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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mit Überdruckgebläse betriebenes
Beatmungsgerät
in der Art, mit der gefilterte Luft in ein Gesichtsteil oder in
eine Gesichtsmaske gepumpt wird, das/die zumindest die Nase oder
den Mund des Geräteträgers bedeckt,
wobei Luft mittels eines durch einen elektrischen Motor angetriebenes
Gebläse
hineingepumpt wird, welcher in der Regel von einer Batterie mit
Energie versorgt wird.
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Stand der
Technik
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Ein
Beatmungsgerät
in der Art, wie es die vorliegende Erfindung zum Inhalt hat, ist
allgemein bekannt und eine Vielfalt an unterschiedlichen Ausgestaltungen
ist bereits vorgestellt worden, wofür die Vorteile und Nachteile
dieser Geräte
in vielen Patentbeschreibungen erläutert wurden. Zu den Anforderungen
an ein zufriedenstellendes Gerät
gehören, dass
es eine ausreichende Luftmenge bereitstellt, wenn der Benutzer einen
tiefen Atemzug nimmt, welches, wie Tests zeigen, die Zufuhr einer
wesentlich höheren
Durchflussmenge erfordert als dies normalerweise der Fall ist. Es
ist daher wünschenswert,
den Leistungsverbrauch des Motors zu minimieren, der das Ventilatorgebläse entsprechend
den vorstehend dargelegten Erfordernissen antreibt, um dadurch die Batterielebensdauer
zu erhöhen.
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Es
ist außerdem äußerst wünschenswert, dass
zu keiner Zeit zugelassen wird, dass der Luftdruck innerhalb des
Gesichtsteils oder der Gesichtsmaske unterhalb des umgebenden Atmosphärendrucks
fallen kann. Falls dies eintreten würde, könnten Luft in den Raum innerhalb
des Gesichtsteils oder der Gesichtsmaske angezogen werden und Umweltschadstoffe
in diesen Raum gelangen.
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Die
Patentdokumentation
DE 42 05
412 beschreibt eine Atemgasmaske und Atemschutzgeräteanordnung
mit einem Speicherbehälter
für ein
verflüssigtes
Atemgas und einen Luftführungskanal,
der Verdampfungswärme
von der Umgebungsluft auf das verflüssigte Atemgas übertragen
soll. Gemäß der Offenlegung
des Patents
DE 42 05 412 wird
eine ausreichende Durchflussmenge an Umgebungsluft bei allen Betriebsbedingungen
erzielt, indem ein Gebläse
für die
Zufuhr von Umgebungsluft über
den Luftführungskanal
bereitgestellt ist.
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Offenlegung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung besteht aus einem Antriebsluft-Beatmungsgerät, welches
ein Gesichtsteil oder eine Gesichtsmaske umfasst, das/die zumindest
die Nase oder den Mund des Geräteträgers bedeckt,
eine Pumpeinheit, die so ausgerichtet ist, um Luft in einen Raum
innerhalb des Gesichtsteils oder der Gesichtsmaske zuzuführen, einen
Elektromotor innerhalb der Pumpeinheit, der so angeordnet ist, um
ein Ventilatorgebläse
anzutreiben, welches Teil der Pumpeinheit ist, einen Filter zum
Filtern der Luft, welche in das Gesichtsteil oder in die Gesichtsmaske
eintritt, sowie eine Ventileinheit, welche während der Inhalation den Luftstrom
von der Pumpeinheit zu dem Gesichtsteil oder zu der Gesichtsmaske und
während
der Exhalation von dem Gesichtsteil oder von der Gesichtsmaske weg
steuert, wobei die Ventileinheit ein Lufteinlassventil und ein Luftauslassventil
aufweist, wobei das Luftlauslassventil während der Inhalation durch
das Luftleinlassventil mittels eines Luftdrucks von der Pumpeinheit
in einer geschlossenen Position gehalten und durch die ausgeatmete
Luft geöffnet
wird, welche außerdem
auf das Einlassventil einwirkt, um das Eintreten von ausgeatmeter
Luft in die Pumpeinheit zu verhindern;
wobei das Gerät ferner
Mittel zum Beibehalten und Steuern der Geschwindigkeit des Motors
beinhaltet, so dass sich das Ventilatorgebläse mit einer im Wesentlichen
konstanten Geschwindigkeit dreht, ungeachtet dessen, ob vom Benutzer
Luft eingeatmet oder ausgeatmet wird.
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Es
ist gewünscht,
die Geschwindigkeit des Motors zum Antrieb des Ventilators zu steuern,
so dass er sich bei einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit
dreht. Dies steht im Gegensatz zu den bisherigen technischen Vorschlägen, bei
denen verlangt worden ist, dass die Geschwindigkeit des Ventilatorgebläses beschleunigt
werden soll, wenn eine größere Luftmenge
erforderlich wird. Es ist festgestellt worden, dass der Betrieb
bei einer konstanten Geschwindigkeit zu einem Einsparen von Energieverbrauch
führt als
im Vergleich dazu, wenn man das Ventilatorgebläse herunterfahren lässt und
es anschließend
wieder beschleunigt.
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Es
ist außerdem
festgestellt worden, dass das Funktionieren eines solchen Gerätes durch
die Bereitstellung einer Ventileinheit verbessert werden kann, welche
den Einlass von Luft in die Pumpeinheit steuert, wobei die Ventileinheit
zum Ventilator vorgeschaltet oder nachgeschaltet angeordnet und
so ausgelegt ist, dass sie sich schließt, wenn ein vorbestimmter
Luftdruck innerhalb der Pumpeinheit vorhanden ist. Mit solch einem
Gerät ist
es leichter zu gewährleisten,
dass es innerhalb des Gesichtsteils oder der Gesichtsmaske jederzeit
einen Überdruck gibt
und somit das Auftreten eines Unterdrucks verhindert wird, der das
Eintreten von kontaminierter Luft hervorrufen könnte.
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Der
Begriff Gesichtsteil oder Gesichtsmaske wird verwendet, um jede
mögliche
Vorrichtung einzuschließen,
welche die Nase oder den Mund eines Geräteträgers bedeckt und so ausgelegt
ist, damit deren diesbezügliche
Randvorrichtungen mit einem Körperteil
des Geräteträgers oder
mit dessen Kleidung in Eingriff gelangen können. Die Vorrichtung kann
nur den Mund oder nur die Nase oder aber auch beides bedecken. Falls
gewünscht,
kann sie aus einer Haube bestehen, die den ganzen Kopf des Trägers bedeckt.
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Die
Verwendung des Begriffs "Filter" in dieser Patentbeschreibung
dient dazu, jede beliebige Vorrichtung für die Beseitigung von partikelförmigen und/oder
gasförmigen
Verunreinigungen aus der einzuatmenden Luft zu umfassen. Die Makroteilchen können kompakt
sein, wie beispielsweise Rauch, oder flüssig, wie zum Beispiel Insektizidsprays.
Der Filter kann zur Beseitigung von gasförmigen Verunreinigungen angepasst
werden, wobei der Filter für diesen
Fall in Form einer Absorptionskohle oder einem anderweitigen gasförmigen Absorptionsmittel ausgestaltet
sein kann.
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Das
Gerät gemäß der vorliegenden
Erfindung kann – nachgeschaltet
zum Filter – eine
Vorrichtung zum Messen des Sauerstoffgehalts der Atemluft beinhalten.
Diese Vorrichtung stellt vorteilhafterweise ein Warnsystem an einen
Geräteträger bereit,
wenn der Sauerstoffgehalt der gefilterten Atemluft unter ein vorbestimmtes
Niveau fällt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das
Gerät eine
Quelle für komprimierten
Sauerstoff oder für
ein anderweitiges Atemgas, die in der Atemluft mit einer Geschwindigkeit
freigesetzt werden können,
welche ausreicht, um den Sauerstoffgehalt in der Atemluft in dem
vorbestimmten Niveau aufrechtzuerhalten.
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Für die verschiedenen
Anwendungen eines Beatmungsgerätes
kommen verschiedene Filtertypen zum Einsatz. Jeder andersartige
Filtertyp verändert
den Strömungswiderstand
im Gerät.
Jede an das Beatmungsgerät
gestellte Anforderung variiert außerdem jeden Filtertyp, da
ein Filter stufenweise eingesetzt wird. Es wurde ferner festgestellt,
dass ein Kalibrieren des Beatmungsgerätes vor dessen Anwendung dergestalt,
indem die Geschwindigkeit und die Rotation des Ventilatorgebläses auf
einem optimalen Basiswert eingestellt sind, zu einer Einsparung
im Energieverbrauch und zu einer Erhöhung der Filterbetriebsdauer
führt.
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Ein Überdruck-Atemschutzgerät umfasst
ein Gesichtsteil oder eine Gesichtsmaske, das/die zumindest den
Mund oder die Nase des Geräteträgers bedeckt,
eine Pumpeinheit, die so ausgelegt ist, um Luft in den Raum innerhalb
des Gesichtsteils oder der Gesichtsmaske zuzuführen, einen Elektromotor innerhalb
der Pumpeinheit, der so ausgerichtet ist, um ein Ventilatorgebläse anzutreiben,
wobei das Gerät
mit aktivierbaren Steuermitteln bereitgestellt ist, die so ausgelegt
sind, um zu bewirken, dass sich das Gerät einer Kalibrierungsphase
unterzieht, so dass sich die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilatorgebläses bei
einem vorbestimmten, optimalen Basiswert einstellt, und zwar in
Relation zu den Betriebsbedingungen, die dann in dem Gerät vorherrschen. Der
Basiswert wird im Wesentlichen während
der Gerätebetriebsdauer
vorteilhafterweise konstant gehalten, oder bis zu einer erneuten
Kalibrierung des Gerätes.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Gerät
eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, welche die Geschwindigkeit
des Motors überwacht
und steuert, um so einen adäquaten
Luftstrom in die Maske des Gerätes
zu gewährleisten.
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Es
ist von Vorteil, dass die aktivierbare Steuereinheit den Filtertyp
und/oder den Strömungswiderstand
innerhalb des Gerätes
zur Einstellung des optimalen Wertes für die Rotationsgeschwindigkeit des
Ventilatorgebläses
berücksichtigt.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die aktivierbare Steuereinheit von einem Benutzer des Gerätes manuell
betätigt.
Bei dieser Ausführungsform
beinhaltet die aktivierbare Steuereinheit die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung,
in die der Benutzer die Parameter eingibt, welche für den Filtertyp
relevant sind, und/oder den Strömungswiderstand,
um so vor der Geräteanwendung
die optimale Geschwindigkeit des Ventilatorgebläses einzustellen.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
stellt die aktivierbare Steuereinheit das Gerät automatisch zur Umsetzung
einer Kalibrierungsphase ein. Ein Mittel für einen automatischen Betrieb
umfasst die zu kodierenden Parameter des Filtertyps, wobei diese
im Filter verschlüsselt
werden, so dass die Details von der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung erfasst
werden können,
welche dann automatisch den Luftstrom durch das Gerät hindurch
anpasst. Die Übertragung
der verschlüsselten
Informationen an die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung kann
optisch, elektrisch oder magnetisch transferiert werden.
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Ein
zweites und erstrebenswerteres Mittel für ein automatisches Betriebsverfahren
umfasst den Einsatz eines Drucksensors und/oder eines Durchflussmessgeräts; diese
unterliegen der Steuerung durch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung.
Der Drucksensor und/oder das Durchflussmessgerät befinden sich bevorzugt an
einem Punkt in der Nähe
und nachgeschaltet zum Filter des Gerätes, so dass der Durchfluss
und Druckabfall automatisch in den erfassten Werten des Luftstroms
gemessen wird und der Druck in die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung
eingespeist wird. Die elektronische Datenverarbeitungseinheit errechnet
daraufhin automatisch die geeignete Rotationsgeschwindigkeit des
Ventilatorgebläses
aufgrund der gemessenen Parameter.
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Bei
einer Ausführungsform
weist der Drucksensor einen Silikondruckmesswertwandler auf. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Drucksensor eine flexible Membran, die so ausgerichtet
ist, dass sie sich bei Druckveränderungen biegt,
einen Ultraschall-Transmitter, der so angeordnet ist, dass er den
Ultraschall auf die Membran richten kann, einen Ultraschall-Empfänger zum
Erkennen des von der Membran reflektierten Ultraschalls und beinhaltet
ein Analysegerät,
wobei das Analysegerät
zur Bestimmung eines Parameters basierend auf der Übertragungszeit
des Ultraschalls zwischen dem Transmitter, der Membran und dem Empfänger in
der Lage und so kalibriert ist, dass es den Messwert des Luftdrucks
an die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung bereitstellen
kann.
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Um
die Veränderungen
während
der Übertragungszeit
des Ultraschalls zwischen dem Transmitter, der Membran und dem Empfänger kompensieren
zu können,
die durch Temperaturabweichungen hervorgerufen werden, befindet
sich vorzugsweise in der Nähe
zum Drucksensor eine Temperatursonde, die in Kommunikationsverbindung
mit dem Analysegerät
steht, wobei das Analysegerät
basierend auf der Übertragungszeit
einen Ausgleichsalgorithmus in Übereinstimmung
mit der gemessenen Temperatur anwendet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist das Durchflussmessgerät
ein Luftstromreduzierstück auf,
wie beispielsweise eine Drosselscheibe oder eine Drosselmischblende
und einen Drucksensor, der zum Messen der Druckveränderungen
in dem Reduzierstück
ausgelegt ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Durchflussmessgerät
einen Drucksensor, der zum Messen der Druckveränderungen zwischen der Pumpeinheit
und dem Gesichtsteil oder der Gesichtsmaske ausgelegt ist, welche
zwischen der Pumpeinheit und der Gesichtsmaske aus einem oder aus
mehreren Luftstromreduzierstücken
resultieren. Das Luftstromreduzierstück umfasst vorteilhafterweise
einen Lufttransferschlauch, der den Luftstrom zwischen der Pumpeinheit
und dem Gesichtsteil oder der Gesichtsmaske zulässt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Durchflussmessgerät
einen Ultraschall-Transmitter
und einen Ultraschall-Empfänger,
die so ausgelegt sind, um den Ultraschall, der sich entlang eines
Abschnitts des Lufttransferschlauches bewegt, jeweils übertragen
und erfassen zu können.
Die Durchflussmenge steht in direktem Verhältnis zur Zeitverschiebung
des Ultraschalls, der sich am Schlauch entlang hinunter bewegt.
Ein Vorteil bei diesem Verfahren besteht darin, dass keine Durchflussrestriktionen
in Bezug auf den Luftstrom in dem Gerät auferlegt werden.
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Bei
einer noch weitergehenden Ausführungsform
umfasst das Durchflussmessgerät
einen Thermistor, der in dem Luftstrom angeordnet ist und auf eine
Temperatur erwärmt
wird, die höher
als die Umgebungstemperatur ist, wobei die Durchflussmenge im Verhältnis zum
Abkühlungseffekt
des Luftstroms auf dem erwärmten
Thermistor steht.
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Aus
Gründen
der Hygiene und der Sicherheit wird die Gesichtsmaske nach jedem
Gebrauch vorzugsweise gewaschen. Zu diesem Zweck wird nicht gewünscht, dass
elektrische Systeme oder andere Vorrichtungen, die Schaden nehmen
könnten,
in der Gesichtsmaske enthalten sind.
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Das
Antriebsluft-Beatmungsgerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet vorteilhafterweise bei einem niedrigen Druck,
aber bei einer relativ hohen Durchflussrate. Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist das Gerät
in der Lage, an einen Geräteträger mindestens
150 Liter Luft pro Minute zuzuführen, bevorzugt
mindestens 300 Liter Luft pro Minute zu liefern, und noch bevorzugter
mindestens 500 Liter Luft pro Minute bereitzustellen. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
beträgt
die Zufuhr von Luftdruck an das Einlassventil, welches die Luft
an das Gesichtsteil oder die Gesichtsmaske zulässt, zwischen Null und 10 mBar,
und noch bevorzugter, nicht mehr als 6 mBar, über dem umgebenden Referenzdruck.
Es ist außerdem
von Vorteil, dass das Ventilatorgebläse in der Pumpeinheit einen
Druck in diesem erwähnten Bereich
erzeugt. Es ist aber auch möglich,
einen Regler zwischen der Pumpeinheit, welche die Luft bei einem
höheren
Druck erzeugt, und der Ventilklappenvorrichtung bereitzustellen,
die dem Gesichtsteil oder der Gesichtsmaske zugeordnet ist. In diesem Fall
stellt die Pumpeinheit Luft bei einem Druck von weniger als 1 Bar,
bevorzugt von weniger als 100 mBar und noch bevorzugter von weniger
als 20 mBar zur Verfügung.
Diese niedrigen Druckschlauchdurchmesser müssen so gewählt werden, um unangemessene
Durchflussrestriktionen zu verhindern, die große Druckabfälle in dem System verursachen
könnten.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Damit
die Beschaffenheit der Erfindung besser verstanden werden kann,
sind von dieser nachstehend bevorzugte Ausführungsformen anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die zugehörigen
Diagrammzeichnungen beschrieben, welche zeigen:
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1 ist
eine Diagrammzeichnung von den Teilen des Gerätes, welche die vorliegende
Erfindung betreffen und während
des Zeitraumes in deren Anordnung adaptiert werden, in dem Luft
von dem Benutzer eingeatmet wird.
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2 ist
eine ähnliche
Ansicht wie 1 und zeigt das Gerät in der
adaptierten Anordnung, wenn die Luft von dem Benutzer ausgeatmet
wird.
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3 ist
eine Ansicht im Querschnitt von einer Form des Abluftventils gemäß der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Ansicht von der unteren Seite des in 3 dargestellten
Ventils.
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5 ist eine Ansicht im Querschnitt durch eine
andere Form des Abluftventils hindurch gemäß der Erfindung.
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5(a) zeigt das Ventil während einer Inhalation.
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5(b) zeigt das Ventil in einer stabilen, geschlossenen
Betriebsbedingung; und
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5(c) zeigt das Ventil während einer Exhalation.
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6 ist eine Ansicht im Querschnitt durch eine
weitere Form des Abluftventils hindurch gemäß der Erfindung.
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6(a) zeigt das Ventil während einer Inhalation.
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6(b) zeigt das Ventil in einer stabilen, geschlossenen
Betriebsbedingung; und
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6(c) zeigt das Ventil während einer Exhalation.
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7 ist eine Diagrammzeichnung von einer noch
weitergehenden Form des Gerätes,
welches die vorliegende Erfindung betrifft.
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7(a) zeigt das Gerät während einer Inhalation; und
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7(b) zeigt das Gerät während einer Exhalation.
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8 ist eine Diagrammzeichnung von einer noch
weitergehenden Form des Gerätes,
welches die vorliegende Erfindung betrifft.
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8(a) zeigt das Gerät während einer Inhalation; und
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8(b) zeigt das Gerät während einer Exhalation.
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9 ist
eine schematische Darstellung von einer Ausführungsform des Atemschutzgerätes gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine schematische Darstellung von einer Ausführungsform von einer Benutzerschnittstelle
für ein
Atemschutzgerät
gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Gerät besteht
aus einer Pumpeinheit 10, die einen Luftraum und einen
Elektromotor 11 umfasst, der einen Radialventilator 12 antreibt.
Zu den aufgezeigten Bestandteilen kommt außerdem für den Motor eine Antriebsquelle
hinzu, die in der Regel eine wieder aufladbare Batterie ist, sowie
eine Motordrehzahlsteuereinheit aus einer herkömmlichen Konstruktion bestehend.
Diese Einheit überwacht
die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilatorgebläses 12 und steuert die
Geschwindigkeit des Motors, um ihn zu veranlassen, sich bei einer
im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit zu drehen, und zwar ungeachtet
dessen, ob vom Benutzer Luft eingeatmet oder ausgeatmet wird.
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Es
wird Luft über
einen herkömmlichen
Filter 13 in die Pumpeinheit 10 gezogen. Das Eintreten
von Luft aus dem Filter wird von der Ventileinheit 14 gesteuert,
welcher der Blasebalg 15 zugeordnet ist, der das Ventil
während
der Exhalation von Luft, wie in 2 dargestellt
ist, schließt,
und der in der geöffneten
Stellung mit Hilfe der Feder 20 leicht vorgespannt wird,
wie in 1 zu erkennen ist. Während der Einatmung von Luft,
wie in 1 veranschaulicht ist, wird die Ventileinheit 14 durch
die Feder 15 und durch die Einsenkung innerhalb der Pumpeinheit
verdrängt,
um zuzulassen, dass Luft in die Pumpeinheit eintritt.
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Mittel
können
dann bereitgestellt werden, um den Druck auszurichten, mit dem sich
das Ventil 14 schließt.
Es ist wünschenswert,
dass dieser Druck so niedrig wie möglich gehalten und die Ventileinheit
so ausgerichtet wird, damit sie sich nur für eine kurze Zeitspanne öffnet, die
ausreicht, um die gewünschte Luftmenge
eintreten zu lassen, nachdem das Ventil geschlossen ist. Das System
wird durch die Ventileinheit ausgeglichen, die als Druckregler wirkt,
um Druckschwankungen in der Pumpeinheit soweit wie möglich zu
minimieren, damit sichergestellt ist, dass eine mehr oder weniger
sofortige Zufuhr von Luft aus dem Ventilatorgebläse an den Benutzer bereitgestellt wird,
sobald er mit der Inhalation beginnt.
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Die
Pumpeinheit ist über
einen Luftführungskanal 16 an
ein Abluftventil, dargestellt mit Bezugsziffer 17, angeschlossen.
Der Luftführungskanal 16 verzweigt
sich in zwei Teile, wovon ein Luftkanal 18, der über ein
Ventilglied 19 zum Gesichtsteil oder zur Gesichtsmaske
(20a) und außerdem
zu einem Abluftaustritt 21 führt, während einer Inhalation durch das
Ventilglied 22 geschlossen wird, das durch die Feder 23,
wie in 1 dargestellt ist, leicht in die geschlossene
Stellung vorgespannt ist. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung
könnte
das Ventilglied 22 durch ein einfaches federbelastetes
Exhalationsventil ersetzt werden.
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Die
zweite Abzweigung 24 des Luftführungskanals 16 führt zur
hinteren Seite des Ventilglieds 22, das dazu beiträgt, das
Ventil in einer Druckausgleichskondition beizubehalten.
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Die
Strömung
der Luft während
einer Inhalation wird durch die in 1 dargestellten
Pfeile veranschaulicht. Es wird Luft durch das geöffnete Ventil 14 an
das Ventilatorgebläse 12 gezogen,
welches einen Druck generiert, um einen Luftstrom durch die Luftführungskanäle 16 und 18 zu
dem vom Benutzer getragenen Gesichtsteil oder zu der Gesichtsmaske zu
erzeugen. Es ist zu erkennen, dass das Ventilglied 19 durch
den darauf befindlichen Luftdruck geöffnet bleibt, und dass dadurch
die Luft an den Benutzer frei strömen kann. Der Luftdruck in
dem Luftkanal 24 wirkt auf der Rückseite des Ventilglieds 22 ein,
um die Funktion der Feder 23 zu verstärken und dieses Ventilglied
geschlossen zu halten.
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Die
Anordnung des Gerätes
während
einer in 2 dargestellten Exhalation,
wobei die Ventileinheit 14 geschlossen ist, wird nun beschrieben.
Das Ventilglied 19 wird außerdem bedingt durch die Ausatmung
von Luft durch den Benutzer geschlossen. Der Ventilator 12,
der durch den Motor 11 bei einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird, funktioniert in einer blockierten Kondition und
der von ihm generierte Druck reicht nicht aus, um das Ventilglied 19 gegen
den Druck der ausgeatmeten Luft zu öffnen. Er beaufschlagt allerdings
einen Druck auf die Rückseite
des Ventilgliedes 22, jedoch mit einer niedrigeren Stufe
als dies der Exhalationsdruck tut, und lässt auf diese Weise zu, dass
das Ventilglied 22 geöffnet
bleibt. Die ausgeatmete Luft kann daher durch die Abluftöffnung 21 entweichen. Während das
Gerät in
den 1 und 2 in einer rein schematischen
Darstellung gezeigt wird, veranschaulichen die 3 und 4 eine
realistischere Weise von einer Form der Abluftventilkonstruktion, die
der Funktion des in den 1 und 2 dargestellten
Abluftventils 17 entspricht. Bei dieser Konstruktion entspricht
der Luftkanal 25 dem Luftführungskanal 16 der 1 und 2,
ein Paar Einwegventile 26 entsprichen dem Ventilglied 19 der 1 und 2 und
ein Paar Auslassöffnungen 27 stimmen
mit dem Luftkanal 18 der 1 und 2 überein und
bieten eine Verbindung mit dem Gesichtsteil oder der Gesichtsmaske.
Folglich tritt während
einer Inhalation Luft von der Pumpeinheit in den Luftkanal 25 ein,
passiert das Einwegventil 26 und wird an das Gesichtsteil
oder die Gesichtsmaske über
die Auslassöffnung 27 zugeführt.
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In
der Mitte des Auslassventils befindet sich ein Membranventil 28,
das durch eine Feder 29 auf einem Lagersitz 31 leicht
vorbelastet ist. Dieses Ventil weist einen mittigen Hohlstamm 32 auf,
der mit der Membran bewegt werden kann. Dieser Hohlstamm 32 umfasst
Lufteinlassöffnungen 33 an
dessen unterem Ende und einen Luftauslass 34 an dessen
oberem Ende. Das Membranventil 28 entspricht dem Ventilglied 22 der 1 und 2.
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Während einer
Exhalation tritt Luft durch die Lufteinlässe 27 ein. Die ausgeatmete
Luft übt
einen Druck auf das Membranventil 28 aus und veranlasst dieses,
dass es sich entgegen die Federeinwirkung 29 öffnet. Daraufhin
passiert Luft durch das Membranventil 28 und entweicht
in die Atmosphäre
durch die Einwegventile 35 auf der Oberseite des Gehäuses. Die
Ventile 35, welche das Eintreten von verunreinigter Luft
im Falle eines Versagens durch das Ventilatorgebläse verhindern,
sind für
den Betrieb des Systems nicht unbedingt notwendig und können auch
weggelassen werden.
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Das
in den 3 und 4 aufgezeigte Abluftventil weist
Merkmale auf, die in den 1 und 2 nicht
dargestellt sind, und zwar, wenn sich der Hohlstamm 32 in
der in 3 gezeigten Stellung befindet, kann Luft unter
dem Druck aus der Pumpeinheit in die Öffnungsprofile 33 gelangen
und einen Druck auf die obere Fläche
des Membranventils 28 ausüben, wodurch die Funktion der
Feder 29 verstärkt
wird, und wodurch die Situation ähnlich
wie die in den 1 und 2 dargestellte
ist. Sobald sich jedoch das Membranventil 28 nach oben
bewegt, nimmt es das Hohlelement 32 mit sich mit. Dies
bewirkt den Effekt des Schließens
der Lufteinlassöffnungen 33 und
das Öffnen
der Luftauslassöffnung 34 und
somit das Freisetzen von Luftdruck oberhalb des Membranventils 28 durch
die Einwegventile 35 hindurch.
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Die
Ventileinheit 40 umfasst einen Lufteinlasskanal 41,
der mit einer Quelle für
Luftüberdruck (nicht
dargestellt) verbunden ist, ein erstes Ventil 42, eine
Gesichtsmaske 43, die den Mund und die Nase eines Geräteträgers bedeckt
(wie in 5(a) dargestellt ist), ein zweites
Ventil 44 und eine Luftaustrittsöffnung 45 für den Austritt
von ausgeatmeter Luft in die Atmosphäre.
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Das
erste Ventil 42 dient dazu, die Luft aus dem Einlasskanal 41 in
die Gesichtsmaske 43 zuzulassen, wenn der Systemdruck in
dem Einlasskanal 41 den Druck in der Gesichtsmaske 43 übersteigt. Wenn
die Druckauswirkungen gleichwertig sind, schließt sich das Ventil 42.
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Das
zweite Ventil 44 dient dazu, den Durchlauf von ausgeatmeter
Luft aus der Gesichtsmaske 43 über die Austrittsöffnung 45 in
die Atmosphäre
zuzulassen. Das Ventil 44 weist eine Membran auf, die mit
einer ersten Oberfläche 46 dem
Einlasskanal 41 und dem darin befindlichen Luftdruck ausgesetzt
ist. Eine zweite Oberfläche 47 der
Membran des Ventils 44 ist ausgerichtet, um gegen den Ventilsitz 48 für das zweite
Ventil 44 aufzulagern. Der Bereich der zweiten Oberfläche 47 der
Membran innerhalb des Bereiches, der durch den Ventilsitz 48 definiert
wird, ist, wenn das Ventil geschlossen ist, in Bezug auf den Druck
innerhalb der Gesichtsmaske 43 exponiert angeordnet. Der übrige Teil
der zweiten Oberfläche 47 der
Membran wird durch die Austrittsöffnung 45 dem Atmosphärendruck
ausgesetzt, wenn das Ventil 44 geschlossen ist.
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Während des
Betriebs strömt
die Luft von dem Einlasskanal 41 über das Ventil 42 in
die Gesichtsmaske 43, die der in dem Einlasskanal 41 entspricht.
Das Ventil 42 schließt
sich daraufhin. Wenn nun der Geräteträger ausatmet,
steigt der Druck in der Gesichtsmaske an. Sobald der Anstieg ausreicht, um
das Krafthalteventil 44 in seiner geschlossenen Position
zu überwinden, öffnet sich
das entsprechende Ventil und die Luft wird aus der Gesichtsmaske 43 über das
Ventil 44 und über
die Austrittsöffnung 45 in die
Atmosphäre
abgelassen.
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Die
Kraft, die das Ventil 44 in einer geschlossenen Position
hält, ist
die Differenz zwischen dem Druck auf der ersten Membranoberfläche 46 und
der zweiten Oberfläche 47.
Da der auf die Membran beaufschlagte Druck aus dem Einlasskanal 41 und
aus der Gesichtsmaske 43 zunächst gleich ist, kann erkannt
werden, dass die Kraft, die das Ventil 44 geschlossen hält, die
Differenz zwischen dem Atmosphärendruck
auf jenem Teil der zweiten Oberfläche ist, der sich außerhalb
des Ventilsitzes 48 befindet, und dem Einlasskanaldruck
in dem gleichartigen Bereich. Da dieser Bereich in Bezug auf den
Abschnitt der Membran klein ist, der sich innerhalb des Bereiches
befindet, der durch den Ventilsitz 48 definiert wird, reicht
selbst ein kleiner Anstieg des Drucks innerhalb der Gesichtsmaske
aus, um das Auslassventil 44 zu öffnen. Da der Bereich selbst
bei einem größeren Anstieg
des Systemdrucks innerhalb des Einlasskanals klein ist, steigt der
Exhalationsdruck nicht sehr an, der zum Öffnen des zweiten Ventils 44 erforderlich
ist.
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Die
in den 6(a) bis 6(c) dargestellte Anordnung
ist im Wesentlichen ähnlich
zu jener, die in Bezug auf die 5(a) bis 5(c) beschrieben worden ist, wobei die gleichartigen
Teile mit der gleichen numerischen Bezeichnung angegeben sind. Bei
dieser Ausführungsform
ist das erste Ventil 42 innerhalb der Membran des zweiten
Ventils 44 angeordnet. Das Ventil arbeitet in der Weise,
wie sie bereits in Bezug auf die 5(a) bis 5(c) beschrieben worden ist.
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Die
in den 7(a) und 7(b) dargestellte
Anordnung ist ähnlich
zu jener, die in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben
worden ist, jedoch mit zwei wesentlichen Ausnahmen. Die erste Ausnahme ist,
dass die Ventileinheit 40 in den 6(a) bis 6(c) für
das Ventil 17 der 1 und 2 ausgetauscht
worden ist. Die zweite Ausnahme ist, dass der Filter 13 von
der Vorderseite des Ventilators 12 auf die Hinterseite
des Ventilators 12 befördert
worden ist. Der Druck, der das Ventil 14 steuert, wird
von einem Luftkanal 60 herangezogen, welcher den Filter 13 mit
der Ventileinheit 40 verbindet. Auf diese Weise reflektiert
das Öffnen
und Schließen
des Ventils 14 viel enger die Veränderungen des Drucks, bedingt durch
das Atmen eines Geräteträgers, aufgrund
der Einbeziehung des Druckabfalls in der Filterregulierung.
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Die 8(a) und 8(b) zeigen
ein Antriebsventilator-Überdruck-Beatmungsgerät gemäß dieser
Erfindung. Die Anordnung ist ähnlich
zu jener, die in Bezug auf die 7(a) und 7(b) beschrieben worden ist und gleichartige Teile
erhalten die gleiche numerische Bezeichnung. In diesem Fall arbeitet
der Ventilator bei einem hohen Druck und führt eine hohe Druckluft an
einen Druckregler 51 zu. Die Luft aus dem Druckregler 51 strömt durch
den Schlauch 53 zu der Ventileinheit 40.
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In 9 ist
ein Überdruck-Atemschutzgerät ganz allgemein
mit Bezugszeichen 110 dargestellt. Das Gerät besteht
aus einer Pumpeinheit, in der ein Elektromotor 111 zum
Antrieb eines Radialventilators 112 enthalten ist. Zu den
vorgenannten Bestandteilen kommt außerdem eine Antriebsquelle
für den
Motor 111 hinzu, die in der Regel eine wieder aufladbare Batterie
ist (nicht dargestellt), sowie eine Motordrehzahlsteuervorrichtung
in einer Mikroprozessorsteuereinheit 115.
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Luft
wird in das Atemschutzgerät 110 über einen
Filter 113 gezogen, sie passiert das Ventilatorgebläse 112 und
tritt aus der Vorrichtung 110 über die Maske 114 aus.
Die Maske 114 ist so ausgelegt, damit sie den Mund und
die Nase eines Geräteträgers vollkommen
bedeckt und ist so einstellbar, um an den Gesichtskonturen des Trägers satt
anliegen zu können.
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Die
Mikroprozessorsteuereinheit 115 bei dieser dargestellten
Ausführungsform überwacht
die Eingabe eines Druckmesswertwandlers 116 und eines Durchflussmessgerätes 117.
Sie ist daher in der Lage, den einsetzenden Strömungswiderstand des Filters 113 festzustellen.
In jenen Fällen,
in denen der Strömungswiderstand
groß ist,
stellt dies die Mikroprozessorsteuereinheit 115 fest und
stellt die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilatorgebläses 112 auf eine
höhere
Stufe ein, um dadurch eine Kompensation herbeizuführen und
zu gewährleisten,
dass ein angemessener Luftstrom in der Maske 114 während einer
Inhalation durch den Träger
zur Verfügung steht.
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Während des
Betriebs ergreift die Mikroprozessorsteuereinheit 115 automatisch
eine Maßnahme
für den
Strömungswiderstand
und stellt die Geschwindigkeit des Ventilators 112 auf
die notwendige Stufe automatisch ein.
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In 10 ist
ein Überdruck-Luftreinigungsatemschutzgerät ganz allgemein
mit Bezugszeichen 210 dargestellt. Das Gerät besteht
aus einer Pumpeinheit, in der ein Elektromotor 111 zum
Antrieb eines Radialventilators enthalten ist, eine Antriebsquelle,
die in der Regel eine wieder aufladbare Batterie ist, sowie eine
Motordrehzahlsteuervorrichtung in einer Mikroprozessorsteuereinheit 115 (die
allesamt nicht dargestellt sind). Luft wird in das Atemschutzgerät 210 über einen
Filter gezogen, sie passiert das Ventilatorgebläse und tritt aus der Vorrichtung 210 durch
einen Luftschlauch 211 und eine Maske 212 aus.
Die Maske 212 ist so ausgelegt, damit sie den Mund und
die Nase eines Geräteträgers vollkommen bedeckt,
und ist so einstellbar, um an den Gesichtskonturen des Trägers satt
anliegen zu können.
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Die
Betriebsleistung des Atemschutzgerätes 210 wird von einem
Betriebsmonitor überwacht,
der sich innerhalb der Pumpeinheit befindet. Der Betriebsmonitor
steuert einen Druckmesswertwandler, der in der Nähe des Ventilatorgebläses angeordnet ist,
ein Durchflussmessgerät,
das sich in der Nähe des
Filters befindet, einen Voltmeter, der die Ladung der Batterie überwacht,
sowie einen Druckmesswertwandler 213, der in dem Atemschutzgerät 210 platziert
ist, und der den Druck in dem Raum innerhalb der Maske 212 misst.
Der Druckwandler 213 ist in Kommunikationsverbindung mit
dem Raum innerhalb der Maske 212 über einen elastischen Schlauch 214. Der
Schlauch 214 ist vorteilhafterweise mit der Maske 212 über ein
Anschlussstück
verbunden, das es erlaubt, dass der Schlauch 214 nach dem
Gebrauch des Atemschutzgerätes 210 wieder
leicht entfernt werden kann.
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Sollte
der Luftdruck entweder in dem Ventilator oder innerhalb der Maske 212 sowie
der Luftstrom oder die Batterieladung unterhalb einer voreingestellten
Untergrenze fallen, gibt der Betriebsmonitor ein Warnsignal an den
Geräteträger aus.
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Das
Warnsignal besteht sowohl aus einem hörbaren Ton als auch aus einer
Signalleuchte. Der hörbare
Ton wird durch einen Lautsprecher 215 innerhalb des Atemschutzgerätes 210 generiert,
wobei der Ton über
den Lufttransferschlauch 211 an die Maske 212 übertragen
wird. Die Lichtquelle wird über eine
Leuchtdiode (LED) 216 erzeugt, wobei das Licht an das Sichtfeld
in der Maske 212 des Geräteträgers durch einen Lichtwellenleiter übertragen
wird.
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Sowohl
der Lichtwellenleiter 217 als auch der Luftschlauch 211 sind
mit der Maske 212 über
Anschlussstücke
verbunden, die zulassen, dass diese Gegenstände von der Maske 212 vor
deren Reinigung leicht entfernt werden können.