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Lungengesteuerte Sauerstoffzumeßvorrichtung mit unter dem Einatmungssog
des Gerätträgers stehender Membran für Höhenatemgeräte Die immer größeren Höhen
der Flugzeuge, die beständige Zunahme ihrer Geschwindigkeit und ihres Aktionsradius
werfen hinsichtlich der Atmungsbedingungen der Flieger verwickelte Probleme auf.
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In biologischer Hinsicht weiß man, daß von einer Höhe von höchstens
3ooo bis 4000 m an die Verdünnung der Luft .durch eine zusätzliche Sauerstoffeinatmung
ausgeglichen werden muß. Diese zusätzliche Sauerstoffeinatmung wird dadurch erzielt,
daß der Flieger mit einer Atemmaske versehen wird, die durch eine Rohrleitung mit
einem Verteilungsgerät für Sauerstoff verbunden ist, dasmit einer Membran versehen
ist, die bei jeder Einatmung des Benutzers einem Unterdruck ausgesetzt wird. Die
Verstellung der Membran bewirkt bei jeder Einatmung eine Zufuhr von reinem Sauerstoff,
der von einem Druckminderer geliefert wird, der den ursprünglich 150 kg/cm2 betragenden
Druck der Sauerstoffflasche auf einen konstanten Niederdruck (z. B. q. kg/cm2) senkt.
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Dieses Verfahren hat bisher sehr gute Ergebnisse geliefert; es erweist
sich j edoch als ungenügend, wenn Höhen von 12 ooo m überschritten werden müssen.
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In diesem Fall muß in die Maske reiner Sauerstoff mit einem Überdruck
geschickt werden, der für eine Höhe von 1500o m etwa 40 cm WS erreichen kann.
Zur
Erzielung dieses Ergebnisses müß die Sauerstoffzufuhr allmählich gesteigert werden,
und zwar entweder von Hand, indem man nach Maßgabe der Zunahme der Höhe eine geeignete
Feder auf die Membran wirken läßt, oder selbsttätig mittels einer Barometerkapsel,
deren Ausdehnung in Abhängigkeit von dem Sinken des Luftdrucks in Verbindung mit
einem Hebelsystem einen zunehmenden Druck auf die Membran ausübt, wodurch ein entsprechender
Überdruck in der Maske hergestellt wird. Es ist selbstverständlich, daß die Maske
tadellos dicht und mit einem kompensierten Ventil versehen sein muß, welches die
Erreichung des nötigen Überdrucks ohne merkliche Gasverluste gestattet.
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Die. Systeme mit Handbetätigung arbeiten zufriedenstellend, ihre Betätigung
stellt jedoch einen lästigen Zwang für den Flieger dar, der schon genug zu tun hat,
um alle anderen Manöver auszuführen.
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Die gegenwärtig benutzten Systeme mit selbsttätiger Steuerung weisen
den Nachteil auf, daß sie Barometerkapseln großer Abmessungen erfordern, um auf
die Mitte der Membran einen Druck auszuüben, der wenigstens dem Innendruck in der
Maske entspricht, so daß dieser Druck bei einem Innendruck von 40 cm WS
je nach der der Membran gegebenen Oberfläche 2 bis 3 kg betragen muß. Ferner
bewirkt der nur auf die Mitte der Membran ausgeübte Druck eine erhebliche Ermüdung
der Membran.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine lungengesteuerte Sauerstoffzumeßvorrichtung
mit unter dem Einatmungssog des Gerätträgers stehender Membran für Höhenatemgeräte,
und das Wesentliche besteht darin, daß von einer vorausbestimmten Höhe an selbsttätig
ein Hilfsgasdruck in Tätigkeit tritt, der in Abhängigkeit von der Höhe veränderlich
ist, so daß während eines Aufstiegs in große Höhen der Hilfsgasdruck drei aufeinanderfolgende
verschiedenartige Phasen aufweist,, deren Anfänge und Enden im voraus entsprechend
vorausbestimmten Höhen regelbar sind, wobei die erste Phase in einem allmählichen
Anstieg des Hilfsgasdrucks bis zu einem vorausbestimmten Wert, -die zweite Phase
in einem gleichbleibenden Betriebszustand, während welchem .der Gasdruck beständig
gleich dem Endwert der ersten Phase bleibt, und die dritte Phase in einer Wiederaufnahme
des Anstiegs des Hilfsgasdrucks mit einer vorausbestimmten Geschwindigkeit, welche
eine Funktion der Höhenänderung ist, besteht.
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Ein solches Gerät erfordert nur eine kleine Barometerkapsel zur Steuerung
des Hilfsgasdrucks, und ihre Einwirkung auf die den Druck in der Einatmungskammer
steuernde Membran kann mit einfachen und leichten Mitteln entsprechend den jeweils
erreichten Höhen selbsttätig veränderlich gemacht werden. Die Vorrichtung wird daher
leicht und erfordert nur ,geringen Raum, und sie paßt den Druck des einzuatmenden
Sauerstoffs selbsttätig dem jeweiligen äußeren Luftdruck bzw. der erreichten Höhe
an, so daß der Gerätträger von der Bedienung des Geräts während eines Höhenfluges
entlastet ist und selbsttätig die jeweils erforderliche Sauerstoffmenge erhält.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema
nebst weiteren vorteilhaften Ausführungsformen.
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In der Zeichnung, die die Vorrichtung im Schnitt darstellt, ist i
das Gehäuse der bei 2 an die von dem Flieger getragene Maske angeschlossenen Sauerstoffzumeßvorrichtung.
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Dieses Gehäuse wird durch die elastische Membran 3 in zwei Abteilungen
unterteilt, von denen die eine mit der Maske und die andere mit dem Außenraum in
Verbindung steht. Die auf der Seite der Maske liegende Abteilung enthält die bereits
bekannten Teile, mit deren Hilfe der durch die Leitung q. ankommende, auf q. kg
entspannte Sauerstoff in -die Maske mit einer veränderlichen Strömungsmenge gelangt,
indem er durch das von der Membran 3 gesteuerte Ventil 5 strömt.
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Die auf der Außenseite liegende Abteilung enthält in der Nähe der
Membran eine Sauerstoffzufuhr 6, deren Durchflußmenge durch das Nadelventil 7 einstellbar
ist, sowie eine Wand 8 mit einer Öffnung 2o, gegen welche sich ein Abströmventil
9 legen kann, welches von einer federnden Lamelle io getragen wird, deren eines
Ende bei i i am Gehäuse i befestigt ist.
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Der durch die Zufuhröffnung 6 eintretende Sauerstoff strömt zwischen
der Membran 3 und der Wand 8 hindurch, dann durch die Öffnung 2o und schließlich
durch die im Gehäuse i angebrachte Öffnung 12 ins Freie.
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In der Nähe der Lamelle io ist parallel zu derselben eine zweite federnde
Lamelle 13 angeordnet, welche ebenfalls bei ii am Gehäuse i befestigt ist.
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Diese federnde Lamelle 13 trägt bei Ausgang von ihrem bei i i eingespannten
Ende zunächst einen regelbaren Hilfstaster 1q., dessen Aufgabe weiter unten erläutert
ist, sowie ein lotrecht über der Mitte des Abströmventils 9 liegendes Auflager 15,
über welches sie zu einem ebenfalls weiter unten erläuterten Zweck noch über eine
gewisse Strecke hinausragt.
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In einer Flucht mit dem Abströmventil 9 und dem Auflager 15 befindet
sich eine kleine Barometerkapsel 16, welche bei 17 an der Patrone befestigt ist.
Bei ihrer Ausdehnung drückt diese Kapsel auf das Auflager 15 und bewirkt die Durchbiegung
der federnden Lamelle 13.
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Die auf der Außenseite liegende Abteilung enthält außerdem zwei an
der Wand 8 befestigte Anschläge 18 und i9, welche je für sich regelbar sind. Der
Anschlag i8 liegt dem einstellbaren Hilfstaster 14 gegenüber, und die Stellung des
Anschlags i9, welcher die Durchbiegung der Lamelle 13 dadurch begrenzt, daß er mit
der freien Verlängerung derselben in Berührung kommt, ist parallel zu der Lamelle
13 in der Richtung i9" und igv regelbar.
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Die Abmessungen der verschiedenen, in der auf der Außenseite liegenden
Abteilung enthaltenen Teile sowie die diese in der Ruhestellung trennenden
Entfernungen
sind so berechnet und eingestellt, daß das Gerät folgendermaßen arbeitet: Nacheiner
geeigneten Einstellung des i\Tadelventils 7, welches die Sauerstoffzufuhr bei 6
auf ein sehr kleines Maximum der Größenordnung von 2 bis 41/h begrenzt, betätigt
am Boden und in geringen Höhen die Membran 3 das Ventil 5 bei jeder Einatmung des
Fliegers.
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Von einer bestimmten Höhe an (z. B. 4ooo m) ist es zweckmäßig, den
Druck des Gasgemisches (Luft -I- O#2) in der Maske etwas zu erhöhen. Dies ist die
erste Arbeitsphase.
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Dies Ergebnis wird durch die Ausdehnung der Barometerkapsel 16 erzielt,
welche mit dem Auflager 15 in Berührung steht und die federnde Lamelle 13 durchbiegt.
Wenn der Hilfstaster 14 mit der federnden Lamelle io in Berührung kommt, wird diese
ihrerseits durchgebogen und drückt das kleine Ventil 9 auf die Öffnung 2o. Dieses
Andrücken erfolgt federnd und nicht starr, so daß der Austritt des durch die Zufuhr
6 ankommenden Sauerstoffs nur gebremst wird; diese Bremsung nimmt jedoch in gleichem
Maße wie dieAusdehnung der Kapsel 16 zu, so daß der Druck des von 6 nach 2o strömenden
Hilfssauerstoffs allmählich in Abhängigkeit von der erreichten Höhe zunimmt.
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Wenn das Flugzeug seinen Aufstieg fortsetzt, dehnt sich die Kapsel
16 weiter aus, und die wachsende Durchbiegung der Lamellen 13 und io drückt das
Ventil immer stärker auf die Öffnung 2o, bis die Lamelle io von dem Anschlag 18
festgehalten wird.
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Von diesem Augenblick an nimmt trotz einer weiteren Ausdehnung der
Kapsel 16 der Druck des Hilfssauerstoffs nicht mehr zu. Dies ist die zweite Phase
oder der konstante Betriebszustand. Die Lamelle 13 biegt sich allein weiter durch,
jedoch erfolgt diese Durchbiegung in bezug auf den Hilfstaster 14 anstatt auf die
Befestigungsstelle i i, bis ihre Verlängerung mit dem Anschlag i9 in Berührung kommt.
Die Lamelle 13 biegt sich dann nicht mehr weiter durch, sie krümmt sich jedoch zwischen
den Punkten 14 und i9, so daß die Art des von ihr der Ausdehnung der Kapsel 16 entgegengesetzten
federnden Widerstands verändert wird.
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Schließlich kommt das Auflager 15 mit dem Ventil 9 in Berührung. Dies
ist die dritte Phase, in welcher die Bremsung des Abströmens des Sauerstoffs wieder
zunimmt und der Druck des Hilfssauerstoffs von neuem ansteigt, jedoch erheblich
schneller als während der ersten, oben beschriebenen Phase.
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Außerdem kann die Krümmung der Lamelle 13 durch Verstellung des Anschlags
i9 in der Richtung iga und i9b verstärkt oder gemildert werden. Diese Veränderung
der Krümmung gestattet eine Anpassung der Geschwindigkeit des zweiten Druckanstiegs
des Hilfssauerstoffs in einer vorausbestimmten Abhängigkeit von der Höhe.
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Ferner gestatten die anderen, für den Hilfstaster 14 und die beiden
Anschläge 18 und i9 vorgesehenen Einstellungen die Regelung des Beginns und des
Endes einer jeden Phase in vorausbestimmter Weise.
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Schließlich ist das erfindungsgemäße Steuersystem durch seine kleinen
Abmessungen und die Leichtheit seiner Teile sowie die geringe Dicke der auf der
Außenseite liegenden Abteilung, welche nur einige Zentimeter beträgt, bemerkenswert.