lufthilfsgerät 17 ermöglicht wird.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des bidirektionalen Ventils 11 entlang
der Linie 6-6 in 4. Die Öffnung 56 ist durch
die Kolbenführung 55 und
die Federauflagefläche 54 zum
Festhalten und Ausrichten des Kolbenkörpers 60 definiert.
Eine oder mehrere Öffnungen 54a zwischen der
Federauflagefläche 54 und
der Ventilkammer 44 ermöglichen,
dass ein Luftstrom zwischen dem Einlass 46 und dem Auslass 48 des
Ventilkörpers 34 strömt.
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Während der
Benutzung wird das Atemgerät des
Anlagenbedieners durch die erfinderische Atemschutzschaltung kontinuierlich
mit Luft versorgt, jedoch wird diese dem Lufthilfsgerät nur auf
Anfrage bereitgestellt. Wenn also kein Bedarf an Luft zu dem Lufthilfsgerät besteht,
nimmt der Ventilkolben des bidirektionalen Ventils die erste Position
ein, wie in 3 zu sehen ist. Ein O-Ring wird als die
Dichtung in der ersten Position eingesetzt, um ein nachgiebiges
Abdichtglied (und somit eine positivere Dichtung als eine Metall-an-Metall-Dichtung) bereitzustellen und
als ein austauschbares Abnutzungsglied zu dienen. Wenn die erfinderische
Atemschutzschaltung zum Beispiel bei einer Lackzerstäubungsanwendung benutzt
wird, können
sogar 23.000 Öffnungs-/Schließzyklen
pro Tag für
den Ventilkolben gegen den O-Ring (während einer 8-Stunden-Schicht)
ausgeführt
werden. Der O-Ring stellt in Kombination mit dem konischen Flächenabschnitt auf
der Vorderfläche
des Kolbenkopfes folglich eine sehr verlässliche, sehr effektive und
kostengünstige Abdichtungskomponente
für das
bidirektionale Ventil bereit.
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In
der Ausführungsform
der Atemschutzschaltung 100, die in 1 dargestellt
ist, sind der Teiler 18, der Regulator 10 und
das bidirektionale Ventil 11 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
In alternativen Ausführungsformen
der erfinderischen Atemschutzschaltung kann das bidirektionale Ventil 11 in
anderen Komponenten oder Gehäusen der
Luftschutzschaltung als dem Teiler 18 und dem Regulator 10 untergebracht
sein. Außerdem
kann der zweite Auslass 16 von dem Regulator 10 entfernt sein.
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7 und 8 sind
Aufrisse von alternativen Ausführungsformen
der erfinderischen Atemschutzschaltung. In 7 reguliert
eine Luftregulierungsvorrichtung 210 die Strömung und
den Druck von Atemluft zu dem Atemgerät 215 eines Benutzers. In
dieser Version der Atemschutzschaltung 200 ist ein bidirektionales
Ventil 211 nicht in einem gemeinsamen Gehäuse mit
der Luftregulierungsvorrichtung 210 integriert, sondern
getrennt davon untergebracht. Wie die Vorrichtung 10 bewahrt
die Luftregulierungsvorrichtung 210 den gleichmäßigen Ausgangsstrom
zu dem Benutzer unter einem breiten Spektrum von Eingangsdrücken und
weist zu diesem Zweck eine Wähleinrichtung
zur Strömungsregulierung 210a und
ein Messgerät 210b auf.
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Luft,
die aus einer Luftquelle 213 durch eine Luftversorgungsleitung 212a zugeleitet
wird, wird von der Luftregulierungsvorrichtung 210 entweder
zu dem Atemgerät 215 oder
dem Lufthilfsgerät 217 verteilt.
Ein Luftstromteiler 218 ist innerhalb der Luftregulierungsvorrichtung 210 angeordnet,
wobei der Teiler einen Luftleitungsverteiler definiert, der einen Einlass 212,
einen ersten Auslass 214 und einen zweiten Auslass 216 miteinander
verbindet. Luft aus der Luftversorgungsleitung 212a betritt
die Luftregulierungsvorrichtung 210 durch den Einlass 212 und strömt durch
einen ersten Durchgang 219 zu einem zentralen Abschnitt 220 des Teilers 218,
bevor sie zu dem Atemgerät 215 durch
die Luftleitung 214a oder zu dem Lufthilfsgerät 217 durch
die Luftleitung 216a verteilt wird. Ein zweiter Durchgang 222 verläuft zwischen
dem zentralen Abschnitt 220 und dem ersten Auslass 214 und
ein dritter Durchgang 224 verläuft zwischen dem zentralen
Abschnitt 220 und dem zweiten Auslass 216. Sowohl
der zweite als auch der dritte Durchgang 222 und 224 definieren
stromabwärts
gerichtete Strömungspfade,
wobei der Luftteiler 218 den Luftströmungspfad in den ersten stromabwärts gerichteten
Strömungspfad 222 und
den zweiten stromabwärts
gerichteten Strömungspfad 224 aufteilt.
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In 7 ist
das bidirektionale Ventil 211 der Atemschutzschaltung 200 entweder
an dem Lufthilfsgerät 217 befestigt
oder in einem gemeinsamen Gehäuse
mit dem Lufthilfsgerät 217 angeordnet.
Das Lufthilfsgerät 217 ist
hinsichtlich des Fluids mit dem zweiten Auslass 216 des
Luftstromregulators 210 durch die Luftleitung 216a verbunden.
Das bidirektionale Ventil 211 ist an einem Ende der Luftleitung 216a gegenüber von
dem zweiten Auslass 216 angeordnet. Das Lufthilfsgerät 217 ist
dann hinsichtlich des Fluids mit der bidirektionalen Ventilanordnung 211 verbunden.
Das bidirektionale Ventil 211 in der Atemschutzschaltung 200 funktioniert
in der gleichen Weise wie mit Bezug auf das Ventil 11 in 1 bis 6 beschrieben,
um einen übermäßigen stromabwärts gerichteten
Luftstrom durch das Ventil 211 zu verhindern und den stromaufwärts gerichteten
Luftstrom aus dem Lufthilfsgerät 217 zu
dem Atemgerät 215 des
Benutzers zu verhindern.
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In 8 ist
eine Luftatemschutzschaltung 300 mit einer Luftregulierungsvorrichtung 310 dargestellt.
In dieser Version der Luftatemschutzschaltung reguliert die Luftregulierungsvorrichtung 310 die Strömung und
den Druck von Atemluft zu dem Atemgerät eines Benutzers. Ein bidirektionales
Ventil 311 ist innerhalb einer Luftleitung 316a angeordnet
und von der Luftregulierungsvorrichtung 310 und einem Lufthilfsgerät 317 getrennt.
Genauso wie die Vorrichtung 10 bewahrt die Luftregulierungsvorrichtung 310 unter
einem breiten Spektrum von Eingangsdrücken einen gleichmäßigen Ausgangsstrom
für den
Benutzer und weist zu diesem Zweck eine Wähleinrichtung 310a zur
Strömungsregulierung
und ein Messgerät 310b auf.
Aus der mit der Luftquelle 313 verbundenen Luftversorgungsleitung 312a zugeleitete
Luft wird entweder zu dem Atemgerät 315 (durch die Luftleitung 314a)
oder dem Lufthilfsgerät 317 durch
die Luftregulierungsvorrichtung 310 verteilt. Ein Luftstromteiler 318 ist
innerhalb der Luftregulierungsvorrichtung 310 angeordnet,
wobei der Teiler einen Luftleitungsverteiler definiert, welcher
einen Einlass 312, einen ersten Auslass 314 und
einen zweiten Auslass 316 miteinander verbindet. Luft aus
der Luftversorgungsleitung 312a betritt die Luftregulierungsvorrichtung 310 durch
den Einlass 312 und geht durch einen ersten Durchgang 319 zu
einem zentralen Abschnitt 320 des Teilers 318,
bevor sie zu dem Atemgerät 315 oder
dem Lufthilfsgerät 317 verteilt
wird. Ein zweiter Durchgang 322 verläuft zwischen dem zentralen
Abschnitt 320 und dem ersten Auslass 314 und ein
dritter Durchgang 324 verläuft zwischen dem zentralen Abschnitt 320 und
dem zweiten Auslass 316. Sowohl der zweite als auch der
dritte Durchgang 322 und 324 definieren stromabwärts gerichtete
Luftströmungspfade,
wobei der Luftteiler 318 den Luftströmungspfad in den ersten stromabwärts gerichteten
Strömungspfad 322 und
den zweiten stromabwärts
gerichteten Strömungspfad 324 aufteilt.
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In 8 ist
das bidirektionale Ventil 311 der Atemschutzschaltung 300 innerhalb
der Luftleitung 326 zwischen der Luftregulierungsvorrichtung 310 und
dem Lufthilfsgerät 317 angeordnet.
Das Lufthilfsgerät 317 ist
hinsichtlich des Fluids durch die Luftleitung 326a mit
dem zweiten Auslass 316 des Luftstromregulators 310 verbunden.
In der in 8 dargestellten Ausführungs form
ist das bidirektionale Ventil 311 innerhalb der Luftleitung 326 angeordnet, welche
das Lufthilfsgerät 317 mit
dem Luftstromregulator 310 verbindet. Folglich verbindet
ein Abschnitt 326a der Luftleitung 326 den Auslass 316 und
einen Einlass 346 des Ventils 311 und ein Abschnitt 326b der
Luftleitung 326 verbindet einen Auslass 348 des Ventils 311 mit
dem Lufthilfsgerät 317.
Das bidirektionale Ventil 311 in der Atemschutzschaltung 300 funktioniert
in der gleichen Weise wie oben mit Bezug auf das Ventil in 1 bis 6 beschrieben,
um einen übermäßigen stromabwärts gerichteten
Luftstrom durch das Ventil 311 zu verhindern und den stromaufwärts gerichteten
Luftstrom aus dem Lufthilfsgerät 317 zu
dem Atemgerät 315 des
Benutzers zu verhindern.
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In
einer anderen alternativen Ausführungsform
ist der Teiler von der Luftregulierungsvorrichtung getrennt (das
heißt,
sie befinden sich nicht in einem gemeinsamen Gehäuse) und der Teiler und die Luftregulierungsvorrichtung
können
durch eine Luftleitung miteinander verkoppelt oder verbunden werden.
In diesem Fall können
der Teiler und das bidirektionale Ventil in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht,
miteinander verkoppelt oder durch eine Luftleitung miteinander verbunden
sein. Eine Atemschutzschaltung 400, die eine solche Anordnung
veranschaulicht, ist in 9 schematisch dargestellt.
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Die
Atemschutzschaltung 400 weist eine Luftregulierungsvorrichtung 410,
ein bidirektionales Ventil 411, eine Luftversorgung 413,
ein Atemgerät 415,
ein Lufthilfsgerät 417 und
einen Luftteiler 418 auf. Wie in 9 im Phantom
dargestellt, nimmt das gemeinsame Gehäuse 425 den Teiler 418 und
das bidirektionale Ventil 411 auf. Der Luftteiler 418 weist
einen ersten Durchgang 419, einen zweiten Durchgang 422 und
einen dritten Durchgang 424 auf. Ein zentraler Abschnitt 420 verbindet
einen dritten Durchgang des Luftteilers 418. Die Luftversorgungsquelle 413 ist
hinsichtlich des Fluids durch eine Luftversorgungsleitung 412a mit
einem Einlass 412 des ersten Durchgangs 419 verbunden.
Luft aus der Luftversorgungsleitung 412a betritt den Luftteiler 418 und
geht durch den ersten Durchgang 419 zu einem zentralen
Abschnitt 420 des Teilers 418, bevor sie zu der
Luftregulierungsvorrichtung 410 oder dem Lufthilfsgerät 417 verteilt
wird. Ein zweiter Durchgang verläuft
zwischen dem zentralen Abschnitt 420 und einem ersten Auslass 414 und
ein dritter Durchgang 424 verläuft zwischen dem zentralen
Abschnitt 420 und einem zweiten Auslass 416. Sowohl
der zweite als auch der dritte Durchgang 422 und 424 definieren stromabwärts gerichtete
Strömungspfade,
wobei der Luftteiler 418 den Luftströmungspfad in den ersten stromabwärts gerichteten
Strömungspfad 422 und den
zweiten stromabwärts
gerichteten Strömungspfad 424 aufteilt.
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Die
Luftregulierungsvorrichtung 410 ist hinsichtlich des Fluids
mit dem ersten Auslass 414 des Luftteilers 418 entweder
durch eine Luftleitung 426 oder eine direkte Verbindung
verbunden. Das Atemgerät 415 ist
hinsichtlich des Fluids durch eine Luftleitung 414a mit
einem Auslass der Luftregulierungsvorrichtung 410 verbunden.
Ein Einlass 446 des bidirektionalen Ventils 411 ist
hinsichtlich des Fluids durch entweder eine Luftleitung 427 oder
eine direkte Verbindung mit dem zweiten Auslass 416 des
Luftteilers 418 verbunden. Schließlich ist das Lufthilfsgerät 417 hinsichtlich
des Fluids durch eine Luftleitung oder eine direkte Verbindung mit
einem Auslass 448 des bidirektionalen Ventils 411 verbunden.
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Das
bidirektionale Ventil 411 in der Atemschutzschaltung 400 funktioniert
in der gleichen Weise wie mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben, um
einen übermäßigen stromabwärts gerichteten Luftstrom
durch das Ventil 411 zu verhindern und einen stromaufwärts gerichteten
Luftstrom aus dem Lufthilfsgerät 417 zu
dem Atemgerät 415 des
Benutzers zu verhindern. Genau wie die Vorrich tung 10 bewahrt
die Luftregulierungsvorrichtung 410 für den Benutzer einen gleichmäßigen Ausgangsstrom
bei einem breiten Spektrum von Eingangsdrücken und kann zu diesem Zweck
eine Wähleinrichtung
zur Strömungsregulierung
und ein Messgerät
aufweisen.
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Das
Atemschutzsystem der vorliegenden Erfindung reguliert den Luftstrom
durch eine Luftregulierungsvorrichtung, welche ein Atemgerät und ein Lufthilfsgerät mit einer
Luftversorgungsleitung verbindet. Luft wird aus der Luftversorgungsleitung
bei einem Versorgungsluftdruck zu der Luftregulierungsvorrichtung
geleitet. Eine bewegliche Luftstromsperre, zum Beispiel ein bidirektionales
Ventil ist zwischen der Luftversorgungsleitung und dem Lufthilfsgerät angeordnet.
Es wird ermöglicht,
dass Luft aus der Luftversorgungsleitung zu dem Lufthilfsgerät strömt, wenn
eine stromaufwärts
gerichtete Kraft auf die Luftstromsperre einer stromabwärts gerichteten Kraft
auf die Luftstromssperre entspricht oder größer ist als diese. Bis zu einem
vorbestimmten Kraftdifferential wird kein Strom zwischen der ersten
und der zweiten Kraft ermöglicht.
Die stromaufwärts
gerichteten Kräfte
sind durch den Versorgungsluftdruck definiert und die stromabwärts gerichtete
Kraft ist teilweise durch den Luftdruck des Lufthilfsgerät definiert.
Es wird verhindert, dass Luft aus dem Lufthilfsgerät stromaufwärts zu dem
Atemgerät
strömt,
wenn die stromaufwärts
gerichtete Kraft geringer ist als die stromabwärts gerichtete Kraft.
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In
der Atemschutzschaltung ist ein Luftstromregulator in einem Luftströmungspfad
zwischen einer Luftversorgung und einem Atemgerät angeordnet. Die Atemschutzschaltung
weist einen Luftstromteiler auf, der in dem Luftströmungspfad
stromaufwärts
von dem Luftstromregulator angeordnet ist. Der Teiler teilt den
Luftströmungspfad
in einen ersten und einen zweiten stromabwärts gerichteten Strömungspfad,
wobei der erste stromabwärts
gerichtete Strömungspfad
zu dem Atemgerät
führt.
Die Atemschutzschaltung weist ferner ein bidirektionales Ventil
auf, das in dem zweiten stromabwärts
gerichteten Strömungspfad
angeordnet ist, wobei das Ventil den Luftstrom aus einem Einlass
des Ventils zu einem Auslass des Ventils reguliert, indem es einen übermäßigen Luftstrom
aus dem Einlass zu dem Auslass verhindert und einen Luftrückstrom
von dem Auslass zu dem Einlass verhindert.
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Das
bidirektionale Ventil dient der Benutzung in einer Atemschutzschaltung
mit einem Einlass für Luft
aus der Luftversorgung, einem ersten Auslass, der mit dem Atemgerät verbunden
ist, und einem zweiten Auslass, der mit dem Lufthilfsgerät verbunden
ist. Der Luftteiler verbindet den Einlass, den ersten Auslass und
den zweiten Auslass miteinander. Die Versorgungsluft aus einer einzigen
Quelle wird sowohl für
das Atemgerät
als auch für
das Hilfsgerät bereitgestellt.
Das Ventil schränkt
die Menge des Luftstroms aus der Luftversorgung zu dem Luftgerät derart
ein, dass der Benutzer des Atemgeräts in dem Atemgerät stets
einen angemessenen Strom beibehält.
Wenn zum Beispiel die Luftleitung des Lufthilfsgeräts unterbrochen
wird oder ein Gerät,
das große Luftkapazitäten verbraucht,
mit der Vorrichtung verbunden wird, fühlt das Ventil den erhöhten Strom
und schließt
den Strom zu dem Lufthilfsgerät
durch den Auslass ab. Darüber
hinaus verhindert das Ventil einen Luftrückstrom aus dem Lufthilfsgerät stromaufwärts der
Luftversorgung des Atemgeräts.
Wenn der zweite Auslass (Luftgerät)
mit einem höheren
Druck als dem des Einlasses verbunden wird, schließt sich das
Ventil, oder wenn der Luftstrom zu dem ersten Auslass (Atemgerät) höher ist
als der des Luftstroms zu dem zweiten Auslass (Luftgerät), schließt sich
das Ventil. Folglich ermöglicht
das Ventil keinen Rückstrom
aus dem Lufthilfsgerät
zu dem Atemgerät,
wodurch verhindert wird, dass Kontaminanten aus dem Lufthilfsgerät in die
Luftversorgung des Atemgeräts des
Benutzers strömen.