EP2906464A1 - Verfahren zur verlängerung der einsatzdauer eines umluftunabhängigen druckluft-atemgeräts - Google Patents

Verfahren zur verlängerung der einsatzdauer eines umluftunabhängigen druckluft-atemgeräts

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Publication number
EP2906464A1
EP2906464A1 EP13782932.1A EP13782932A EP2906464A1 EP 2906464 A1 EP2906464 A1 EP 2906464A1 EP 13782932 A EP13782932 A EP 13782932A EP 2906464 A1 EP2906464 A1 EP 2906464A1
Authority
EP
European Patent Office
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breathing
gas reservoir
state
connecting line
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13782932.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas GRADISCHAR
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2906464A1 publication Critical patent/EP2906464A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00Respiratory apparatus
    • A62B7/02Respiratory apparatus with compressed oxygen or air
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02Divers' equipment
    • B63C11/18Air supply
    • B63C11/22Air supply carried by diver
    • B63C11/24Air supply carried by diver in closed circulation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02Filters for breathing-protection purposes for respirators
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00Respiratory apparatus
    • A62B7/10Respiratory apparatus with filter elements
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/02Valves
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/06Mouthpieces; Nose-clips

Definitions

  • the invention relates to a method for extending the service life of a self-contained compressed air breathing apparatus comprising a storage container for a pressurized, oxygen-containing gas mixture, a possibly connected to the storage container with the interposition of a pressure regulator and a mouthpiece.
  • the invention further relates to a device for extending the service life of self-contained compressed air respirators, comprising a valve device and a respiratory gas reservoir, wherein the valve device has at least one Ex- or Inspirationsanschius for connecting to a mouthpiece, a regulator connection and an expiratory opening and via at least one connecting line is connected to the respiratory gas reservoir.
  • Recirculation-independent compressed air respirators are used inter alia for scuba diving or for respiratory protection applications.
  • the ambient air contains too little oxygen (less than 17% by volume) or if there are toxic gases that can not be absorbed by gas or combination filters, and if the nature and / or concentration of respiratory toxins is unknown, use self-contained aether protection , Since it is difficult to determine in use, for example in the fire department, whether there is actually enough oxygen in the ambient air, mainly the self-contained respiratory protection is used.
  • the oxygen required for breathing is carried in a compressed air cylinder. Even when scuba diving the oxygen required for breathing is carried in a compressed air cylinder.
  • the air pressure of the inhaled air must increase to the same extent to compensate for the pressure difference between extracorporeal and intracorporeal areas and thus to allow breathing.
  • the ambient pressure and thus the inspiratory pressure provided by the SCUBA device increase by 1 bar per 10 m diving depth.
  • SCBA Seif-Contained Breathing Aparatus
  • open systems and circulatory systems (rebreather systems).
  • the present invention is concerned with open systems.
  • the open system does not work with pure oxygen, but with purified compressed air or air-like gas mixtures (Nitrox, Heliox). Since only about 4% of the oxygen is consumed in one breath, the remaining 17% of the oxygen is lost unused as the exhaled breath is released into the environment. Due to the ease of use and the relatively low cost, open systems are preferred by scuba divers and fire departments.
  • Closed circulatory systems are characterized by the fact that the breathing gas is not released into the environment after exhaling, but in the so-called counter-lung with the help of soda lime from carbon dioxide, which is produced in the body through the metabolism and exhaled through the lungs, freed and then again is inhaled.
  • the oxygen content in the breathing gas is kept constant by replacing the used oxygen mechanically, electronically or manually with pure oxygen.
  • Semi-closed systems are characterized in that in the rebreather the consumed oxygen is replaced by the aid of a (mixed) gas source. Due to the steady or consumption-dependent addition of breathing gas in the circuit, there is a need to deliver excess breathing gas through a suitable valve in the environment.
  • the big advantage of rebreathers compared to open systems is the much more efficient utilization of the used respiratory gas and the resulting increase of the use-time.
  • the maximum workplace concentration (MAK value) for 8 hours of daily work for C0 2 is 0.5% by volume with an excess factor of 2, ie 1% by volume in the case of short-term exposure.
  • the toxicity of CO 2 with onset of symptoms begins, however, only from 8% by volume.
  • the principle of rebreathing can also be used for respiratory protection applications.
  • the exhaled air contains 17 vol.% Oxygen, which is sufficient to be inhaled a second time.
  • the combination of a "fresh air breath” and a “recycled breath” results in an average oxygen content of 19 vol. -%, which does not affect performance.
  • the device is between a first state in which the air inhaled from the Speicherbe ⁇ inhaled container is exhaled into a respiratory gas reservoir, and a second state in which the air in the respiratory gas reservoir is back-breathed, back and herfact.
  • the control of the switching takes place volume-dependent, ie, the device is switched from the first to the second state as soon as a defined volume was exhaled into the respiratory gas reservoir. This means that, during a plurality of breaths, first air is inhaled from the storage container and exhaled into the respiratory gas reservoir, and thereafter, during a plurality of breaths, air is inhaled from the respiratory gas reservoir and exhaled into the environment.
  • the present invention now aims to further increase the service life of self-contained compressed air breathing apparatus and to avoid the disadvantages described above.
  • the invention provides in accordance with a ers ⁇ th aspect, a method in which a compressed air breathing apparatus with a storage container for a pressurized, oxygen-containing gas mixture, a device connected to the storage container, if necessary with the interposition of a pressure reducer regulator and a mouthpiece, the following steps are carried out in immediate succession:
  • the procedure is such that a respiratory cycle according to step a) and b) and a respiratory cycle according to steps c) and d2) are performed alternately.
  • a respiratory cycle according to step a) and b) at least one respiratory cycle according to step c) and dl) and finally a respiratory cycle according to step c) and d2) are performed.
  • the breath of a breath of fresh air is first exhaled into the respiratory gas reservoir, whereupon this air is breathed back from the respiratory gas reservoir and exhaled back into the respiratory gas reservoir and then re-breathed. Finally, the back-blown air is exhaled into the environment and then the entire process begins again with the inhalation of a breath of fresh air from the reservoir.
  • a ratio of the breathing cycle according to step a) and b) to the number of breathing cycles according to step c) and dl) of 1: 2, 1: 3 or 1: 4 is selected.
  • said ratio ie the number of consecutively performed breathing cycles according to step c) and dl), is dependent on at least one environmental parameter, in particular the. Ambient pressure, selected. The higher the ambient pressure, the more often the air can be re-breathed from the respiratory gas reservoir without risking falling below the permissible 0 2 content or exceeding the permissible CG 1 content.
  • the mouthpiece when exhaling by means of a switching device is selectively connected either to the respiratory gas reservoir or the environment, the switching device is actuated by a Ex- or inspiratory air stream.
  • the actuation of the switching device for example, by a respiratory gas flow, caused by a respiratory gas flow back pressure, differential pressure or negative pressure.
  • the oxygen contained in the gas mixture is optimally utilized and the duration of use can be considerably extended.
  • the invention according to a second aspect provides a device comprising a valve device and a respiratory gas reservoir, wherein the valve device has at least one exhalation or inspiration connection for connection to a mouthpiece, a regulator connection and an expiration opening, and is connected via at least one connecting line with the breathing gas reservoir, and Characterized in that the valve device cooperates with a switching device to switch the valve device breath-dependent between a first state and a second state, wherein in the first state of the Ex- or inspiratory connection to inhale with the regulator connection and to exhale with the respiratory gas reservoir and in the second state of the ex or inspiratory port for inhalation are connected to the respiratory gas reservoir and to exhale with the expiratory opening.
  • the inventive method can be carried out in a simple manner.
  • the valve device according to the invention can be connected without difficulty instead of the mouthpiece to the regulator of existing compressed air respirators, so that existing systems can easily be retrofitted v / ground.
  • the respiratory gas reservoir provided according to the invention is preferably a flexible bag which, when empty, is completely collapsed and is inflated by the filling with expired air.
  • the respiratory gas reservoir is provided with a protective cover, which consists of a wear-resistant, water and impermeable material.
  • valve device can be connected to the respiratory gas reservoir via only one connecting line, it is advantageous if the air flows through separate connecting lines during inhalation and inhalation.
  • the training is in this context made such that the valve device is connected via a first connecting line and via a second connecting line connected in parallel with the respiratory gas reservoir, wherein in the first state of the Ex- or inspiratory port to inhale with the regulator connection and exhale over the first connection line with the Respiratory gas reservoir and in the second state of the Ex- or inspiratory connection for inhalation via the second connecting line to the respiratory gas reservoir and for exhalation with the expiratory opening are connected.
  • a pressure relief valve is connected to the first connecting line.
  • the ex or inspiration connection can be designed as a single connection or a separate inspiration connection and a separate exhalation connection can be provided.
  • the device is developed in such a way that the switching device is designed to hold the valve device in the first state during exactly one breath, to switch the one breath to the second state and to hold it in the second state for at least one further breath.
  • the switching device is preferably configured to switch the valve device with each breath, so that the valve device redirects every second expiration into the respiratory gas reservoir and removes the air for every second inspiration.
  • the switching device is preferably designed to increase the ventilation l worn in a breath ratio of 1: 2, 1: 3 and / or 1: 4 to switch.
  • the breathing ratio is adjustable.
  • the breath ratio can be set manually or automatically.
  • a sensor for an environmental parameter is preferably provided, which cooperates with the switching device such that the respiratory ratio is set as a function of the environmental parameter.
  • the switching device comprises an actuatable by an Ex or inspiration air flow switching element.
  • the switching member can be actuated by a valve flap, which is acted upon by an expiratory flow and thereby adjusted and the force or positively cooperates with the switching member.
  • the operation of the switching device by a Ex- or inspiratory air flow allows accurate breath-dependent switching, regardless of whether this breath is very deep or very shallow.
  • the switching element can be designed to be actuated, for example, by a respiratory gas flow, a dynamic pressure caused by a respiratory gas flow, differential pressure or negative pressure.
  • the changeover between the first and the second state and back can take place in any desired manner, for example mechanically, electromechanically, electrically, electronically, pneumatically or hydraulically or in any possible combination thereof.
  • the valve device can comprise a rotary piston which can be actuated by the switching element and rotatably mounted in a housing.
  • the switching device preferably interacts with the rotary piston such that the rotary piston is rotated by an angle of 90 ° when switching from the first to the second state.
  • the rotary piston has a passage bore running transversely to the axis of rotation, in order to connect the ex or inspiration connection in the first state via the first connection line to the respiratory gas reservoir and in the second state via the second connection line to the respiratory gas reservoir connect.
  • the device according to the invention for further extension of the dipping time can be designed such that the rebreathing rate increases as a function of the dipping depth.
  • no rebreathing could take place, between 10m and 20m each breath is lx back-breathed (1: 1), between 20m and 30m 2x (2: 1) etc.
  • a soda lime filter is used, already between 0m and 10m are started with the one-time rebreathing, the cascade shifts to lesser depths.
  • the proportion of recycle in the range between 0m and 10m can be reduced to a safe level or rebreathing canceled.
  • a self-contained compressed air breathing apparatus which comprises a Speicherbe- container for a pressurized, oxygen-containing gas mixture, a possibly connected to the storage container with the interposition of a pressure regulator regulator and a mouthpiece, in addition a inventive A device as described above according to one of claims 6 to 18 is provided, wherein the Ex or inspiratory connection to the mouthpiece and the regulator connection are connected to the regulator.
  • the regulator and the rebreathing device according to any one of claims 6 to 18 may be formed either as separate components from each other or combined into a common unit.
  • FIG. 2 shows a functional diagram of the breathing apparatus
  • FIG. 3 shows the valve device together with the respiratory gas reservoir in a three-dimensional view
  • FIG. 4 shows a first view of the valve device during inspiration
  • FIG. a second 6 shows a first view of the valve device during expiration into the respiratory gas reservoir
  • FIG. 7 shows a second view of the valve device during expiration into the respiratory gas reservoir
  • FIG. 8 shows a first view of the valve device during the rebreathing
  • FIG. 10 shows a first view of the valve device during expiration into the environment
  • FIG. 11 shows a second view of the valve device during expiration into the environment.
  • a conventional compressed air breathing apparatus namely an SCBA apparatus
  • the system comprises a storage tank 1 for compressed air, which is designed as a compressed air cylinder and to which a pressure reducer 2 is connected.
  • a pressure reducer 2 is connected to the pressure reducer 2 via a medium-pressure hose 3, a regulator 4.
  • the valve device 5 is connected to the regulator.
  • the valve device 5 has an ex or inspiration connection 15 for connecting the mouthpiece 6 and an expiration opening 7.
  • the valve device 5 is further connected via a connecting line 8 with a respiratory gas reservoir 9, wherein the connecting line 8 may be equipped with a Atemkalkfilter 10.
  • a pressure relief valve 11 is connected to the connecting line 8.
  • the respiratory gas reservoir 9 is surrounded by a protective cover 12.
  • the mode of operation of the system illustrated in FIG. 1 will now be explained with reference to the functional diagram according to FIG.
  • the valve device 5 is connected so that the air coming from the storage tank 1 passes through the regulator connection 14 of the valve device 5 in the same directly to the inspiratory line 15 and via the connected mouthpiece 6 in the lung 13.
  • the air again passes via the mouthpiece 6 into the valve device 5 and is guided there so that it acts on a control valve or a valve flap 16 which actuates a switching element 17 indicated schematically.
  • the exhalation passes in the position shown in Figure 2 of the switching valve 18 via the connecting line 8 and the Atemkalkfilter 10 in the respiratory gas reservoir 9.
  • the provision of the control valve 16 causes an actuation of the switching member 17, whereby the Switching valve 18 is changed from the first state shown in Figure 2 in the second state.
  • the inspiratory port 15 is now connected via the changeover valve 18 to the respiratory gas reservoir 9, so that respiration of the air in the respiratory gas reservoir 9 into the lung 13 can take place.
  • the exhalation again acts on the control valve 16, wherein at the completion of the exhalation, the control valve 16 so cooperates with the switching member 17, that the switching valve 18 is again adjusted from the second state to the first state shown in Figure 2, so that in the subsequent inhalation again fresh air from the storage container 1 can be inhaled.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the valve device 5 together with the regulator 4, the soda lime container 10 and the respiratory gas reservoir 9 shown.
  • the valve device 5 has a regulator connection 14 for connecting the regulator 4.
  • the ex or inspiratory port for connecting the mouthpiece, not shown, is designated 15.
  • the expiration opening 7 is designed as a flutter valve.
  • the valve device 5 is connected to the respiratory gas reservoir 9 via a first connecting line 22 and via a second connecting line 21 shown schematically.
  • the valve device 5 has a connection 19 for the second connection line 21 and a connection 20 for the first connection line 22.
  • the first connecting line 22 is equipped with a Atemkalkfilter 10 and is connected in parallel to the second connecting line 21.
  • FIG. 4 to 11 for better clarity, only the valve device 5 is shown, wherein the housing has been partially omitted in order to better represent the course of the air flows can.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate the inspiration of fresh air from the storage container 1 into the lungs 13.
  • the fresh air passes via the regulator connection 14 into the valve device 5 and is conducted there via a cavity corresponding to the dashed line to the inlet or expiration connection 15.
  • the control valve and the control valve 16 is shown, which cooperates with a switching element 17 designed as a switching element.
  • the slide switch 17 is provided at its free end with a hook-shaped extension 23 which engages behind a first switching pin 24 in the position shown in Fig. 5.
  • the switching pin 24 is arranged on an end face of the rotary piston 25, whose function will be explained in more detail with reference to the following figures.
  • FIGS. 6 and 7 show the expiration of the air from the lung 13 via the first connecting line 20 into the respiratory gas reservoir 9.
  • the exhaled air passes through the Ex- or inspiration port 15 in the valve device 5 and presses the control valve or the valve flap 16, wherein the valve flap 16 is pivotally mounted about the pivot axis 26. Thereafter, the air flows through the through-bore 27 formed in the rotary piston 25 and flows via the connection 20 into the first connection line 22.
  • the slide switch 17 is displaced in the direction of the arrow 28 has been. An opening of the expiratory air path and thus a flowing past the exhaled air on the valve flap 16 is only possible after the hook-shaped extension 23 has skipped the switching pin 29.
  • valve flap 16 returns, for example spring-actuated to its original position, whereby the slide switch 17 together with its hook-shaped extension 23 is brought back into the position shown in Figure 9, wherein the hook-shaped extension 23 in its return movement, the second switching pin 29th takes and entrains, whereby the rotary piston 25 is rotated by 90 ° to take the position shown in Figures 8 and 9.
  • the rotary piston 25 is rotated by 90 ° to take the position shown in Figures 8 and 9.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst, sind folgende Schritte vorgesehen: a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter, b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir, c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir und d1) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oder d2) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.

Description

Verfahren zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Ein- satzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst.
Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft- Atemgeräten, umfassend eine Ventileinrichtung und ein Atemgasreservoir, wobei die Ventileinrichtung wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsanschiuss zum Verbinden mit einem Mundstück, einen Atemregleranschluss und eine Exspirationsöffnung aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist. Umluftunabhängige Druckluft-Atemgeräte werden unter anderem beim Gerätetauchen oder für Atemschutzanwendungen eingesetzt. Enthält die Umgebungsluft zu wenig Sauerstoff (weniger als 17 Vol.-%) oder sind giftige Gase vorhanden, die durch Gas- oder Kombinationsfilter nicht absorbiert werden können, und ist die Art und/oder die Konzentration von Atemgiften unbekannt, muss umluftunabhängiger Ätemschutz verwendet werden. Da im Einsatz z.B. bei der Feuerwehr schwer feststellbar ist, ob tatsächlich genug Sauerstoff in der Umgebungsluft vorhanden ist, wird hauptsächlich der umluftunabhängige Atemschutz eingesetzt. Beim Arbeiten mit umluftunabhängigem schweren Atemschutz wird der zur Atmung notwendige Sauerstoff in einer Pressluftflasche mitgeführt . Auch beim Gerätetauchen wird der zur Atmung notwendige Sauerstoff in einer Pressluftflasche mitgeführt. Aufgrund der Steigerung des Umgebungsdrucks (Wasserdrucks) auf den Brustkorb mit zunehmender Tauchtiefe muss auch der Luftdruck der Einatemluft (Inspirationsluft) im selben Maße steigen, um die Druckdifferenz zwischen extrakorporalen und intrakorporalen Bereichen auszugleichen und dadurch die Atmung zu ermöglichen. Pro 10m Tauchtiefe steigen der Umgebungsdruck und damit der vom SCUBA- Gerät ( Seif-Contained Underwater Breathing Aparatus) zur Verfü- gung gestellte Inspirationsdruck um 1 bar.
Bei sogenannten SCBA-Geräten (SCBA = Seif-Contained Breathing Aparatus) werden prinzipiell zwei Systeme unterschieden, offene Systeme und Kreislaufsysteme (Rebreather-Systeme) . Die vorlie- gende Erfindung befasst sich mit offenen Systemen.
Beim offenen System wird nicht mit reinem Sauerstoff, sondern mit gereinigter Pressluft oder luftähnlichen Gasgemischen (Nit- rox, Heliox) gearbeitet. Da nur ca. 4% des Sauerstoffes bei einem Atemzug verbraucht werden, gehen die restlichen 17% des Sauerstoffes unverbraucht verloren, da das ausgeatmete Atemgas in die Umgebung ausgelassen wird. Aufgrund der einfachen Handhabung und der vergleichsweise niedrigen Anschaffungskosten werden offene Systeme von Sporttauchern und bei Feuerwehren bevorzugt.
Im Atemschutz-Einsatz werden meist freitragbare Isoliergeräte z.B. Pressluftatmer verwendet. Aufgrund der begrenzten Luftmenge ist jedoch die Einsatzdauer meist auf 15 - 30 Minuten be- grenzt. Die Einsatzdauer ist abhängig vom Alter des Geräteträ¬ gers, von der körperlichen Leistungsfähigkeit und der Art der Belastung im Einsatz. Bei 200bar-Geräten sind zwei Flaschen mit je 4 Litern Inhalt üblich. Das ergibt rechnerisch 1600 Liter Normalluft und eine Einsatzdauer von ca. einer halben Stunde.
Geschlossene Kreislaufsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass das Atemgas nach dem Ausatmen nicht in die Umgebung abgegeben, sondern in der sog. Gegenlunge mit Hilfe von Atemkalk vom Kohlendioxid, das im Körper durch den Stoffwechsel entsteht und über die Lunge abgeatmet wird, befreit und dann erneut eingeatmet wird. Der Sauerstoffgehalt im Atemgas wird konstant gehalten, indem der verbrauchte Sauerstoff mechanisch, elektronisch oder manuell durch reinen Sauerstoff ersetzt wird.
Halbgeschlossene Systeme sind dadurch charakterisiert, dass im Kreislaufgerät der verbrauchte Sauerstoff durch Zuhilfenahme einer (Misch) gasquelle ersetzt wird. Durch den stetigen bzw. verbrauchsabhängigen Zusatz von Atemgas in den Kreislauf besteht die Notwendigkeit, überschüssiges Atemgas durch ein geeignetes Ventil in die Umgebung abzugeben.
Der große Vorteil von Rebreathern gegenüber den offenen Systemen ist die sehr viel effizientere Ausnützung des verwendeten Atemgases und die daraus resultierende Verlängerung der Einsat zdauer .
Probleme mit Rebreathern ergeben sich aus der aufwendigen und komplexen Steuerungstechnik, welche oft störanfällig ist. und eine Spezialausbildung des Anwenders notwendig macht. Falsche Handhabung oder Fehler des Gerätes (z.B. verbrauchter oder feuchter Atemkalk) können zu einem erhöhten Kohlendioxidanteil und damit zu Unfällen, wie z.B. Kohlendioxidvergiftungen führen . Zur Verlängerung der Einsatzdauer von offenen Systemen wurde in der DE 102005023392 B2 bereits vorgeschlagen, die eingeatmete Luft in ein Atemgasreservoir auszuatmen und diese Luft in der Folge rückzuatmen. Der Hintergrund der Rückatmung in offenen Systemen wird in der Folge anhand von Tauchanwendungen und von Atemschutzanwendungen erläutert.
Da sich die Zusammensetzung der Luft beim Tauchen mit dem steigenden Umgebungsdruck nicht ändert, bleiben die fraktionellen Konzentrationen von Stickstoff ( FN2=0 , 791 ) , Sauerstoff
209) , Kohlendioxid (FCO2=0, 0003) sowie der übrigen Gase (Edelgase, Spurengase) konstant. In weiterer Folge wird bei einer Tiefe von beispielsweise 10m aufgrund der Verdopplung des Druckes die doppelte Menge Sauerstoff eingeatmet: 1 Liter Luft bei Umgebungsdruck enthält ca. 130mg 02, bei doppeltem Druck (in 10m Wassertiefe) enthält derselbe Liter Luft bereits 260mg 02. Allerdings verbraucht der menschliche Körper bei höherem Druck nicht mehr Sauerstoff als bei gleichem Aktivitätsgrad an Land (Luftdruck lbar) . Bei einer (^-Aufnahme von ca. 30mg pro Atemzug in Ruhe entspricht dies bei lbar Druck einem 02-Volumen von ca. 24ml, bei 2bar Druck ist dies ein Volumen von ca. 12ml pro Atemzug. Daraus ergibt sich ein 02-Gehalt (fraktionelle Konzentration) der Exspirationsluft von ca. 19 Vol-% ( FO2=0 ,19). Konkret ändert sich der 02-Gehalt der Exspirationsluft über die von 16, 6 Vol.-% an der Wasseroberfläche zu 20, 5 Vol-% in 30m Tiefe. Dieser 02-Gehalt ist jedenfalls hoch genug, um die Exspirationsluft gefahrlos ein weiteres Mal einatmen zu können.
Wesentlich kritischer als die ausreichende Sauerstoffmenge ist die Erhöhung der C02~Konzentration . Die Exspirationsluft bei Umgebungsdruck von lbar hat einen C02-Gehalt von etwas über 4 Vol-%, in 10m Tauchtiefe allerdings nur noch ca. 2 Vol-%. Wird die Exspirationsluft nochmals eingeatmet, so hat diese Inspira- tionsluft bereits diesen erhöhten C02-Gehalt, die entsprechende Ausatemluft einen noch höheren Gehalt.
Die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) für 8 Stunden tägliche Arbeit liegt für C02 bei 0,5 Vol-% mit einem Überschreitungsfaktor von 2, also bei 1 Vol-% bei kurzzeitiger Exposition. Die Toxizität von CO2 mit beginnender Symptomatik beginnt allerdings erst ab 8 Vol-%. Somit kann für Freizeit- Taucher, für die der MAK-Wert bedeutungslos ist, gefahrlos mit einer mittleren C02-Konzentration von maximal 2 Vol-% gearbeitet werden, was zu einer Verdopplung der Tauchdauer führt.
Auch bei Atemschutzanwendungen kann das Prinzip der Rückatmung angewendet werden. Die Ausatemluft enthält 17 Vol.-% Sauer- stoff, was ausreichend ist, um ein weiteres Mal eingeatmet zu werden. Aus der Kombination eines "Frischluft-Atemzugs" und eines "Recycling-Atemzugs" ergibt sich ein durchschnittlicher Sauerstoff-Gehalt von 19 Vol . -% , der keine Leistungseinschränkung bewirkt.
Bei der Ausführung gemäß der DE 102005023392 B2 wird das Gerät zwischen einem ersten Zustand, in dem die aus dem Speicherbe¬ hälter eingeatmete Luft in ein Atemgasreservoir ausgeatmet wird, und einem zweiten Zustand, in dem die im Atemgasreservoir befindliche Luft rückgeatmet wird, hin- und hergeschaltet. Die Steuerung der Umschaltung erfolgt dabei volumsabhängig, d.h. das Gerät wird vom ersten in den zweiten Zustand umgeschaltet, sobald ein definiertes Volumen in das Atemgasreservoir ausgeatmet wurde. Dies bedeutet, dass während einer Mehrzahl von Atem- zügen zuerst Luft aus dem Speicherbehälter eingeatmet und in das Atemgasreservoir ausgeatmet wird und danach während einer Mehrzahl von Atemzügen Luft aus dem Atemgasreservoir eingeatmet und in die Umgebung ausgeatmet wird. Dies ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Zum einen ist das Rückatemverhältnis nicht veränderbar, d.h. die Luft kann nur einmal aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet werden. Zum anderen besteht die Gefahr einer C02-Vergiftung, wenn das im Atemgasreservoir befindliche Gas beim Auftauchen expandiert, sodass die Rückat- mung über einen längeren Zeitraum als beabsichtigt erfolgt. Außerdem führt die Ausbildung gemäß DE 102005023392 B2 dazu, dass sich beim Ausatmen der Luft in das Ätemgasreservoir über eine Mehrzahl von Atemzyklen ein relativ großes Gasvolumen im Atemgasreservoir ansammelt, was eine Erhöhung des Auftriebs des Tauchers bewirkt. Beim Rückatmen verringert sich das Volumen im Atemgasreservoir wiederum, sodass der Taucher einer ständigen Höhenänderung unterworfen ist.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräten weiter zu erhöhen und die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem ers¬ ten Aspekt ein Verfahren vor, bei dem mit einem Druckluft- Atemgerät mit einem Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einem an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und einem Mundstück, die folgenden Schritte unmittelbar aufeinanderfolgend vorgenommen werden:
a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter, b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir,
c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir und dl) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oder d2) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.
Wesentlich ist somit, dass immer nur die Luft eines einzigen Atemzugs in das Atemgasreservoir ausgeatmet und in der Folge aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, jeden Atemzug in einem genau definierten Verhältnis rückzuatmen, wobei dieses Verhältnis 1:1 (d.h. jeder Atemzug wird einmal rückgeatmet), 2:1 (zweimalige Rückatmung jedes Atemzugs) oder jedes ganzzahlige Vielfache davon sein kann (3:1, 4:1,...) .
Dadurch, dass das Ausatmen entweder in ein Atemgasreservoir oder in die Umgebung erfolgt, werden die Nachteile von komplexen, geschlossenen Kreislaufsystemen vermieden. Insbesondere wird die Ausatemluft nicht mit frischem Gasgemisch vermischt, sodass immer eine definierte Menge an Sauerstoff zur Verfügung steht .
Bei einer bevorzugt vorgesehenen einmaligen Rückatmung jedes Atemzuges wird so vorgegangen, dass ein Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) und ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) abwechselnd vorgenommen werden.
Für eine mehr als einmalige Rückatmung jedes Atemzuges wird bevorzugt so vorgegangen, dass nach einem Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) wenigstens ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und dl) und abschließend ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) vorgenommen werden. Die Atemluft eines Atemzuges frischer Luft wird zuerst in das Atemgasreservoir ausgeatmet, worauf diese Luft aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet und wieder in das Atemgasreservoir ausgeatmeten und danach wieder rückgeatmet wird. Zum Schluss wird die rückgeatmete Luft in die Umgebung ausgeatmet und danach beginnt der gesamte Vorgang wieder mit dem Einatmen eines Atemzuges frischer Luft aus dem Speicherbehälter . Bevorzugt wird ein Verhältnis des Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) zur Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) von 1:2, 1:3 oder 1:4 gewählt. Bevorzugt wird das genannte Verhältnis, d.h. die Anzahl der hintereinander durchgeführten Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl), in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungsparameter, insbesondere dem. Umgebungsdruck, gewählt. Je höher der Umgebungsdruck, desto öfter kann die Luft aus dem Atemgasreservoir rückgeatmet werden ohne eine Unterschreitung des zulässigen 02- Gehalts oder eine Überschreitung des zulässigen CG^-Gehalts zu riskieren .
Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Mundstück beim Aus- atmen mithilfe einer Umschalteinrichtung wahlweise entweder mit dem Atemgasreservoir oder der Umgebung verbunden wird, wobei die Umschaltvorrichtung von einem Ex- oder Inspirationsluft- strom betätigt wird. Die Betätigung der Umschaltvorrichtung kann beispielsweise durch einen Atemgasstrom, einen durch einen Atemgasstrom hervorgerufenen Staudruck, Differenzdruck oder Unterdruck erfolgen.
Auf Grund der Möglichkeit der mehrmaligen Rückatmung wird der im Gasgemisch enthaltene Sauerstoff optimal genützt und die Einsatzdauer kann erheblich verlängert werden.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung vor, die eine Ventileinrichtung und ein Atemgasreservoir umfasst, wobei die Ventilein- richtung wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Verbinden mit einem Mundstück, einen Atemregleranschluss und eine Exspirationsöffnung aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist, und sich dadurch auszeichnet, dass die Ventileinrichtung mit einer Umschalteinrichtung zusammenwirkt, um die Ventileinrichtung atemzugabhängig zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umzuschalten, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem Atemregleranschluss und zum Ausatmen mit dem Atemgasreservoir und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem Atemgasreservoir und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung verbunden sind. Mit einer derartigen Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise durchführen. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung lässt sich ohne Mühe anstelle des Mundstücks an den Atemregler bestehender Druckluft- Atemgeräte anschließen, sodass bestehende Systeme ohne Weiteres nachgerüstet v/erden können.
Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Atemgasreservoir handelt es sich bevorzugt um einen flexiblen Beutel, der im leeren Zustand vollständig kollabiert ist und durch das Befüllen mit ausgeatmeter Luft aufgeblasen wird. Insbesondere ist das Atem- gasreservoir mit einer Schutzhülle versehen, die aus einem verschleißfesten, wasser- und luftundurchlässigen Material besteht .
Obwohl die Ventileinrichtung über lediglich eine Verbindungs- leitung an das Atemgasreservoir angeschlossen werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Luft beim Aus- und Einatmen über gesonderte Verbindungsleitungen strömt. Die Ausbildung ist in diesem Zusammenhang derart getroffen, dass die Ventileinrichtung über eine erste Verbindungsleitung und über eine parallel dazu geschaltene zweite Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir verbunden ist, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Einatmen mit dem Atemregleranschluss und zum Ausatmen über die erste Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspi- rationsanschluss zum Einatmen über die zweite Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir und zum Ausatmen mit der Exspira- tionsöffnung verbunden sind. Das Vorsehen von zwei gesonderten Verbindungsleitungen für den Exspirations- und den Inspirationsvorgang ermöglicht eine bevorzugte Ausbildung, bei der in der ersten Verbindungsleitung ein Atemkalk-Filter angeordnet ist. Dadurch kann das bei der Ausatmung anfallende Kohlenstoffdioxid vor der Rückatmung auf chemischem Wege entfernt werden.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn an die erste Verbindungsleitung ein Überdruckventil angeschlossen ist.
Der Ex- bzw. Inspirationsanschluss kann als ein einziger An- schluss ausgebildet sein oder es kann ein gesonderter Inspirationsanschluss und ein gesonderter Exspirationsanschluss vorgesehen sein.
Bevorzugt ist die Vorrichtung derart weitergebildet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung während genau eines Atemzugs in dem ersten Zustand zu halten, nach dem einen Atemzug in den zweiten Zustand umzuschalten und für wenigstens einen weiteren Atemzug in dem zweiten Zustand zu halten .
Für die einmalige Rückatmung jedes Atemzugs ist die Umschalteinrichtung bevorzugt ausgebildet, um die Ventileinrichtung bei jedem Atemzug umzuschalten, sodass die Ventileinrichtung jede zweite Exspiration in das Atemgasreservoir umleitet und die Luft für jede zweite Inspiration aus diesem wieder entnimmt.
Zur Erzielung einer mehrmaligen Rückatmung eines Atemzuges ist die Umschalteinrichtung bevorzugt ausgebildet, um die Venti- leinrichtung in einem Atemverhältnis von 1:2, 1:3 und/oder 1:4 umzuschalten. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Atemverhältnis einstellbar ist. Das Atemverhältnis kann hierbei manuell oder automatisch eingestellt werden. Im letzteren Fall ist bevorzugt ein Sensor für einen Umgebungsparameter vorgesehen, der mit der Umschalteinrichtung derart zusammenwirkt, dass das Atemverhältnis in Abhängigkeit von dem Umgebungsparameter eingestellt wird. Um eine zuverlässige und automatische Umstellung der Ventileinrichtung sicherzustellen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung ein von einem Ex- oder Inspirationsluftstrom betätigbares Schaltglied umfasst. Beispielsweise kann das Schaltglied von einer Ventilklappe betätigt werden, die von einem Exspirationsstrom beaufschlagt und dadurch verstellt wird und die kraft- oder formschlüssig mit dem Schaltglied zusammenwirkt.
Die Betätigung der Umschalteinrichtung durch einen Ex- oder Inspirationsluftstrom ermöglicht ein exaktes atemzugabhängiges Umschalten, unabhängig davon, ob dieser Atemzug sehr tief oder sehr flach ist .
Hierbei kann das Schaltglied ausgebildet sein, um beispielswei- se durch einen Atemgasstrom, einen durch einen Atemgasstrom hervorgerufenen Staudruck, Differenzdruck oder Unterdruck betätigt zu werden.
Generell kann die Umstellung zwischen dem ersten und dem zwei- ten Zustand und zurück in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise mechanisch, elektro-mechanisch, elektrisch, elektronisch, pneumatisch oder hydraulisch oder in jeder möglichen Kombination hiervon. In konstruktiv besonders einfacher Weise kann die Ventileinrichtung einen von dem Schaltglied betätigbaren, in einem Gehäuse rotierbar gelagerten Rotationskolben umfassen. Die Um- schalteinrichtung wirkt dabei bevorzugt mit dem Rotationkolben derart zusammen, dass der Rotationskolben beim Umschalten vom ersten in den zweiten Zustand um einen Winkel von 90° verdreht wird. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass der Rotationskolben eine quer zur Rotationsachse verlaufende Durch- gangsbohrung aufweist, um den Ex- bzw. Inspirationsanschluss im ersten Zustand über die erste Verbindungsleitung mit dem Atemgasreservoir und im zweiten Zustand über die zweite Verbin- dungsleitung mit dem Atemgasreservoir zu verbinden. Wie bereits erwähnt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur weiteren Verlängerung der Tauchdauer so ausgeführt werden, dass die Rückatmungsrate in Abhängigkeit der Tauchtiefe ansteigt. Somit könnte zwischen 0m und 10m keine Rückatmung stattfinden, zwischen 10m und 20m wird jeder Atemzug lx rückgeatmet (1:1), zwischen 20m und 30m 2x (2:1) usw. Wird zusätzlich ein Atemkalk-Filter verwendet, kann bereits zwischen 0m und 10m mit der einmaligen Rückatmung begonnen werden, die Kaskade verschiebt sich hin zu geringeren Tiefen. Diese Zusammenhänge werden in der nachfolgenden Tabelle verdeutlicht.
Tiefenbereich RückatmungsVerhältnis RückatmungsVerhältnis ohne Atemkalk-Filter mit Atemkalk-Filter
0m bis 10m 1:1
10m bis 20m 1:1 2:1
20m bis 30m 2:1 3:1
30m bis 40m 3:1 4 : 1 Mit einem zusätzlichen Konstruktionselement in dem Atemgasreservoir kann der Recyclinganteil im Bereich zwischen 0m und 10m auf ein sicheres Maß reduziert oder die Rückatmung aufgehoben werden. Die Reduzierung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Tauchtiefe erfolgen, wobei ein geschlossener Ballon in das Atemgasreservoir integriert ist. An der Wasseroberfläche füllt das Volumen des Ballons das Volumen des Atemgasbehälters teilweise oder vollständig aus. Bei steigendem Außendruck (=Tauchtiefe) wird das Volumen des Ballons geringer, wodurch sich das nutzbare Volumen des Atemgasreservoirs vergrößert und somit der Rückatmungsgrad steigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein umluftunabhängiges Druckluft-Atemgerät vorgesehen, das einen Speicherbe- hälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst, wobei ergänzend eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie oben beschrieben nach einem der Ansprüche 6 bis 18 vorgesehen ist, wobei der Ex- bzw. Inspirationsanschluss mit dem Mundstück und der Atemregleranschluss mit dem Atemregler verbunden sind. Der Atemregler und die Rückatemvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18 können dabei entweder als voneinander gesonderte Bauelemente ausgebildet oder zu einer gemein- samen Einheit zusammengefasst sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfin- dungsgemäßen Drucklu tatemgeräts, Fig.2 einen Funktionsplan des Atemgeräts, Fig.3 die Ventileinrichtung samt Atemgasreservoir in einer dreidimensionalen Ansicht, Fig.4 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung bei der Inspiration, Fig.5 eine zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Inspiration, Fig.6 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in das Atemgasreservoir, Fig.7 eine zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in das Atemgasreservoir, Fig.8 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung bei der Rückat- mung aus dem Atemgasreservoir, Fig.9 zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Rückatmung aus dem Atemgasreservoir, Fig.10 eine erste Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in die Umgebung und Fig.11 eine zweite Ansicht der Ventileinrichtung während der Exspiration in die Umgebung.
In der Prinzipskizze gemäß Fig.l ist ein konventionelles Druck- luftatemgerät , nämlich ein SCBA-Gerät dargestellt, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatz- dauer ausgestattet ist. Das System umfasst einen Speicherbehälter 1 für Druckluft, der als Pressluftflasche ausgebildet ist und an den ein Druckminderer 2 angeschlossen ist. An den Druckminderer 2 ist über einen Mitteldruckschlauch 3 ein Atemregler 4 angeschlossen. Anstelle des Mundstücks ist an den Atemregler die Ventileinrichtung 5 angeschlossen. Die Ventileinrichtung 5 weist einen Ex- bzw. Inspirationsanschluss 15 zum Verbinden des Mundstücks 6 und eine Exspirationsöffnung 7 auf. Die Ventileinrichtung 5 ist weiters über eine Verbindungsleitung 8 mit einem Atemgasreservoir 9 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 8 mit einem Atemkalkfilter 10 ausgestattet sein kann. Weiters ist an die Verbindungsleitung 8 ein Überdruckventil 11 angeschlossen. Das Atemgasreservoir 9 ist von einer Schutzhülle 12 umgeben . Die Funktionsweise des in Fig.l dargestellten Systems wird nun anhand des Funktionsplans gemäß Fig.2 erläutert. Beim Einatmen in die schematisch angedeutete Lunge 13 wird frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 über den Druckminderer 2, die Mittel- druckleitung 3, den Atemregler 4, die Ventileinrichtung 5 und das Mundstück 6 eingeatmet. Dabei ist die Ventileinrichtung 5 so geschalten, dass die aus dem Speicherbehälter 1 kommende Luft über den Atemregleranschluss 14 der Ventileinrichtung 5 in derselben direkt zur Inspirationsleitung 15 und über das an diese angeschlossene Mundstück 6 in die Lunge 13 gelangt. Beim nachfolgenden Ausatmen gelangt die Luft über das Mundstück 6 wiederum in die Ventileinrichtung 5 und wird dort so geleitet, dass sie ein Steuerventil bzw. eine Ventilklappe 16 beauf- schlagt, welches ein schematisch angedeutetes Schaltglied 17 betätigt. Der Ausatemstrom, gelangt bei der in Fig.2 dargestellten Position des Umschaltventils 18 über die Verbindungsleitung 8 und den Atemkalkfilter 10 in das Atemgasreservoir 9. Sobald die Ausatmung beendet ist, bewirkt die Rückstellung des Steuer- ventils 16 eine Betätigung des Schaltglieds 17, wodurch das Umschaltventil 18 von dem in Fig.2 dargestellten ersten Zustand in den zweiten Zustand umgestellt wird. In diesem zweiten Zustand ist der Inspirationsanschluss 15 über das Umschaltventil 18 nun mit dem Atemgasreservoir 9 verbunden, sodass eine Rück- atmung der im Atemgasreservoir 9 befindlichen Luft in die Lunge 13 erfolgen kann. Bei der nachfolgenden Ausatmung gelangt die Luft aus der Lunge 13 über den Exspirationsanschluss 15 und das Umschaltventil 18 zur Exspirationsöffnung 7 und gelangt dadurch in die Umgebung. Dabei beaufschlagt der Ausatemstrom wiederum das Steuerventil 16, wobei bei Beendigung der Ausatmung das Steuerventil 16 derart mit dem Schaltglied 17 zusammenwirkt, dass das Umschaltventil 18 von dem zweiten Zustand wiederum in den in Fig.2 dargestellten ersten Zustand verstellt wird, sodass bei der nachfolgenden Einatmung wiederum frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 eingeatmet werden kann.
In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausbildung der Ventileinrichtung 5 samt Atemregler 4, Atemkalkbehälter 10 und Atemgasreservoir 9 dargestellt. Die Ventileinrichtung 5 weist einen Atemregleran- schluss 14 zum Anschließen des Atemreglers 4 auf. Der Ex- bzw. Inspirationsanschluss zum Anschließen des nicht dargestellten Mundstücks ist mit 15 bezeichnet. Die Exspirationsöffnung 7 ist als Flatterventil ausgebildet. Die Ventileinrichtung 5 ist bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine erste Verbindungsleitung 22 und über eine schematisch dargestellte zweite Verbindungsleitung 21 mit dem Atemgasreservoir 9 verbunden. Zu diesem Zweck weist die Ventileinrichtung 5 einen An- schluss 19 für die zweite Verbindungsleitung 21 und einen An- schluss 20 für die erste Verbindungsleitung 22 auf. Die erste Verbindungsleitung 22 ist mit einem Atemkalkfilter 10 ausgestattet und ist parallel zur zweiten Verbindungsleitung 21 geschalten. In den nachfolgenden Fig.4 bis 11 ist der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich die Ventileinrichtung 5 dargestellt, wobei das Gehäuse teilweise weggelassen wurde, um den Verlauf der Luftströme besser darstellen zu können.
In den Fig.4 und 5 ist die Inspiration von frischer Luft aus dem Speicherbehälter 1 in die Lunge 13 veranschaulicht. Die frische Luft gelangt über den Atemregleranschluss 14 in die Ventileinrichtung 5 und wird dort über einen Hohlraum entsprechend der strichlierten Linie zum In- bzw. Exspirationsan- schluss 15 geleitet. In Fig.5 ist das Steuerventil bzw. die Steuerklappe 16 dargestellt, die mit einem als Schaltschieber 17 ausgebildeten Schaltglied zusammenwirkt. Der Schaltschieber 17 ist an seinem freien Ende mit einem hakenförmigen Fortsatz 23 versehen, der in der in Fig. 5 dargestellten Position einen ersten Schaltstift 24 hintergreift. Der Schaltstift 24 ist an einer Stirnfläche des Rotationskolbens 25 angeordnet, dessen Funktion anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden wird. In den Fig.6 und 7 ist die Exspiration der Luft aus der Lunge 13 über die erste Verbindungsleitung 20 in das Atemgasreservoir 9 dargestellt. Die ausgeatmete Luft gelangt über den Ex- bzw. Inspirationsanschluss 15 in die Ventileinrichtung 5 und drückt dabei das Steuerventil bzw. die Ventilklappe 16 auf, wobei die Ventilklappe 16 um die Schwenkachse 26 schwenkbar gelagert ist. Danach strömt die Luft durch die im Rotationskolben 25 ausgebildete Durchgangsbohrung 27 und strömt über den Anschluss 20 in die erste Verbindungsleitung 22. In der Ansicht gemäß Fig.7 ist ersichtlich, dass aufgrund des Aufdrückens der Ventilklappe 16 der Schaltschieber 17 in Richtung des Pfeils 28 verschoben wurde. Eine Öffnung des Exspirationsluftweges und somit ein Vorbeiströmen der Ausatemluft an der Ventilklappe 16 ist dabei erst möglich, nachdem der hakenförmige Fortsatz 23 den Schalt- stift 29 übersprungen hat. Sobald die Ausatmung beendet ist, gelangt die Ventilklappe 16 z.B. federbetätigt in ihre ursprüngliche Position zurück, wodurch der Schaltschieber 17 samt seines hakenförmigen Fortsatzes 23 in die in Fig.9 dargestellte Position zurückgeholt wird, wobei der hakenförmige Fortsatz 23 bei seiner Zurückbewegung den zweiten Schaltstift 29 ergreift und mitnimmt, wodurch der Rotationskolben 25 um 90° verdreht wird, um die in den Fig.8 und 9 dargestellte Position einzunehmen . In dieser Position kann bei der nachfolgenden Rückatmung Luft aus dem Atemgasreservoir 9 über den in Fig.8 nicht dargestellten Anschluss 19 in die Ventileinrichtung 5 gelangen und durchströmt dort die Durchgangsbohrung 27 des Rotationskolbens 25 und strömt weiter über einen Hohlraum des Gehäuses zum In- bzw. Exspirationsanschluss 15.
Bei der nachfolgenden Exspiration (Fig.10 und 11) gelangt Luft über den In- bzw. Exspirationsanschluss 15 in die Ventilein- richtung 5 und drückt die Ventilplatte 16 auf und wird an einer abgeschrägten Fläche des Rotationskolbens 25 zur Exspirations- öffnung 7 (Flatterventil) umgeleitet und verlässt die Ventileinrichtung 5 über diese Exspirationsöffnung 7. Das Aufdrücken der Ventilplatte 16 bewirkt wiederum eine Verschiebung des Schaltschiebers 17 entsprechend dem Pfeil 28, sodass der hakenförmige Fortsatz 23 nach beendeter Ausatmung beim Zurückklappen der Ventilplatte 16 rückgeholt wird und dabei den dritten Steuerstift 30 am Rotationskolben 25 ergreift und mitnimmt, wodurch der Rotationskolben wieder um 90° verdreht und die in den Fig.4 und 5 dargestellte Position einnimmt. In dieser Position kann der ganze Zyklus nun wiederum von vorne beginnen und es kann, wie in den Fig.4 und 5 dargestellt, frische Luft aus dem Speicherbehälter 1 über die Ventileinrichtung 5 eingeatmet werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Verlängerung der Einsatzdauer eines umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräts, das einen Speicherbehälter für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers angeschlossenen Atemregler und ein Mundstück umfasst, umfassend die unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritte:
a) Einatmen des Gasgemisches aus dem Speicherbehälter, b) Ausatmen des Gasgemisches in ein Atemgasreservoir,
c) Einatmen des Gasgemisches aus dem Atemgasreservoir und dl) Ausatmen des Gasgemisches in das Atemgasreservoir oder d2 ) Ausatmen des Gasgemisches in die Umgebung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) und ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2) abwechselnd vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Atemzyklus gemäß Schritt a) und b) wenigstens ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und dl) und abschließend ein Atemzyklus gemäß Schritt c) und d2 ) vorgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungsparameter, insbesondere dem Umgebungsdruck, gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Ätemzyklus gemäß Schritt a) und b) zur Anzahl der Atemzyklen gemäß Schritt c) und dl) von 1:2, 1:3 oder 1:4 gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück beim Ausatmen mithilfe einer Umschalteinrichtung wahlweise entweder mit dem Atemgasreservoir oder der Umgebung verbunden wird, wobei die Umschaltvorrichtung von einem Ex- oder Inspirationsluftstrom betätigt wird.
7. Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer von umluftunabhängigen Druckluft-Atemgeräten, umfassend eine Ventileinrichtung (5) und ein Atemgasreservoir (9), wobei die Venti- leinrichtung (5) wenigstens einen Ex- bzw. Inspirationsan- schluss (15) zum Verbinden mit einem Mundstück (6), einen Atemregieranschluss (14) und eine Exspirationsöffnung (7) aufweist und über wenigstens eine Verbindungsleitung (8; 21, 22) mit dem Atemgasreservoir (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) mit einer Umschalteinrichtung zusammenwirkt, um die Ventileinrichtung (5) atemzugabhängig zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umzuschalten, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirati- onsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemregieranschluss (14) und zum Ausatmen mit dem Atemgasreservoir (9) und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemgasreservoir (9) und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung (7) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) über eine erste Verbindungsleitung (22) und über eine parallel dazu geschaltene zweite Verbindungsleitung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) verbunden ist, wobei in dem ersten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen mit dem Atemregieranschluss (14) und zum Ausatmen über die erste Verbindungsleitung (22) mit dem Atemgasreservoir (9) und in dem zweiten Zustand der Ex- bzw. Inspirationsanschluss (15) zum Einatmen über die zweite Verbindungslei- tung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) und zum Ausatmen mit der Exspirationsöffnung (7) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich- net, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) während genau eines Atemzugs in dem ersten Zustand zu halten, nach dem einen Atemzug in den zweiten Zustand umzuschalten und für wenigstens einen weiteren Atemzug in dem zweiten Zustand zu halten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) bei jedem Atemzug umzuschalten. '
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, um die Ventileinrichtung (5) in einem Atemverhältnis von 1:2, 1:3 und/oder 1:4 umzuschalten.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemverhältnis einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor für einen Umgebungsparameter vorgesehen ist, der mit der Umschalteinrichtung derart zusammenwirkt, dass das Atemverhältnis in Abhängigkeit von dem Umgebungsparameter eingestellt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ein von einem Ex- oder Inspirationsluftstrom betätigbares Schaltglied (17) um- fasst .
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5) einen von dem Schaltglied (17) betätigbaren, in einem Gehäuse rotierbar gelagerten Rotationskolben (25) umfasst.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung mit dem Rotationkolben (25) derart zusammenwirkt, dass der Rotationskolben (25) beim Umschalten vom ersten in den zweiten Zustand um einen Winkel von 90° verdreht wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (25) eine guer zur Rotationsachse verlaufende Durchgangsbohrung (27) aufweist, um den Ex- bzw. Inspira- tionsanschluss (15) im ersten Zustand über die erste Verbindungsleitung (22) mit dem Atemgasreservoir (9) und im zweiten Zustand über die zweite Verbindungsleitung (21) mit dem Atemgasreservoir (9) zu verbinden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verbindungsleitung (22) ein Atemkalk-Filter (10) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Verbindungsleitung (21) ein
Überdruckventil (11) angeschlossen ist.
20. Umluftunabhängiges Druckluft-Atemgerät umfassend einen Speicherbehälter (1) für ein unter Druck stehendes, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, einen an den Speicherbehälter (1) ggf. unter Zwischenschaltung eines Druckminderers (2) angeschlossenen Atemregler (4), ein Mundstück (6) und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, wobei der Ex- bzw. Inspirations- anschluss (15) mit dem Mundstück (6) und der Atemregleran- schluss (14) mit dem Atemregler (4) verbunden sind.
21. Verwendung eines Druckluft-Atemgerätes nach Anspruch 20 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
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