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Sauerstoffatemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft und lungengesteuerter
Sauerstoffzufuhr Die Erfindung betrifft ein Sauerstoffatemschutzgerät mit Kreislauf
der Atemluft und hingengesteuerter Sauerstoffzufuhr durch einen innerhalb des Atembeutels
angeordneten und mit dessen Bewegung gekoppelten Hilfsbalg, der beim Einströmen
der ausgeatmeten Luft in den Atembeutel aus einem membrangesteuerten Sauerstoffzuführungsventil
Sauerstoff in stets gleichbleibendem Verhältnis zum Füllungsgrad des Atembeutels
ansaugt. Bei einem solchen Gerät wird also der für die Einatmung notwendige Ersatz
dei, in den Atmungsorganen des Gerätträgers verbrauchten Sauerstoffmenge bereits
während der vorhergehenden Ausatmung im Hilfsbalg bereitgestellt. Daher muß das
bei allen Füllungszuständen etwa gleichbleibende Inhaltsverhältnis und daher auch
das Querschnittsverhältnis desHilf fsbeutels zum Atembeutel dem Sauerstoffverbrauch
des Gerätträgers entsprechen, also beispielsweise etwa .4 bis 5 °/o betragen. Der
bei der Ausatmung im Atembeutel wirkende Druck von einigen Millimetern Wassersäule
wirkt infolgedessen über die versteifte bewegliche Wand des Atembeutels mit großer
Fläche auf den 2o- bis 25mal kleineren Querschnitt des Hilfsbeutels. Es steht daher
für die Betätigung des Sauerstoffzuführungsventils eine große Kraft zur Verfügung,
die sich in sehr kleinen. Abmessungen der das Sauerstoffzuführungs.venti.l bedienenden
Bauteile vorteilhaft auswirkt.
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Im Vergleich zu anderen bekannten Geräten mit lungengesteuerter Sauerstoffzufuhr,
bei denen das Sauerstoffzuführungsventil am Ende der Einatmung
durch
den .leer werdenden Atembeutel betätigt und-dker Sauerstoff genau dem Verbrauch
entsprechend ersetzt wird, muß bei einem Gerät der hier behandelten Art berücksichtigt
werden, daß der Sauerstoffverbrauch je nach Arbeitsleistung und Konstitution des
Benutzers zwischen 3,5 und 7'/o schwanken kann. Bei der Frage nach der zweckmäßigen
Festlegung des Inhaltsverhältnisses von Hilfsbalg und Atembeutel ergibt sich, daß
bei geringerer Einstellung des Verhältniswertes und längererDauer eines höheren
Sauerstoffverbrauches der Atembeutel immer mehr entleert wird, bis sein Inhalt für
die Einatmung nicht mehr ausreicht und der Gerätträger auf das mit der Hand zu bedienende
Zuschußventil angewiesen ist. Will man dies vermeiden, so muß das Verhältnis so
groß gewählt werden, daß vom Hilfsbalg stets: ein Ü.berschuß aus dem Sauerstoffzuführungsventil
angesaugt wird. Dann füllt sich der Atembeutel und bläst schließlich den Überschuß
in an sich bekannter Weise durch ein Überdruckentlüftungsventil ab.
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Die sich hieraus ergebende Spülwirkung ist an sich erwünscht, da mit
einem gewissen Gehalt an Stickstoff im Kreislauf des Gerätes gerechnet werden muß,
für dessen Vorhandensein zwei Ursachen bestehen. Die eine besteht darin, daß der
als Nährgas zur Verfügung stehende Sauerstoff nach bestehenden Vorschriften bis
zu 2% Stickstoff enthalten darf. Mit der lungengesteuerten Entnahme des Sauerstoffes
aus dem Hochdruckvorratsbehälter geht dieser Stickstoff nach und nach in den Kreislauf
des Gerätes über. Die zweite Ursache beruht darauf, d'aß der gesamte Kreislauf von
etwa 7 bis 9 1 Inhalt am Anfang des Gebrauches mit atmosphärischer Luft, d. h. 79%
Stickstoff, angefüllt sein kann. Das Vorhandensein und die weitere Ansamm-1'ung
von Stickstoff, der im Atmungsprozeß nicht verbraucht wird, kann den Sauerstoffgehalt
im Kreislauf soweit herabdrücken, daß der Gerätträger unter den physiologischen
Erscheinungen des Sauerstoffmangels zusammenbricht.
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Dieser seit vielen Jahren bekannten sogenannten Stickstoffgefahr wird
durchAusspülung bestimmter Mengen der Kreislaufluft begegnet. Bekanntgewordene Einrichtungen
zur Stickstoffausspülung verwenden entweder eine besondere, gleichbleibende Sauerstoffzufuhr
neben der lungengesteuerten mit Abblasen des Überschusses durch das stets vorhandene
Überdruckentlüftungsventiloder ordnen am Kreislauf von Hand oder selbsttätig durch
den Ausatemdruck bediente Spülventile an, die der Kreislaufluft kurzzeitig oder
fortlaufend kleine Mengen entnehmen und dadurch eine vermehrte Sauerstoffentnahme
aus dem Sauerstoffzufülzrungsventil zur Folge haben.
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Alle diese bekannten Spülverfahren konnten, soweit sie überhaupt als
zuverlässig von der Praxis übernommen wurden, die notwendige Sicherheit gegen die
Stickstoffgefahr nur gegen die erste ihrer oben angeführten Ursachen, den während
des Gebrauches fortlaufenden Zustrom des Stickstoffes aus dem Sauerstoffvorratsbehälter,
gewähren. Gegen die zweite Ursache der Stickstoffgefahr, die bereits am Anfang des
Gebrauches vorhandenen Stickstoffmengen, boten sie trotz teilweiser erheblicher
Sauerstoffverluste nicht die erforderliche Sicherheit, so daß in Übungs- und Gebrauchsanweisungen
das Leersaugen und Durchspülen des Gerätes mit Sauerstoff vor der Benutzung vorgeschrieben
werden muß te.
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Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Gerät ermöglicht
eine wirksame Stickstoffspülung insofern, als die oben als erforderlich nachgewiesene
hohe Einstellung des Inhaltsverhältnisses von Hilfsbalg und Atembeutel bereits eine
selbsttätige Spülung einschließt. Diese Spülung ist jedoch ihrer Menge nach physiologisch
bedingt und entspricht daher nur unvollkommen den Veränderungen des Stickstoffgehaltes
im Kreislauf. Außerdem reicht sie für sich allein keinesfalls aus, um die Wirkung
der am Anfang des Gebrauches vorhandenen Stickstoffmengen auszuschalten. Die in
der Gerätanordnung liegenden Möglichkeiten können daher für sich allein keine Lösung
für die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bieten, die Stickstoffausspülung
völlig selbsttätig zu gestalten.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Cegendruckleammer
des Membrangehäuses des Sauerstoffzuführungsventils über ein Rückschlagventil mit
der Atemleitung und über ein zweites Ventil mit der Außenluft verbunden isst, so
daß die Steuervorrichtung des Sauerstoffzuführungsventils zugleich als Spülmembranpumpe
dient, deren Membran bei. der Ausatmung infolge des beim Auseinanderziehen des Hilfsbalges
in der Steuerkammer des Membrang ehäuses eintretenden Unterdrucks aus der Atemleitung
Spülluft ansaugt und diese, sobald :in die Steuerkammer Sauerstoff eingeströmt ist,
über das zweite Ventil ins Freie drückt.
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Das die Gegendruckkammer des Membrangehäuses mit der Außenluft verbindende
zweite Ventil wird vorzugsweise gebildet vom Druckknopfablaßventil eines in an sieh
bekannter Weise angeordneten Überdruckentlüftungsventils, das durch die versteifte
Wand,des Atembeutels betätigt wird, so daß die von der Membran aus der Atemleitung
angesaugte Spülluft durch die Membran erst dann ins Freie gedrückt und das Sauerstoffzuführungsventil
erst dann infolge des Rückganges der Membran geschlossen wird, sobald nach dem Abfüllen
des Atembeutels die versteifte Wand desselben das Druckknopfablaßventil. öffnet.
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Zweckmäßig ist die Anordnung so getroffen, daß die Membran das Sauerstoffzuführungsventil
unter der Saugwirkung des Hilfsbalges erst nach einem einstellbaren Vorlauf zu öffnen
beginnt, so daß die bei jedem Atemzug selbsttätig erfolgende Spülung aus einer bei
allen Atemzügen gleichbleibenden Grundmenge und einer von der Dauer und Größe der
einzelnen Atemzüge abhängigen Zusatzmenge besteht.
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Die Zeichnung- zeigt ein Ausführungsbeispiel -der Erfindung in schematischer
Darstellung.
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Mit der Öffnung r wird das Sauerstoffatemschutz.gerät durch ein Mundstück
oder eine Maske
an die Atemorgane des Gerätträgers angeschlossen.
DieAusatemluftwird durch denAusatemschlauch2, das Ausatemventil 3 und die Atemleitung
4. in die Luftreinigungspatrone 5 geleitet. Eine Leitung 6 führt die gereinigte
Luft zum Atembeutel 7. Dieser besteht aus einer festen Grundplatte 8 und einer mit
ihr durch balgartig bewegliche Seitenwände 9 verbundenen versteiften Wand io. Aus
dem Atembeutel 7 strömt die Einatemluft durch das Rohr i i, das Einatemventil 12
und den Einatemschlauch i3 zur Öffnung i.
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Zwischen den Wänden 8 und io des Atembeutels 7 und mit den Bewegungen
dieser Wände gekoppelt ist ein Hilfsbalg 14. angeordnet, dessen Innenraum durch
ein Rücksch.lagventil 15 mit dem Innern des Atembeutels 7 in .Verbindung steht.
Eine Rohrleitung 16 verbindet den Hilfsbalg 14 mit der Steuerkammer 17 unter einer
Membran 18, die durch eine Feder i9 in ihrer Grenzlage gehalten wird. Die Gegendruckkammer
2o über der Membran i8 steht durch eine Leitung 21 mit dem Überdruckentlüftungsventil
22 in Verbindung, das ein mit einer schwachen Feder 23 belastetes Rückschlagventil
24. und ein mit einer stärkeren Feder 25 versehenes und durch einen Druckknopf 26
bedienbares Entlüftungsventil 27 enthält. Von dem Rückschlagventil 24 führt
eine Verbindungsleitung 28 zur Ausatemleitung 4..
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Der Verschlußkörper des Sauerstaffzuführungsventils 29, das durch
die Feder 3o geschlossen gehalten wird, ist durch einen Stift 31 mit einer Druckplatte
32 verbunden, die in die Steuerkammer 17 hineinragt. Das Sauerstoffzuführu.ngsventil
ist über einen Druckminderer 33 und das Absperrventil 35 mit der Sauerstoffflasche
3.4 verbunden.
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Die Wirkungsweise eines Sauerstoffatemschutzgerätes nach dem Schema
der Abbildung ist folgende: Bei der ersten Ausatmung nach dem Anlegen des Gerätes
strömt die ausgeatmete Luft durch den Ausatemschlau.ch 2, das Ausatemventil 3, die
Atemleitung 4. in die Luftrei.nigungspatrone 5 und nach Absorption der in ihr enthaltenen
Kohlensäure durch die Leitung 6 in den Atembeutel 7. Bei seiner Ausdehnung wird
von den auseinandergehenden Wänden io und 8 der Hilfsbalg 1.4 auseinandergezogen.
Da das Rüekschlagventi115 einen Ausgleich mit dem Atembeutel ? verhindert, entsteht
in dem Hilfsbalg 1.4 ein Unterdruck, der durch die Leitung 16 auf die Membran 18
einwirkt. Für den Betrag des Unterdruckes ist das Verhältnis der großen Fläche der
beweglichen Wand io des Atembeutels 7 zu der kleinen Ouerschnittfläehe des Hilfsbalges
1.4 maßgebend, so daß bei geringem Überdruck im Atembeutel? ein hoher Unterdruck
für die Einleitung der Bewegung der Membran i8 zur Verfügung steht. Die der Unterdruckwirkung
folgende Membran 18 saugt durch die Leitung 21, das Rückschlagventil 24 des Überdruckentlüftungsventils
22 und die Leitung 28 aus der Atemleitung q. einen Teil der strömenden Ausatemluft
in die Gegendruckkammer 2o. Sie trifft nach einem einstellbaren Vorlauf auf die
Druckplatte 32, die unmittelbar durch den Stift 31 oder eine diesen ersetzende Hebelübersetzung
mit dem Verschlußkörper des Sauerstoffzuführungsventils 29 verbunden ist. Die Größe
und Dauer der jetzt beginnenden Öffnung des Sauerstoffzuführungsventils 29 ist zunächst
abhängig von der Größe und' Dauer der Ausatmung. Solange der Atembeute17 durch die
Ausatmung nicht voll aufgefüllt ist, kann die Feder i9 die Membran 18 nicht in ihre
Ausgangslage zurückführen, da die Ventile 24. und 27 des Überdruckventils 22 das
Entweichen des in die Kammer 2o eingesaugten Teils der Ausatemluft verhindern. Erst
wenn durch weiteren Zustrom aus dem Sauerstoffzuführungsventil29 durch dieLeitung
i6, denHilfsbal'g 14. und nach dem Ausgleich des Unterdruckes in diesem durch das
Rückschlagventil 15 der Atembeutel? aufgefüllt ist und mit seiner Wand io durch
Anheben des Druckknopfes 26 das mit der starken Feder 25 belastete Ventil 27 öffnet,
kann die Feder i9 die Membran 18 in ihre Ausgangslage zurückdrücken. Der in die
Kammer 20 eingesaugte Teil der Ausatemluft wird dabei durch das geöffnete Ventil
27 nach außen abgeblasen. Der Vorgang des Auffüllens des Atembeutels 7 erfolgt sofort
im Anschlüß an den ersten Ausatemzug nach dem Anlegen des Gerätes, da der Atembeutel
im Zustand des Nichtgebrauches meistens, nur wenig Luft enthält. Die weiteren Einatmungen
erfolgen dann vom gefüllten Zustand des Atembeutels 7 aus, und dieser Zustand wird
durch die Anordnung nach der Erfindung selbsttätig aufrechterhalten.
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Das Auffüllen des Atembeutels 7 mit Sauerstoff aus dem Vorratsbehälter
steigert den Sauerstoffgehalt im ganzen Kreislauf selbst in dem ungünstigsten Fall,
daß das ganze Gerät am Anfang mit atmosphärischer Luft, d. h. mit 79% Stickstoff,
gefüllt war, so beträchtlich, daß für den weiteren Verlauf des Gebrauches eine geringe
fortlaufende Spülung eine ausreichende Sauerstoffversorgung des Gerätträgers sichert.
Das bei der ursprünglichen Anordnung dieser Gerätart erforderliche Leersaugen und
Durchspülen mit Sauerstoff vor dem Gebrauch, das leicht vergessen oder unvollkommen
ausgeführt wurde, kann daher entfallen.
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Die bei jeder Ausatmung gleichzeitig mit dem Heranführen von Sauerstoff
durch den Hilfsbalg 1:I erfolgende Ansaugung eines Teils der Ausatemluft durch die
Membran 18 aus der Atemleitung 4. und das Abblasen dieser Spülluft durch Öffnen
des Überdruckentlüftungsventils 22 ergibt dann ebenfalls selbsttätig die Sicherung
gegen Stickstoffansammlung aus der Verunreinigung des im Vorratsbehälter enthaltenen
Sauerstoffes.
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Die Menge jeder einzelnen Spülung kann sehr gering angesetzt werden.
Sie braucht nur etwa 5 % der bei jedem Atemzug vom Hilfsbalg 14 aus dem Sauerstoffzuführungsventil29
herangeführten Sauerstoffmenge auszumachen und beträgt daher bei jedem Hub der Membran
i8 nur einige Kubikzentimeter. Für so .geringe Mengen genügen kleine Abmessungen
der Membran 18, wie sie sich aus der Hiifsbalganordnung der in der vorliegenden
Erfindung behandelten bekannten Gerätart als besonders günstig ergeben.
Das
öffnen des Sauerstoffzuführungsventils 29 durch die Membran 18 kann entweder sofort
mit Beginn der Bewegung der Membran 18 erfolgen, oder aber es kann von der Membran
18 ein Teil der Spülluftmenge bereits angesaugt werden, bevor sie durch Anlegen
an die Druckplatte 32 das Sauerstoffzuführungsventif 29 zu öffnen beginnt, wie in
der Abbildung durch den Abstand der Membran 18 von der Druckplatte 32 angedeutet
ist. Diese Anordnung bewirkt, daß bei geringem Sauerstoffverbrauch eine verhältnismäßig
größere Spülung erfolgt und daher eine höhere Sicherheit gegen Stickstoffansammlung
gegeben ist.
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Um eine möglichst enge Abhängigkeit der Spülluftmenge von der Atemtätigkeit
zu erreichen, erfolgt die Regelung der Sauerstoffzufuhr durch die Membran 18 zweckmäßig
durch eine in dem Schema nicht angedeutete Hebelübersetzung an Stelle des Druckstiftes
31, um der Membran 18 einen hinreichenden Hub zur besseren Anpassung der Spülluftmenge
an die jeweils-abströmende Sauerstoffmenge zu sichern. .
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Wie oben dargelegt wurde, schließt die besondere Arbeitsweise der
lungengesteuerten Sauerstoffzufuhr durch den Hilfsbalg 14 bei jeder Ausatmung bereits
eine Spülung in sich, wenn das Inhaltsverhältnis des Hilfsbalges 14 zum Atembeutel
7 auf einen Höchstwert eingestellt ist, während der Sauerstoffverbrauch des, Gerätträgers
zwischen 3,5 und 7"/o des Luftumsatzes schwanken kann. Die Verlegung des. Schwerpunktes
der Stickstoffspülung auf die Membrani8 des Sauerstoffzuführungsventils29 nach der
Erfindung gestattet jedoch die Beschränkung des Verhättniswertes auf den geringsten
Wert. Der bei. höherem Sauerstoffverbrauch sich ergebende Fehlbetrag der Sauerstoffzufuhr,
der sich bei der bekannten Ausführung des Gerätes ergeben würde, wird nach der Erfindung
dadurch beseitigt, daß die Membran 18 das Schließen des. Sauerstoffzuführungsventils
immer erst zuläßt, wenn der Atembeutel' 7 aufgefüllt ist und durch Öffnen des Ventils.
27 die Entlüftung der Kammer 20 über der Membran i8 bewirkt.
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Alle diese Vorteile der Erfindung werden durch die einfache Maßnahme
der Anordnung einer Gegendruckkammer 20 über der Membran 18 und der Verbindung der
Kammer 2o durch die Leitung 2i mit dem vorhandenen Überdruckentlüftungsventil 22
bekannter und bewährter Bauart erreicht.