DE3202638A1

DE3202638A1 - Atemschutzgeraet mit kreislauf der atemluft

Info

Publication number: DE3202638A1
Application number: DE19823202638
Authority: DE
Inventors: Ernst 2400 Lübeck Warncke
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1983-08-18
Also published as: SE8206078D0; PL133354B1; SU1151194A3; US4498470A; FR2520237A1; JPS58133264A; SE8206078L; GB2114007B; SE448519B; PL239800A1; FR2520237B1; GB2114007A

Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft Moislinger Allee 53-55, 2400 Lübeck

Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft

Die Erfindung betrifft ein Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft, entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Atemschutzgeräte, dies gilt sowohl für die Geräte mit einem offenen Kreislauf als auch für die hier behandelten Atemschutzgeräte mit geschlossenem Kreislauf, sollten in jeder Phase des Atemvorganges im Kreislauf einen geringen Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre aufweisen. Dann kann z.B. bei einer Leckage am Maskendichtrand auch in der Einatemphase keine Umgebungsluft eindringen.

Der Überdruck im geschlossenen Kreislauf bedingt jedoch in diesem Fall ein Abströmen des relativ geringen Sauerstoffvorrates nach außen, hohe Konzentrationen von O₂ könnten dann bei einer Brandbekämpfung auch gefährlich werden.

In der Tauchtechnik ergibt sich die Notwendigkeit der Auffüllung des Atemgasvolumens mit Steuerung des 0„-Gehaltes, bedingt durch den ansteigenden Umgebungsdruck.

Ein bekanntes Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft bildet diesen über einen Atembeutel, eine Kohlensäurebindepatrone sowie einen Einatem- und Ausatemschlauch zur Gesichtsmaske bzw. dem Taucherhelm. In diesen geschlossenen Kreislauf gibt eine Ausgleichsgasflasche über ein selbsttätig vom Druck gesteuertes Ventil Inertgas hinein, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Atembeutel und der Umgebung bei Erhöhung des umgebenden Druckes, z.B. beim Tauchen, steigt und das Atemgasvolumen im Atembeutel durch den steigenden Umgebungsdruck abnimmt und zur Lungenfüllung nicht mehr ausreicht. Eine Sauerstoffflasche liefert über einen Druckminderer und ein Regelventil über eine Leitung Sauerstoff in den Atembeutel hinein. Die Steuerung der Sauerstoffleitung erfolgt über einen Sauerstoffmeßfühler, angeordnet im Atembeutel oder in den Einatemwegen. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt damit stets in Abhängigkeit vom Sauer stoffverbrauch.

Es erfolgt hier keine Steuerung des Ausgleichsgases über einen Lungenautomaten für jeden Atemzug und keine Steuerung eines ständig geringen Überdruckes gegenüber dem Umgebungsdruck. Außerdem wird das Ausgleichsgas, hier Inertgas, die Sauerstoffkonzentration zusätzlich zum Atmen je nach Tauchtiefe weiter herabsetzen. Es würde zum Ausgleichen eine komplizierte Steuerung notwendig werden. (DE-PS 11 04 828)

Ein weiteres bekanntes Atmungsgerät betrifft eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines vorbestimmten Gasgemisches oder einer Atmosphäre, insbesondere eine Einrichtung zum Aufrechterhalten und Regeln der gewünschten Menge an Sauerstoff in einem einzuatmenden Gasgemisch.

Das Atemgas wird dabei in einem Kreislauf geführt, in dem das Kohlendioxid in einer Einrichtung absorbiert wird. Der verbrauchte Sauerstoff wird aus einem Vorratsbehälter zugeführt, außerdem ist ein Ausgleichsvorratsbehälter für ein neutrales Gas vorhanden.

Der Sauerstoff wird über eine Aufspürvorrichtung festgestellt und entsprechend aus dem Vorratsbehälter nachgesteuert. Die Ventilanordnung dazu umfaßt ein entsprechend gesteuertes Ventil, sowie ein ständig geöffnetes Ventil, das einen kontinuierlich vorbestimmten Mindestfluß ermöglicht. Über ein in Abhängigkeit von der Tauchtiefe steuerndes Ventil im Atmungsbeutel wird neutrales Gas aus dem Ausgleichsbehälter in den Kreislauf zugeführt.

Es gilt hier auch das bereits oben gesagte. Es erfolgt keine Steuerung des Ausgleichsgases, hier des neutralen Gases, z.B. Stickstoff oder Helium, mit den Atemphasen über einen Lungenautomaten, sondern durch ein Bedarfsventil, das in Abhängigkeit vom Wasserdruck soviel neutrales Gas in den Atmungsbeutel einführt, daß dieser aufgeblasen gehalten wird.

(DE-OS 14 34 935)

Aufgabe der Erfindung ist ein Atemschutzgerät mit Regeneration der Atemluft und einem Überdruck im Kreislauf und der Sicherheit, daß der Sauerstoffgehalt auch kurzzeitig 25 % nicht übersteigt. Das Gerät soll dabei einfach im Aufbau und in der Benutzung sein.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In der Kombination Sauerstoffnachschub mit der über die Atmungsphasen durch das lungengesteuerte Ventil nachgeschobenen Druckluft als Ausgleichsgas entspricht die Zusammensetzung der Luft hinter dem Atembeutel der normalen Atemluft.Der durch den Atemzug abgefallene Sauerstoffanteil wird durch den Sauerstoffsensor festgestellt. Die mit der Grenzwertelektronik verbundene Ventilansteuerung öffnet ein Schaltventil, so daß über eine konstante Dosierung Sauerstoff in den Kreislauf strömt. Tritt während der Benutzung eines Gerätes durch Undichtheiten in der Atemschutzmaske ein Luftverlust ein, so wird durch das lungengesteuerte Ventil Luft aus der Druckluftflasche in den Kreislauf gegeben. Da sich der Sauerstoffanteil dieser Luft innerhalb des Regelbereiches von z.B. 20 bis 25 % O₂ befindet, tritt die Sauerstoffzufuhr nicht in Aktion, sondern erst bei der folgenden Ausatmung, d.h. durch den Sauerstoffverbrauch.

Diese Kombination einer lungengesteuerten Luftabgabe mit einer sensorgesteuerten Sauerstoffabgabe hat außerdem den großen Vorteil, daß bei Ausfall der Elektronik die Atmung des Geräteträgers über das lungengesteuerte Ventil leicht aufrecht erhalten werden kann. Der Geräteträger bemerkt durch

dessen häufiges Ansprechen, daß die elektronische Steuerung des Sauerstoffzuflusses nicht mehr funktioniert. Durch das Umschaltventil, das zwischen der Sauerstoffleitung und der Druckluftleitung angeordnet ist, besteht dann die Möglichkeit, das lungengesteuerte Ventil aus der Sauerstoffflasche mit Sauerstoff zu versorgen, so daß dem Geräteträger für den Rückzug die volle Gebrauchszeit des Gerätes verbleibt, wobei jedoch der Sauerstoffanteil im Kreislauf steigt. Dieses ist jedoch für den Rückzug unbedeutend. Außerdem ist jedes Ansprechen des lungengesteuerten Ventils ein Zeichen einer Leckage, d.h. eines Abströmens von Atemgas nach außen, was man durch Nachziehen der Maskenbänderung beheben oder reduzieren kann.

Damit bei Beginn der Gerätebenutzung nicht vergessen wird, die eine oder die andere Flasche zu öffnen, können beide Flaschenventile durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung gekoppelt werden, so daß bei Betätigung beide Flaschenventile gleichzeitig geöffnet werden. Damit ist dann auch eine einwandfreie Atemgasversorgung für den Geräteträger sichergestellt.

Für das Verhältnis der beiden Druckgasvorräte zueinander war es zweckmäßig, ein Verhältnis Luft zu Sauerstoff von etwa 1 : 4 zu wählen. Für ein 2-Stundengerät kann dann für den Drucksauerstoff eine 1,2 1-Flasche mit 200 bar Fülldruck gewählt werden, so daß sich ein Sauerstoffvorrat von 240 1 ergibt, und für die Druckluftflasche 0,3 1 Inhalt bei 200 bar gewählt werden, so daß sich ein Luftvorrat von 60 1 ergibt. Der Gesamt-Atemgasvorrat beträgt dann 300 1, was für eine 2-stündige Arbeitszeit ausreichend ist.

Das Größenverhältnis der beiden Vorräte zueinander ergibt sich aus folgender Überlegung: Für die erstmalige Auffüllung des Kreislaufes bzw. des Atembeutels mit Luft müssen ca. 6 1 gerechnet werden. Wenn dann mit einer ständigen Maskenleckage von 1 % des Atemluftumsatzes gerechnet wird, ergibt sich bei einem mittleren Luftumsatz von 40 l/min ein Verlust von 0,4 l/min. Bei 120 Minuten somit 48 1 Verlust. Somit verbleiben für eventuelle momentane größere Leckagen noch 6 1. Im allgemeinen wird jedoch die Leckage geringer als 1 % sein, so daß sich eine ausreichende Sicherheit für die Geräteanwendung ergibt.

Bezüglich des SauerstoffVerbrauches kann man über 2 Stunden von einem mittleren Verbrauch zwischen 1,8 und 2 l/min ausgehen, so daß auch der Sauerstoffvorrat diesen Verhältnissen entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Atemschutzgerätes,

Fig. 2 eine Verbindung zwischen der Sauerstoff- und Luftversorgung.

Von einer Atemschutzmaske 1 strömt die Ausatemluft durch einen Atemschlauch 2 über ein Rückschlagventil 3 zur Regenerationspatrone 4 und weiter über eine Ver-

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bindungsleitung 5 in einen Atembeutel 6. Die Einatemluft wird aus dem Atembeutel 6 an einem Sauerstoffsensor 7 vorbei über einen Raum 8 eines lungengesteuerten Ventils 9,über ein Rückschlag-Einatemventil 10 und einen Atemschlauch 11 entnommen.

Die Sauerstoffversorgung erfolgt aus einer Sauerstoffflasche 12 über ein Flaschenventil 13, einen Druckminderer 14 und über eine Sauerstoffleitung 15 zur Dosierung 16, die vor oder hinter einem Abschaltventil 17 angeordnet ist.

Diese zeitweilig in Aktion tretende Sauerstoffdosierung kann beispielsweise im Bereich zwischen 3,5 und 4 l/min liegen, womit bei ständiger Einschaltung jeder mögliche Sauerstoffbedarf gedeckt wird.

Der Sauerstoffsensor 7 regelt über eine Grenzwertelektronik 18 eine Ventilansteuerung 19, wodurch das Abschaltventil 17 mit Dosierung 16 bei einem geringeren 0₂~Bedarf zeitweise abgeschaltet wird. Die Sauerstoffdosierung fließt über eine Leitung 15a in den Kreislauf des Gerätes. Aus einer Druckluftflasche 20 erfolgt eine Druckluftversorgung über ein zugehöriges Flaschenventil 21 und einen Druckminderer 22 über eine Druckluftleitung 23 in einen Druckraum 24 des lungengesteuerten Ventils 9 sowie bei Öffnung dieses Ventils in den Raum 8 des lungengesteuerten Ventils hinein.

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Bei Beginn der Gerätebeatmung ist der Atembeutel 6 durch eine Überdruckfeder 25 auf ein verringertes Volumen zusammengedrückt. Sobald die Flaschenventile 13 und 21 durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung 26 geöffnet werden, strömt über das geöffnete lungengesteuerte Ventil 9 aus dem Druckraum 24 Luft in den Atemkreislauf.

Ist die Atemschutzmaske 1 angelegt und der Kreislauf somit gegen die Umluft abgedichtet, baut sich im Kreislauf ein Druck auf, der durch die Kraft der Überdruckfeder 25 und einer Membranfeder 27, die auf eine Membran 28 des lungengesteuerten Ventils 9 einwirkt, bestimmt wird. Er liegt über dem Umgebungsdruck. Es ist damit sicher, daß bei Leckagen nur eine Luftbewegung von innen nach außen stattfindet. Ist dieser Druck erreicht, geht die Membran 28 in die Ausgangslage gegen die Kraft der Membranfeder 27 zurück, so daß das lungengesteuerte Ventil 9 in die Ruhelage zurückgeht und dadurch der Luftnachfluß aus dem Druckraum 24 unterbrochen wird.

Wird aus dem Kreislauf Einatemluft entnommen und kann dieses nicht mehr aus dem Atembeutelvolumen gedeckt werden, so sinkt der Druck im Kreislauf, und durch die Kraft der Membranfeder 27 wird das lungengesteuerte Ventil 9 so lange geöffnet, bis das Atemzug-Volumen gedeckt ist. Die ausgeatmete Luft strömt dann über den Atemschlauch 2, die Regenerationspatrone 4 und die Verbindungsleitung 5 in den Atembeutel 6, so daß sich dieser gegen die Kraft der Überdruckfeder 25 ausdehnt. Dadurch baut sich ein höherer Überdruck im Kreislauf auf, der auch auf die Membran 28 einwirkt, so daß das lungengesteuerte Ven-

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til 9 nicht wieder öffnet. Da in der Einatemluft der ursprüngliche Sauerstoffanteil der Druckluft von ca. 21 % durch den Sauerstoffverbrauch während der Einatmung sich auf einen Wert unter 20 % verringert, gibt der Sauerstoffsensor 7 ein Signal an die Grenzwertelektronik 18, wodurch die Ventilansteuerung 19 in Tätigkeit tritt und das Abschaltventil 17 der Dosierung öffnet. Es fließt somit über die Leitung 15a eine konstante Sauerstoffdosierung so lange in den Kreislauf, bis ein Maximalwert von 24 oder 25 % erreicht ist.

Weil diese Sauerstoffdosierung im Normalfall den Bedarf durch mehr oder weniger langes Öffnen der Dosierung stets deckt, ist für die weiteren Atemzüge stets genügend Atemgas im Atembeutel enthalten, um das Atemzugvolumen abzudecken. In diesem Normalfall wird somit das lungengesteuerte Ventil 9 nicht in Aktion treten.

Tritt jedoch ein Volumenschwund durch Leckage an der Atemschutzmaske 1 bei gleichzeitig höherem Sauerstoffverbrauch ein, so kann bei einem der folgenden Atemzüge u.U. das Atemzugvolumen zur Füllung der Lunge nicht mehr aus dem Atembeutel 6 gedeckt werden. Der Atembeutel 6 entleert sich dadurch, so daß sich die Überdruckfeder 25 sehr stark streckt, wodurch der Überdruck im Kreislauf abfällt. Da somit auch der Überdruck aus dem Raum 8 des lungengesteuerten Ventils 9 auf die Membran 28 abfällt, bewegt die Membranfeder 27 das lungengesteuerte Ventil 9 in Öffnungsrichtung, so daß Druckluft über die Druckluftleitung 23 in den Kreislauf bis zur Deckung des

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Atemzugvolumens nachströmt. Dieses Ansprechen des lungengesteuerten Ventils 9 ist somit ein hörbares Zeichen, daß ein unhörbarer Leckageverlust an der Maske vorhanden ist. Der Geräteträger kann in so einem Falle die Maskenbänderung nachziehen.

Tritt dagegen eine unfallbedingte größere Leckage am Maskenrand ein, so setzt ebenfalls ein Luftnachschub in der beschriebenen Weise ein, so daß am Maskenrand nur Luft normaler atmosphärischer Zusammensetzung abströmt, womit in Brandnähe Kopfverbrennungen infolge ausströmenden Sauerstoffs vermieden werden.

Zwischen der Sauerstoffleitung 15 und der Druckluftleitung 23 ist eine Verbindungsleitung 29 über ein von Hand zu betätigendes Umschaltventil 30 angeordnet. Sollte aus irgendeinem Grunde die elektronische Dosierungssteuerung 7,18,19,17 versagen, so kann der Geräteträger das Umschaltventil 30 (Fig. 2) schalten. Durch Öffnen der Verbindungsleitung 29 durch Schalten des Umschaltventiles 30 erfolgt die Atemgasversorgung über das lungengesteuerte Ventil 9 jetzt aus der Sauerstoffflasche 12, wobei gleichzeitig die von der Druckluftflasche 20 herkommende Leitung gesperrt wird. Das elektronisch angesteuerte Abschaltventil 17 kann so ausgeführt sein, daß bei Ausfall der Elektronik die Offenstellung beibehalten wird, so daß die Dosierung dann ununterbrochen fließen würde.

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Der Geräteträger hat somit die volle Rückzugzeit zur Verfügung, im Kreislauf stellt sich jedoch ein höherer Sauerstoffanteil ein, so daß eine Brandbekämpfung abgebrochen werden muß. 5

In der Verbindungsleitung 29 kann ein in Richtung von der Sauerstoffleitung 15 zur Druckluftleitung öffnendes Rückschlagventil 32 angeordnet sein, durch das verhindert wird, daß Druckluft in die Sauer-Stoffleitung 15 fließen kann.

Der Kreislauf kann mit einem Überdruckventil 31 versehen sein, damit bei einem eventuellen zu hohen Anstieg des Überdruckes im Kreislauf ein Ausgleich zur Umluft möglich ist. Ein zu hoher Druckanstieg kann beispielsweise eintreten, wenn die konstante Dosierung durch Versagen der Elektronik nicht mehr abgeschaltet wird, oder wenn das lungengesteuerte Ventil in Offenstellung hängenbleiben sollte.

Claims

Patentansprüche

1. Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft mit Atembeutel, Regenerationspatrone und selbsttätiger, über einen elektrischen Meßfühler gesteuerter Sauerstoffzufuhr über eine Sauerstoffleitung aus einer Sauerstoffflasche sowie einer selbsttätig gesteuerten Ausgleichsgaszufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß ein lungengesteuertes Ventil (9) den Zufluß des Ausgleichsgases, hier Druckluft,in den über eine Überdruckfeder (25) auf den Atembeutel (6) auf einem gewählten Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre gehaltenen Kreislauf steuert.

2. Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Luftvorrates zum Sauerstoffvorrat ca. 1 : 4 beträgt.

3. Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschenventile (13,21) der Sauerstoff- (12) und der Druckluftflasche (20) durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung (26) verbunden sind.

4. Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltventil (30) in der Druckluftleitung (23) diese von der Druckluftflasche (20) abtrennt und das lungengesteuerte Ventil (9) über eine Verbindungsleitung (29) zusätzlich an die Sauerstoffleitung (15) anschließt.

5. Atemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (29) ein zur Drückluftleitung (23) öffnendes Rückschlagventil (32) angeordnet ist.