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Selbsttätige Steuerung einer Nährgaszufuhr, insbesondere für Sauerstoffatemschutzgeräte
Aus der Technik der Sauerstoffatemschutzgeräte und auch anderer chemischer und allgemein
gebräuchlicher Apparaturen, die mit Gasgemischen arbeiten, ist bekannt, daß man
mit Hilfe von Dosierungen über Membranen, Einströmdüsen oder andere selbsttätige
Ventile zu einem bestimmten Umlaufgas ständig das durch Verbrauch entnommene Nährgas
in bestimmten Mengen zusetzt, die z. B. von der Menge des gesamt umlaufenden Gases
abhängig gemacht werden. Bei derartigen Regelungen hat es sich immer wieder gezeigt,
daß der Nährgasverbraucher oft kein konstanter Verbraucher ist; insbesondere nicht
konstant im Verhältnis zu der gesamt umlaufenden Gasmenge. Aus diesem Grunde mußte
der Nährgaszusatz stets etwas höher gehalten werden, um den Mindestprozentsatz an
Nährgas in dem erforderlichen Gemisch nie zu unterschreiten. Hierdurch mußte die
Nährgasbeimengung immer größer sein, als es dem normalen Bedarf entsprach. Die nachfolgend
beschriebene Einrichtung soll nun eine Vorrichtung zeigen, die es ermöglicht, erst
dann den Zusatz an Nährgas im Verhältnis zur Umlaufmenge zu steigern, wenn auch
der. Verbrauch an Nährgas ein größerer als normal gewesen ist. Hierdurch wird der
Verbrauch an Nährgas (z. B. bei Atmungsgeräten an Sauerstoff oder bei anderen chemischen
Geräten an Reaktionsstoff) auf das dem tatsächlichen Verbrauch entsprechende Minimum
`herabgesetzt. Um dieses zu erreichen, wird der eintretende Zustand beachtet, daß
sich bei Mehrverbrauch an Nährgas auch die ;gesamt umlaufende Gasmenge in der Apparatur
verringert. Bei Verminderung der gesamt umlaufenden Menge tritt also der Zustand
ein,
daß dde normal zuströmende Nährgasmenge durch Verbrauch im
Verhältnis zur Umlaufmenge überschritten wurde.
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In Abb. i ist ein Atemschutzgerät dargestellt, dessen Aufbau nach
an sich bekannten Grundsätzen arbeitet. Durch die Einatemöffnung a wird das Gemisch
von Umlaufluft und zugesetztem Sauerstoff eingesaugt und durch die Ausatemöffnung
b dem Gerät wieder zugeführt. Nach bisher bekannter Weise wird bei diesem Vorgang
ein Sauerstoffventil g zusätzlich gesteuert, welchem, entsprechend den bekannten
durchschnittlichen, d. h. maximalen Verbrauchsmengen, durch eine Membran oder ein
Lippenventil entsprechend dem durch das Atmen gegebenen Zirkulationsumlauf reiner
Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche d über das Hauptabsperrventil c zuströmt. Die
Dosierung wird dabei z. B. durch das Größenverhältnis zweier ineinander befindlicher
Bälge e und f bestimmt. Da der Verbrauch, wie oben erwähnt, aber nicht konstant
ist, sondern sich bei angestrengter Arbeit ein höherer Sauerstoffverbrauch ergeben
kann, sinkt das Volumen in den Bälgen e und f erklärlicherweise ab,
da mehr Sauerstoff verbraucht wurde, und gibt so dem Benutzer des Gerätes eine geringere
Umlaufmenge und eine damit zu geringe zusätzliche Sauerstoffmenge frei. Dieses zeigt
sich auch darin, daß der Hub des Balges nicht mehr voll erfolgt, sondern der Balg
nach dem Ausatmen in einer Zwischenstellung stehentleibt, die dem jetzigen Umlaufvolumen
entspricht. Durch ein Zusatzventil, was z. Z. noch von Hand betätigt werden muß,
kann man diesem abhelfen. und genügend Sauerstoff zuströmen lassen, um die Fehlmenge
zu ergänzen. Der Sinn der Erfindung ist also, die Steuerung so zu gestalten, daß
das Steuerventil' g des Sauerstoffes so lange in geöffneter Stellung gehalten wird,
bis der Beutel f seine Höchststellung und damit die volle Füllung wieder erreicht
hat, was bei bisher bekannten Geräten dieser Art nicht der Fall war. Die zusätzliche
Nährgaszufuhr wird nun durch folgende neue mechanische Einrichtung erreicht: Wenn
der Beutel f seine Höchststellung nicht erreicht, bleibt ein Kniehebel h in einer
Stellung, welche das Ventil i geschlossen läßt. Sind nun durch den Unterdruck, der
beim Einatmen auftrat, die beiden Membranen k so bewegt worden, daß eine Öffnung
des Ventils g erfolgte, da in dem Außenraum s vor den Membranen der Unterdruck eine
Auswölbung der Membranen k in Richtung des Raumes s zur Folge hatte, so sind hinter
den Membranen k die Räumen und q mit normaler Außenatmosphäre gefüllt, da
der Raum q Verbindung mit der Außenatmosphäre hat und der Raum n dadurch Verbindung
mit der Außenatmosp'häre erhält, daß das Ventil i bei Unterdruck gegen den Federzug
öffnet und Außenluft einströmen läßt. Diese Luft wird so lange im Raum n festgehalten,
bis der Kniehebel h durch volle Füllung des Beutels f das Ventil
i wieder öffnet. Sobald im Raum s .der Unterdruck nachiläßt, kann nur die
untere Membran k in die Ruhelage zurückkehren und damit das Ventil g schließen,
da der Raum q mit der Außenatmosphäre unmittelbar Verbindung hat. Dadurch wird aber
der Drehpunkt des Hebels p, welcher sich auf der Stange des Ventils g befindet,
verschoben, was, eine Drehung im Uhrzeigersinn des Hebels p zur Folge hat. Durch
diese Drehung des Hebels p öffnet sich das Ventil r nach oben gegen den Widerstand
seiner Zugfeder und gestattet dem Sauerstoff aus dem Behälter d über das Reduzierventil
c in, die Leitung m so lange einzuströmen, bis der Beutel gefüllt ist. Bei Füllung
des Beutels drückt der Kniehebel h auf die Stange des Ventils i und öffnet dieses
Ventil, so daß die Luft aus dem Raum n entweichen kann. Die obere Membran k geht
damit in ihre Ruhestellung zurück und dreht den Hebel p gegen den Uhrzeigersinn
wieder in die ursprüngliche Lage, so daß das Ventil r durch seine Zugfeder wieder
auf dem Ventilsitz zum Aufliegen kommt und damit das Ventil r geschlossen wird.
Der Vorgang läßt sich auch mit einer Membran erreichen, wenn über der Mitte der
oberen Membran k :sich das Ventil g befindet. Dann bleibt das Ventil g offen, so
lange bis der Hebel h das Ventil i öffnet und damit der Membran gestattet, in die
Ruhelage zurückzukehren. Hierbei entfallen der Hebel p und das Zusatzventil
r sowie der Raum q und die untere Membran k. Die Lösung mit
den beiden Ventilen g und r ist nur deshalb zweckmäßig, weil die Zuströmgeschwindigkeit
am Ende der Ausatemphase möglichst groß sein muß, um am Ende der Ausatemphasetis
zum Beginn der Einatemphase das fehlende Volumen in den Beuteln e und
f auffüllen zu können. Hierbei gestattet das Ventil 1, daß Sauerstoff aus
dem Innenbehälter e in den Außenbehälter f überströmt.
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Die Abb. a zeigt eine andere Ausführungsform des gleichen Prinzips.
Um eine in der technischen Durchführung und hinsichtlich der Dimensionierung vereinfachte
Form zu finden, wurde eine Doppelfnem#bran gewählt. Wie in Abb. i befindet sich
die Einatmungsöffnung bei ca und die Ausatmungsöffnung bei b. Der 'Sauerstoff tritt
aus der Flasche d über das Hauptabsperrventil c ein und gelangt in diesem Fall über
zwei Wege in die Bälge e und f. Der erste Weg über die Leitung o führt über
das Absperrventil g, welches durch den Unterdruck zwischen den Membranen k1 und
k2 mittels der Membran k1 geöffnet wird. Dadurch wird das Ventil r in der zweiten
Sauerstoffzufu!hrleitung z geschlossen gehalten. Beide Membranen befinden sich jetzt
in der zueinander gewölbten Stellung II in Abb. 3. Geht nun beim Ausatmen der Beutel
f und damit der Innenbeutel e nicht in, die Höchststellung zurück,
.so hält das Ventil i die Membran k2 in der ausgewölbten Stellung fest und bewirkt
damit, daß das Ventil r sich öffnet, da der Stößel des Ventils g, nachdem die Membran
k1 in Ruhe gekommen ist, dieses ermöglicht (s. Stellung III). Kehrt also bei Schluß
des Ausatemvorganges dadurch, daß der Unterdruck verschwindet, die Membran k1 in
ihre Ruhestellung, d. h. gestreckte Lage, zurück, so schließt sich das Ventil g.
Das Ventil r, welches über der Hülse t
mit der Membran: k2 verbunden
ist, wird aber
durch die Feder u in der Hülse t so weit vorgeschoben,
als es die verlängerte Ventilstange v des Ventils g gestattet. Dadurch strömt durch
das Ventil r über die Leitung w zusätzlicher Sauerstoff in den Beutel
f, bis dieser damit den Kniehebel la anschlägt und das Ventil i öffnet. Bis
zu diesem Augenblick tritt der in der Abb. 3 dargestellte Zustand III ein. Ist nun
die Luft hinter der Membran k2 durch das Ventil i entwichen, da die Vollfüllung
des Beutels erfolgt ist, so ist die Membran k2 auch wieder in die gestreckte Lage
zurückgegangen und hat nunmehr das Ventil r mittels der Hülse t gegen den
Druck der Feder u wieder geschlossen. Die Hülse t gestattet dem auf dem Ventil
r angebrachten Kolben x nur diesen kurzen Weg, was durch eine entsprechende
Arretierung in der Hülse t zu erreichen ist. Dieser Ruhezustand, d. h. beide Membranen
entspannt, ist in der Abb. 3 in Stellung I dargestellt. In der Hülse t ist ein Anschlag
angebracht, der dem Ventil r bzw. der als Kolben verlängerten Ventilstange x durch
eine Arretierung nicht gestattet, in die Hülse t tiefer einzudringen, als es in
der Stellung I dargestellt ist. Es wird also dadurch folgender Vorgang erreicht:
Der beim Ausatmen entstehende Unterdruck im Beutel e pflanzt sich in Leitung in
fort, zieht beide Membranen an, öffnet das Ventil g, gibt Sauerstoff über die Leitungen
o und m in den Beutel e, bis der Ausatmungsvorgang abgeschlossen ist. Hat der Beutel
f damit noch nicht die Höchststellung erreicht, so hält das Ventil i die Luft hinter
der Membran k2 fest und :gestattet in dem Augenblick, wo die Membran k. in Ruhestellung
zurückkehrt und damit das Ventil g schließt, dem Ventil r, sich durch den Federdruck
u zu öffnen und damit zusätzlichen Sauerstoff über die Leitungen z und
w
in den Beutel f einzuschleusen, bis der Hebel h vom Beutel
f erreicht wird, das Ventil i öffnet, wodurch die Membran k2 in Ruhestellung
zurückkehren kann und durch diese Streckung über die Hülse t und den Stößel
x die Feder u wieder spannt und das Ventil r
schließt. Diese Einrichtung
ist somit auch unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der die gesamte Gasmenge
umgewälzt -wird und lediglich abhängig von der Menge des umlaufenden Gases und dadurch
«nieder abhängig vom Verbrauch an Nährgas und unabhängig von der Geschwindigkeit
des Verbrauches an Nährgas und vor allem in keiner. Weise abhängig von der pro Zeiteinheit
unterschiedlichen Verbrauchsmenge.