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Sauerstoff atemschutzgerät mit lungengesteuertem Sauerstoffzusatzventil
Die Erfindung betrifft ein Sauerstoffatemschutzgerät mit lungengesteuertem Sauerstoffzusatzventil,
insbesondere solche Atemschutzgeräte, die den Träger unabhängig machen von der Außenluft.
Mit derartigen Geräten kann er sich überall aufhalten, auch dann, wenn die Außenluft
zu wenig Sauerstoff oder giftige oder schädliche Gase enthält. Diese Atemschutzgeräte
arbeiten mit Kreislauf der Atemluft. Sie enthalten zu diesem Zweck gewöhnlich eine
sogenannte Alkalipatrone, die mit Ätzalkalien gefüllt ist, durch die die Kohlensäure
der Ausatemluft und auch Feuchtigkeit gebunden werden. Die ausgeatmete und gereinigte
Luft gelangt dann in einen Atembeutel, in dem sie wieder mit Sauerstoff angereichert
wird. Diese Anreicherung erfolgt im allgemeinen durch eine gleichmäßige Zufuhr von
Sauerstoff, der in einer Menge von etwa 1,5 1 in der Minute durch eine Zumeßdüse
geführt wird. Auß--r dieser gleichmäßigen Zuführung von Sauerstoff ist häufig noch
ein Handzusatzventil vorhanden, durch dessen Druck der Gerätträger eine über die
von der Zumeßdüse zugeführte Sauerstoffmenge hinausgehende weitere Sauerstoffmenge
dem Atembeutel und damit dem Atemkreislauf zuführen kann. Ferner befindet sich in
diesen Geräten ein lungengesteuertes Sauerstoffzusatzventil. Dieses Ventil tritt
in Tätigkeit, wenn die Luft aus dem Atembeutel ganz oder zum Teil herausgeatmet
worden ist. Das öffnen des Ventils geschieht bisher durch einen vom Atembeutel gesteuerten
Hebel, dessen einer Arm auf das Sauerstoffzuführungsventil drückt und dadurch das
Ventil öffnet. Dieser Hebel kann im
Atembeutel selbst angeordnet
sein. Er kann auch außerhalb des Atembeutels liegen und mit diesem gelenkig verbunden
sein.
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Die Erfindung erstrebt eine Verbesserung der Betätigung des lungengesteuerten
Sauerstoffzusatzventils und besteht darin, daß das Sauerstoffzusatzventil durch
die von einem lungenbetätigten Steuerglied beeinflußte Druck- oder Strömungsenergie
des gleichmäßig zugeführten Sauerstoffes betätigt wird.
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Die im gleichmäßig zugeführten Sauerstoff enthaltene statische oder
kinetische Energie wird gleichsam als Servomotor zum Betätigen bzw. zum Öffnen des
Zusatzventils benutzt. Das Verfahren kann z. B. so durchgeführt werden, daß der
gleichmäßig zugeführte Sauerstoff im Bedarfsfall, d. h. z. B. dann, wenn der Atembeutel
ganz oder zum Teil leergeatmet ist, über ein druckempfindliches Steuermittel, wie
eine Membran, einen Druckkörper oder eine ähnlich wirkende Vorrichtung, derart geleitet
wird, daß der Sauerstoff sich anstaut und durch seinen statischen Druckoder auch
durch seinen kinetischen Druck über das druckempfindliche Steuermittel das Zusatzventil
betätigt. Während bei der geschilderten Verfahrensweise die statische oder auch
kinetische Druckzunahme des gleichmäßig zugeführten Sauerstoffstromes zur Betätigung
des Sauerstoffzusatzventils herangezogen wird, ist es auch möglich, beispielsweise
die Druckabnahme des eine Staukammer durchströmenden, gleichmäßig zugeführten Sauerstoffes
beim Öffnen dieser Staukammer dazu zu benutzen, (las Sauerstoffzusatzventil zu öffnen.
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Bei dem neuen, nach dem Prinzip des Servolnotors arbeitenden Gerät
kann in den Strömungsweg des gleichmäßig zugeführten Sauerstoffes ein vom Atembeutel
gesteuertes Regelventil eingeschaltet und an diesem Weg oder an einer von dem Regelventil
absperrbaren, vorzugsweise klein bemessenen Kammer 12 ein druckempfindliches Steuermittel,
wie eine Membran, ein Druckkörper od. dgl., angeordnet sein, das mit dem Sauerstoffzusatzventil
kraftschlüssig in Verbindung steht. Die Vorrichtung kann z. B. derart gestaltet
sein, daß der gleichmäßig zugeführte Sauerstoff unmittelbar an dem druckempfindlichen
Steuermittel vorbei, wie z. B. durch die Membrankammer des Sauerstoffzusatzventils,
geleitet und hier durch Schließen des Regelventils gestaut wird. Man kann den Sauerstoff
der ständig strömenden Speisung aber auch unter Umgehung des druckempfindlichen
Steuermittels, wie z. B. der 3lembrankammer, gegebenenfalls durch Anordnung eines
besonderen Kanals, unmittelbar in den Atemkreislauf führen und ihm erst im Bedarfsfall
diesen direkten Weg sperren und ihn z. B. in die Membrankammer des Zusatzventils
leiten.
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Das in den Strömungsweg des gleichmäßig zugeführten Sauerstoffes eingeschaltete
Regelventil kann fest oder leicht lösbar mit einer beweglichen Wand des Atembeutels
verbunden sein. Das Regelventil kann auch fest oder leicht lösbar mit einer Membran
verbunden sein, deren eine Seite mit dem Atembeutel in offener Verbindung steht.
Die an dem Strömungsweg liegende, durch das druckempfindliche Steuermittel abgeschlossene
Kammer oder ein zwischen der Zumeßdüse für den gleichmäßig zugeführten Sauerstoff
und dem Regelventil liegender Kanal kann mit einem vorteilhaft federbelasteten,
beispielsweise bei o,5 atü öffnenden ÖTberdruckventil in Verbindung stehen. Das
Zusatzsauerstoffventil ist dann naturgemäß so eingestellt, daß es sich öffnet, wenn
in der Membrankammer ein Druck von etwa 0,4 bis 0,5 atü herrscht. Dadurch
wird die zum Öffnen des Zusatzventils erforderliche Zeit sehr stark verkürzt, weil
die zum Füllen der Membrankammer und der Kanäle erforderliche Sauerstoffmenge gering
ist. Wenn der Raum der Membrankammer zusammen mit den betreffenden Kanälen z. B.
2 cm3 umfaßt, so sind zum Erhöhen des Druckes in diesem Raum um o,5 ata (z,5 at
sei der Öffnungsdruck des Zusatzventils ) 2 X 0,5
r cm3 Sauerstoff erforderlich.
Da nun die ständig strömende Sauerstoffspeisung 1,5 1/min =25 cm3/sec liefert, so
öffnet sich das Zusatzventil praktisch sofort nach Betätigung des Regelventils,
genau genommen nach 1/2s Sekunde. Es tritt also keine oder keine merkbare Unterbrechung
der Sauerstoffbelieferung ein. An sich wäre der Öffnungsdruck des Regelventils beimAusschalten
des Zusatzventils sehr groß, wenn es unter einem Druck voll 3 atü stände. Dieser
Druck entspricht dem Niederdruck des Druckminderers. Bei o,6 atü, wie er z. B. durch
das Überdruckventil eingestellt werden kann, ist nur 1/5 der sonst erforderlichen
Kraft zum Öffnen nötig. Die ständig strömende Sauerstoffspeisung wird, wie schon
oben ausgeführt, nur für ganz kurze Zeit unterbrochen. Schon nach etwa 1/25 Sekunde
tritt sie in Tätigkeit.
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Statt ein Überdruckventil anzuordnen, kann auch die in dem Strömungsweg
des Sauerstoffes liegende, durch das druckempfindliche Steuermittel ab-,geschlossene
Kammer oder ein zwischen der Zumeßdüse für den gleichmäßig zugeführten Sauerstoff
und dem Regelventil liegender Kanal mit einer -zweiten Zumeßdüse, vorzugsweise größeren
Durchmessers, in Verbindung stehen, die bei einem bestimmten Druck, beispielsweise
o.6 atü, die gleiche Sauerstoffmenge ausströmen läßt wie die Zumeßdüse. Diese zweite
Zumeßdüse wirkt genau so wie die Anordnung eines besonderen Überdruckventils. Zwar
wird die Zeitspanne zwischen dem Schließen des Regelventils und dem Öffnen des Zusatzventils
größer, weil ein Teil der Grunddosierung aus der zweiten Zumeßdüse ausströmt, bevor
das Zusatzventil in Tätigkeit tritt. Atemphysiologisch ist diese Unterbrechung der
Sauerstoffzufuhr, !die nur etwa 1/1o Sekunde dauert, unbedenklich. Fabrikatorisch
ist es aber einfacher, eine genau kalibrierte Zumeßdüse zu bauen als ein bei einem
bestimmten Druck sich öffnendes kleines Überdruckventil.
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Die zweite Zumeßdüse kann in den Kegel oder den Sitz des Regelventils
eingebaut sein. Dadurch wird an Raum gespart. Auch wird das Sauerstoffverteilungsstück
leichter. Das Regelventil kann so gebaut oder so angeordnet werden, daß es entgegen
der Wirkung einer Feder geschlossen wird. Dadurch wird das Schließen des Regelventils,
also das
Anspringen des lungengesteuerten Zusatzventils zwar erschwert,
das öffnen aber erleichtert. Es wird erreicht, daß das Regelventil sich selbsttätig
öffnet und das Zusatzventil sich schließt, sobald der Unterdruck im Atembeutel aufhört
zu bestehen. Der Atembeutel wird also nicht prall gefüllt, sondern es wird nur die
wirklich notwendige Sauerstoffmenge in den Atembeutel geleitet.
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In der Wandung der durch ein druckempfindliches Steuermittel abgeschlossenen
Kammer kann ein Druckknopf befestigt sein, durch den das Sauerstoffzusatzventil
von Hand betätigt werden kann. wenn z. B. ein plötzlicher Mehrbedarf des Trägers
an Sauerstoff oder eine Störung der gewöhnlichen Sauerstoffzufuhr eintritt. Dieser
Zusatzknopf arbeitet,unabhängig vom Druckmi.ttel:venbil und kann auch zum Durchspülen
des Gerätes bei Beginn der Benutzung dienen.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß das Regelventil unabhängig
von der Bewegung des Atembeutels von Hand, vorzugsweise mittels eines Hebels, betätigt
werden kann. Derart kann das Zusatzventil ebenfalls geöffnet werden. Die Anordnung
eines Hebels hat den Vorteil, daß eine Membran unter dem Druckknopf vermieden und
dadurch eine Gefahrenquelle in Form einer möglichen Undichtheit im Wege des gleichmäßig
zugeführten Sauerstoffes ausgeschaltet ist.
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Für das neue Verfahren und die neue Vorrichtung ist es natürlich gleichgültig,
ob das Druckminderventil und das Zusatzventil als hebellose Ventile oder mit Hebeln
gebaut sind. Das Zusatzventil kann vom Hochdruck oder auch gegebenenfalls vom Niederdruck
gespeist werden.
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Die Erfindung hat unter anderem den Vorteil, daß zum Betätigen des
lungengesteuerten Zusatzventils die Anordnung eines Hebels an oder im Atembeutel
entfällt. Das lungengesteuerte Zusatzventil springt schon bei sehr geringem Unterdruck
an. Da keine empfindlichen Hebelübersetzungen vorhanden sind, erhält das ganze Gerät
eine sehr widerstandsfähige Bauart. Auch arbeitet das Gerät zuverlässig, da keine
empfindlichen Teile, wie z. B. Steuerhebel, beschädigt werden können. Die neue Art
des lungengesteuerten Sauerstoffventils kann deshalb auch bei ungekapselten Geräten,
z. B. bei den sogenannten Selbstrettern, verwendet werden. Schließlich ist der Atembeutelinhalt
bei den neuen Geräten in voller Größe ausnutzbar, da kein Totraum zwischen Hebel
und Gegenlager vorhanden ist.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der neuen Vorrichtung
dargestellt, und zwar zeigen die Abb. i bis q. unterschiedliche Bauformen im Schnitt.
Bei der Ausführungsform nach Abb. i tritt der von der Sauerstoffflasche kommende
Sauerstoff bei 18 in das Sauerstoffverteilungsstück ein und strömt über das Druckminderventil
i zur Zumeßdüse 2 für die ständig strömende Sauerstoffspeisung und aus dieser durch
den Kanal 16 zum Raum 1a bzw. über die Membran 3 und von da durch die Leitung 1611
durch das Regelventil 5 und über den Anschlußstutzen 14 in den Atembeutel 7 oder
auch unmittelbar in den Einatemweg. Das Regelventil 5 ist durch den Schaft 6 des
Ventilkegels mit dem Atembeutel 7 verbunden, der durch. eine Platte 8 versteift
ist. Durch den beim Einatmen im Atembeutel erzeugten Unterdruck wird der Schaft
6 zusammen mit dem Ventilkegel nach außen gezogen und dadurch das Regelventil 5
geschlossen. Da die Kraft zur Betätigung des Ventils sehr gering ist, kann eine
der Schließkraft entgegengesetzt wirkende Feder 15 zur Erhöhung oder zur Regelung
des Schließdruckes eingeschaltet werden. Ist das Regelventil s geschlossen, so ist
dem aus der Zumeßdüse 2 kommenden Sauerstoff der Abfluß versperrt. In der abgeschlossenen
Leitung 16 bzw. der Kammer 12 steigt der Druck sofort an. Bei einem bestimmten Druck
wird die Membran 3 des Zusatzventils q. betätigt und das Zusatzventil geöffnet.
Zwischen dem Regelventil 5 und der Zumeßdüse 2 ist bei der dargestellten Ausführungsform
noch ein Überdruckventil 9 angeordnet, das sich bei einem bestimmten Druck öffnet
und den stetig weiterfließenden Sauerstoff aus der ständig strömenden Sauerstoffspeisung
in den Atembeutel oder unmittelbar in den Atemweg einströmen läßt. Nach dem öffnen
des Zusatzventils d. wird der Atembeutel aufgefüllt, der sich aufbläht und dann
bei einer bestimmten Füllung über den mit ihm verbundenen Ventilschaft 6 das Regelventil
wieder öffnet. Der in der abgeschlossenen Leitung 12, 16, 16a vorhandene Druck fällt
dann sofort, so daß gleichzeitig auch das Zusatzventil 4 wieder außer Tätigkeit
tritt. In dem Deckel io der Druckkammer 12 ist bei der beschriebenen Ausführungsform
ein Druckknopf 13 angebracht, der in einer elastischen Membran i9 befestigt ist.
Durch Betätigen des Druckknopfes kann dasZusatzventilq. geöffnet «erden, so daß
es dadurch auch als Handzusatzventil benutzbar ist.
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Von der Anschlußbohrung 14 führt ein Entlüftungskanal 23 zu der den
Ventilschaft 6 enthaltenden Kammer, die von einer Membran abgeschlossen ist. Der
Kanal 23 dient dazu, den bei der Entlastung des Raumes 12 durch Anheben des Ventiltellers
5, gegebenenfalls in die den Ventilschaft umgebende Kammer hineinströmenden Sauerstoff
in den Atembeutel abströmen zu lassen, da sonst unter Umständen die Membran angehoben
und das Ventil 5 geschlossen werden könnte.
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Die Ausführungsform nach Abb. 2 entspricht im wesentlichen der eben
beschriebenen Bauart nach Abb. i. Sie unterscheidet sich von dieser durch die Anbringung
eines Hebels i i, der zum Bewegen des Schaftes 6 und damit zum öffnen oder Schließen
des Regelventils 5 benutzt wird. Da beim Schließen des Regelventils 5 sich, wie
oben beschrieben, selbsttätig das Zusatzventil ,4 öffnet, so ersetzt also der Hebel
den bei der Ausführungsform nach Abb, i vorhandenen Druckknopf 13. Außerdem ist
bei dieser Bauart der Schaft des Regelventils 5 leicht lösbar mit der an dem Atembeutel
7 sitzenden Verstärkungsplatte 8 verbunden. Er greift mit seinem Knopf 21 in eine
an der Platte R befestigten Gabel 2o ein.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 dient zur Betätigung des Ventilschaftes
6 eine Membran 17,
deren eine Seite mit dem Atembeutel 7 in offener
Verbindung steht.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 4., die im wesentlichen mit der
Ausführungsform nach Abb. 3 übereinstimmt, ist an Stelle des Überdruckventils 9
eine zweite Zumeßdüse 22 eingeschaltet, die einen größeren Durchmesser als die Zumeßdüse
2 besitzt. Die Zumeßdüse 22 läßt bei einem bestimmten Druck in der Membrankammer
von beispielsweise o,6 atü die gleiche Sauerstoffmenge ausströmen wie die Zumeßdüse
2. Im übrigen wirkt die Zumeßdüse 22 genau so wie das Überdruckventil 9.