DE3823381A1 - Kreislaufatemschutzgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einer Druckgasquelle, welche eine mit einem komprimierbaren Atemgasvorratsvolumen verbundene Hilfsvorrichtung speist, die eine Drucker­ höhung im Atemkreislauf herbeiführt, sowie mit einer die Hilfsvorrichtung steuernden, mit einem den Atem­ zyklus überwachenden Sensor verbundenen Meßschaltung.

Ein derartiges Kreislaufatemschutzgerät ist in der DE- 34 29 345 A1 dargestellt. Ein mit einer Meßschal­ tung verbundener mechanisch-elektrischer Sensor über­ wacht den Füllgrad des Atembeutels und soll dadurch zwischen Inspirationsphase und Exspirationsphase unter­ scheiden. Die Hilfsvorrichtung, welche als ein von der Druckgasquelle betätigtes Zylinder-Kolben-Aggregat aus­ gebildet ist, komprimiert den Atembeutel nur während der Inspirationsphase und erzeugt in diesem Bereich im Atemkreislauf ein Überdruck, der während der Exspi­ rationsphase abgebaut wird. Damit ist während der Ex­ spirationsphase kein Gegendruck vorhanden, welcher die Ausatmung in ungünstiger Weise zusätzlich belasten könnte. Bei diesem vorbekannten Kreislaufatemschutzgerät er­ scheint es jedoch erwünscht, den Überdruck nicht während der gesamten Inspirationsphase aufrechtzuerhalten, weil dies für die Erfüllung der erforderlichen Funktionen ei­ nen unnötigen zusätzlichen Energieaufwand bedeutet. Außer­ dem ist die Ermittlung der Inspirationsphase über den mit der Atembeutelbewegung gekoppelten die Stellung des Kol­ bens in der Hilfsvorrichtung abtastenden Sensor schwierig und es ist insbesondere nicht sichergestellt, daß im Atemgasanschluß stets ein positiver Druck herrscht.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Gerät der eingangs beschriebenen Art in der Weise zu verbessern, daß ein Überdruck im Atemkreislauf dauernd und zwar unab­ hängig von der Atmungsphase sichergestellt wird. Die Hilfsvorrichtung soll dabei zur Druckerhöhung nur dann eingreifen, wenn dies nach den Druckverhältnissen im Atemkreislauf erforderlich wird.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt durch eine solche Ausbildung der Meßschaltung, bei der die Meß­ schaltung die Hilfsvorrichtung zur Druckerhöhung im Atemkreislauf ansteuert, wenn unabhängig vom Atem­ zyklus ein vorgegebener positiver Sollwert des Druckes im Atemkreislauf unterschritten wird. Dies bedeutet, daß der zusätzliche Energieaufwand zum Betrieb der Hilfsvor­ richtung nur dann benötigt wird, wenn der Druck im Atem­ kreislauf unter einen vorgegebenen positiven Sollwert, z.B. unter 0,1 mbar absinkt und zwar unabhängig davon, ob dies in der Inspirations- oder Exspirationsphase er­ folgt.

Das Einschalten der Hilfsvorrichtung zur Druckerhöhung im Atemkreislauf kann sich als unzweckmäßig erweisen, wenn im Atemkreislauf ein nicht zu beseitigendes Leck eintritt. Über dieses Leck könnte dann durch die Einwir­ kung der Hilfsvorrichtung beschleunigt Atemluft ent­ weichen, und dies würde bei Kreislaufatemschutzgeräten mit einer Sauerstoff- Vorratsflasche als Druckquelle zu einem schnellen Sauerstoffverlust führen. Dabei könnte der Geräteträger u.U. gefährdet werden, weil sein Sauer­ stoffvorrat nicht mehr für den Rückzugsweg ausreicht. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann daher vorgesehen sein, daß die Meßschaltung so ausgelegt ist, daß sie bei Unterschreitung eines unterhalb des Sollwertdruckes lie­ genden vorgegebenen Gefahrenwertes des Druckes die Hilfs­ vorrichtung abschaltet. Dabei unterbleibt die zusätzliche Druckerhöhung und die Ausnutzung der vorhandenen Atemgas­ reserve wird verbessert. Die Abschaltung kann auch von Hand durch Verstellung des Sollwertes auf Atmosphären­ druck erfolgen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung kann darin bestehen, daß die Meßschaltung die Hilfsvorrichtung zur Atem­ unterstützung im In- und Exspirationsteil des Atem­ zyklus steuert. Dadurch wird nicht nur die Inspiration, sondern auch die Exspiration des Geräteträgers erleich­ tert und seine Atemarbeit reduziert. Die Hilfsvorrich­ tung wirkt somit zweckmäßig derart, daß sie das kompri­ mierbare Atemgasvolumen während der Inspirationsphase verkleinert und während der Exspirationsphase vergrößert. Dadurch findet im gesamten Atemzyklus eine Unterstützung des Atemvorganges statt, und der Gerätetrager erreicht längere Arbeitszeiten ohne Erschöpfung.

Der Sensor kann zweckmäßig ein im Atemkreislauf ange­ ordneter Drucksensor sein, welcher vorteilhaft im Atem­ gasanschluß des Geräteträgers angeordnet ist. Als Atem­ gasanschluß wird dabei der mit dem Mundstück der Maske verbundene Füllraum hinter dem Einatemventil und vor dem Ausatemventil definiert.

Der Sensor kann jedoch auch in anderer Weise z.B. vor­ teilhaft als die Brustkorbdehnung überwachender Dehnungs­ sensor ausgebildet sein. Dabei läßt sich mindestens ein Dehnungsmeßstreifen an einem am Oberkörper zu befestigen­ den Halteteil vorteilhaft in Form eines Leibchens an­ bringen. Hierbei muß jedoch darauf geachtet werden, daß durch willkürliche Bewegungen bei Arbeitsvorgängen des Geräteträgers keine Artefakte erzeugt werden, welche die ordnungsgemäße Funktion des Kreislaufatemschutzgerätes stören.

Das komprimierbare Atemgasvorratsvolumen kann zweckmäßig in einem Atembeutel ausgebildet sein. Dieser besteht aus einem Faltenbalg, der durch eine bewegbare starre Stirnwand abgeschlossen ist. Die mit dieser Vorrich­ tung verbundene Hilfsvorrichtung kann zweckmäßig ein über eine Druckgasleitung wenigstens einseitig beauf­ schlagbares einfachwirkendes Zylinder-Kolben-Aggregat sein, wobei sich in der Druckgasleitung mindestens ein Umschaltventil befindet, welches entsprechend der Steue­ rung durch die Meßschaltung den Zylinderteilraum an die Druckgasleitung anschließt.

Falls eine Atmungsunterstützung in der Inspirationsphase und Exspirationsphase gewünscht wird, können die beiden Zylinderteilräume des doppeltwirkenden Zylinder-Kolben- Aggregates über von der Meßschaltung wechselseitig ge­ steuerte Umschaltventile mit Druckgasleitungen verbunden werden. Dadurch wird der Atembeutel in der Inspirations­ phase komprimiert und in der Exspirationsphase gedehnt, wobei jedoch sichergestellt ist, daß ein vorgegebener positiver Sollwert des Druckes im Atemkreislauf nicht un­ terschritten wird.

Es kann ferner vorteilhaft sein, daß das Umschaltventil so geschaltet ist, daß beim Überschreiten des vorgegebenen positiven Sollwertes im Zylinderteilraum die Verbindung mit der Druckgasleitung abgesperrt und der Zylinderteil­ raum mit einer Entlüftungsleitung verbunden wird. Diese Entlüftungsleitung wird zweckmäßig zur Vermeidung von Atemgasverlusten mit dem Innenraum des Atembeutels ver­ bunden.

Eine alternative Ausbildung der einfachwirkenden Hilfsvor­ richtung besteht darin, diese als mit der Druckgasquelle verbundenes Steuerventil auszubilden, welches die Druck­ gasquelle entsprechend der Steuerung durch die Meßschal­ tung beim Unterschreiten des vorgegebenen positiven Soll­ wertes unter Umgehung eines vorhandenen Druckminderers zur direkten Einspeisung in den Atemkreislauf einschaltet.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezug auf Ausfüh­ rungsbeispiele eines Kreislaufatemschutzgerätes näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kreislaufatemschutzgerätes mit einer einfachwirkenden Hilfsvorrichtung ohne Exspirationsunterstützung,

Fig. 2 ein Kreislaufatemschutzgerät mit doppelt wirkender Hilfsvorrichtung und Exspirationsunterstützung,

Fig. 3 eine Ausschnittsdarstellung aus Fig. 2 mit alternativem Drucksensor.

Das in Fig. 1 dargestellte Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb enthält die in funktioneller Anordnung gezeigten, den Atemkreislauf bildenden Bauteile auf einem Tragegestell mit einem äußeren Schutzmantel. Es sind dies ein Atemgasanschluß 1, eine Ausatemleitung 3, eine die in der Ausatemluft vorhandene Kohlensäure bindende Regenerationspatrone 4, ein Atembeutel 5 und eine Ein­ atemleitung 2. Der bei der Atmung verbrauchte Sauerstoff wird aus einer Sauerstoffflasche 6 als Druckgasquelle, einem Flaschenventil 7, einem Druckminderer 8 und über einen Lungenautomaten 9 sowie über eine Rohrleitung 10 mit einer Konstant-Dosiervorrichtung 11 dem Atemkreis­ lauf hinter dem Atembeutel 5 zugeführt. Ein Überdruck­ ventil 12 hinter der Regenerationspatrone 4 verhindert einen unzulässig hohen Druck im Atemkreislauf.

Der Atembeutel 5 besteht aus einem Faltenbalg 13, der durch eine bewegbare starre Stirnwand 14 abgeschlossen ist.

Die Hilfsvorrichtung zur Druckbeeinflussung im Atembeutel 5 ist als einfachwirkendes Zylinder-Kolben-Aggregat 15 mit einem Kolben 16, der in einem Zylinder 17 verschiebbar angeordnet ist, ausgebildet. Der Zylinder 17 ist auf der Anschlußseite einseitig offen, und der verschiebbare Kolben 16 steht über eine Gelenkverbindung 24 mit der starren Stirnwand 14 des Atembeutels 5 in Verbindung.

Oberhalb des Kolbens 16 liegt ein Zylinderteilraum 18, der über einen Leitungsteil 21 und eine Druckgasleitung 19 an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist.

Die Druckgasleitung 19 enthält als Umschaltventil ein Mag­ netventil 20, mit dem die Druckgasleitung 19 geschlossen und damit der Leitungsteil 21 von dem Zylinderteilraum 18 abgetrennt werden kann, wobei das Umschaltventil 20 über eine Entlüftungsleitung 22 die Verbindung zwischen dem Zylinderteilraum 18 und dem Atembeutel 5 herstellt.

Die Steuerung des Zylinder-Kolben-Aggregates 15 erfolgt über eine aus einem Verstärker 28 und einem Transmitter 29 bestehende mit einer Anzeigeeinrichtung 30 für die Ein­ schaltung der Hilfsvorrichtung verbundene Meßschaltung, die über eine Verbindungsleitung 26 an einen im Atem­ gasanschluß 1 angeordneten Drucksensor 27 angeschlossen ist.

Wird im Atemgasanschluß 1 durch den Drucksensor 27 ein positiver Sollwert des Druckes, d.h. ein Atemdruck größer 0 und oberhalb des vorgegebenen Sollwertes gemessen, so bleibt das Zylinder-Kolben-Aggregat 15 abgeschaltet und der Zylinderteilraum 18 mit dem Atembeutel 5 verbunden. Erst wenn unabhängig von der Atemphase der Sollwert des Überdruckes, z.B. 0,1 mbar unterschritten wird dies tritt im allgemeinen nur im Bereich der Inspirationsphase auf wird über den Verstärker 28 und den Transmitter 29 das Magnetventil 20 umgeschaltet, so daß Atemgas aus der Sauerstoffflasche 6 über die Druckgasleitung 19 in den Zylinderteilraum 18 einströmt und den Kolben 16 vorwärts treibt, welcher durch die Gelenkverbindung 24 die Stirn­ wand 14 des Atembeutels abwärts bewegt und dadurch den Atembeutel 5 komprimiert.

Steigt der Druck im Atemkreislauf an, so stellt der Drucksensor 27 die Überschreitung des Sollwertes fest und die Meßschaltung steuert über den Transmitter 29 das Magnetventil 20 derart um, daß die Druckgasleitung 19 gesperrt und der Zylinderteilraum 18 durch Verbindung über den Leitungsteil 21 und die Entlüftungsleitung 22 in den Atembeutel 5 entlüftet wird.

Durch die Drucküberwachung mit Hilfe des Drucksensors 27 im Atemgasanschluß 1 wird sichergestellt, daß in keiner Phase der Atmung ein negativer Druck im Atemgasanschluß 1 auftritt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird eine Hilfsvor­ richtung angewendet, die als doppelt wirkendes Zylinder- Kolben-Aggregat 31 ausgebildet ist. Dieses Zylinder- Kolben-Aggregat 31 enthält einen Kolben 32, wobei in dem Zylinder 33 ein oberer Zylinderteilraum 34 und ein unterer Zylinderteilraum 35 ausgebildet sind. Der obere Zylinder­ teilraum ist über einen Leitungsteil 21 mit dem Magnet­ ventil 20 verbunden, welches wahlweise eine Verbindung zwischen dem Leitungsteil 21 und der Druckgasleitung 19 bzw. zwischen dem Leitungsteil 21 und der Entlüftungsleitung 22 herstellt.

In gleicher Weise ist der untere Zylinderteilraum 35 über ein Leitungsstück 36 mit einem weiteren Umschaltventil 37 verbunden, welches das Leitungsstück 36 wahlweise an eine wei­ tere Druckgasleitung 38 bzw. an eine weitere in den Atem­ beutel 5 mündende Entlüftungsleitung 39 anschließt.

Die Meßschaltung besteht in diesem Falle ebenfalls aus dem Verstärker 28 und dem Transmitter 29 zur Steuerung des Magnetventils 20 und aus einem weiteren Verstärker 40 in Verbindung mit einem weiteren Transmitter 41 zur Steue­ rung eines weiteren Magnetventils 37. Beide Verstärker 28, 40 sind über eine Verbindungsleitung 42 zusätzlich zu der Verbindungsleitung 26 und der weiteren Verbindungs­ leitung 43 mit dem Drucksensor 27 zusammengeschaltet.

Die Meßschaltung ist dabei so aufgebaut, daß der Verstärker 28 in jedem Falle angesteuert wird, wenn der vorgegebene positive Sollwert des Druckes im Atemkreislauf während der Inspirations- oder Exspirationsphase unterschritten wird. Die Ansteuerung des Verstärkers 40 erfolgt dagegen nur in der Exspirationsphase. In der Inspirationsphase ist das Magnetventil 20 so gesteuert, daß Druckgas aus der Druckgasleitung 19 über den Leitungsteil 21 in den oberen Zylinderteilraum 34 des Zylinder-Kolben-Aggregates 31 einströmt. Durch die Gelenkverbindung 24 mit der starren Stirnwand 14 des Atembeutels 5 wird der Atembeutel 5 bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 32 komprimiert. In dieser Betriebsstellung ist das weitere Magnetventil 37 so an­ gesteuert, daß eine Verbindung zwischen dem Leitungsstück 36 und der weiteren Entlüftungsleitung 39 besteht, wo­ durch der untere Zylinderteilraum 35 mit dem Innenraum des Atembeutels 5 verbunden wird.

In der Exspirationsphase werden die Magnetventile 20, 37 umgesteuert. Dadurch wird der obere Zylinderteilraum 34 über den Leitungsteil 21 und die Entlüftungsleitung 22 mit dem Innenraum des Atembeutels 5 verbunden. Gleichzeitig strömt Druckluft über die Druckgasleitung 38 durch das Lei­ tungsstück 36 in den unteren Zylinderteilraum 35 und be­ wegt den Kolben 32 nach oben. Die damit verbundene Stirn­ wand 14 des Atembeutels 5 wird angehoben und dadurch entsteht eine den Ausatemvorgang begünstigende Druckmin­ derung im Atembeutel 5.

Die übrigen nicht näher erläuterten Teile entsprechen der Ausführungsform nach Fig. 1.

Schließlich zeigt Fig. 3 den Ersatz des Drucksensors 27 im Atemkreislauf durch zwei hintereinandergeschaltete Dehnungsmeßstreifen 44, 45, welche an einem am Brustkorb zu tragenden Halteteil 46 angeordnet sind. Der Ausgang der Dehnungsmeßstreifen 44, 45 ist über Anschlußleitungen 47, 48 mit den Verstärkern 28, 40 verbunden. Die übrigen wie in Fig. 2 angeordneten Teile des Kreislaufatemschutz­ gerätes sind aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen worden.

Claims (15)

1. Kreislaufatemschutzgerät für Überdruckbetrieb mit einer Druckgasquelle, welche eine mit einem kom­ primierbaren Atemgasvorratsvolumen verbundene Hilfs­ vorrichtung speist, die eine Druckerhöhung im Atem­ kreislauf herbeiführt, sowie mit einer die Hilfsvor­ richtung steuernden, mit einem den Atemzyklus über­ wachenden Sensor verbundenen Meßschaltung, ge­ kennzeichnet durch eine solche Ausbil­ dung der Meßschaltung, bei der die Meßschaltung (28, 29; 40, 41) die Hilfsvorrichtung (15; 31) zur Drucker­ höhung im Atemkreislauf ansteuert, wenn unabhängig vom Atemzyklus ein vorgegebener positiver Sollwert des Druckes im Atemkreislauf unterschritten wird.

2. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (28, 29; 40, 41) so ausgelegt ist, daß sie bei Unterschreitung eines unterhalb des Sollwert­ druckes liegenden vorgegebenen Gefahrenwertes die Hilfsvorrichtung abschaltet.

3. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (28, 29; 40, 41) die Hilfsvorrich­ tung (31) zur Atemunterstützung im In- und Ex­ spirationsteil des Atemzyklus steuert.

4. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung (31) das komprimierbare Atemgasvorratsvolumen in der Inspirationsphase ver­ kleinert und in der Exspirationsphase vergrößert.

5. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor ein im Atemkreislauf angeordneter Druck­ sensor (27) ist.

6. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (27) im Atemgasanschluß (1) des Geräteträgers angeordnet ist.

7. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor als die Brustkorbdehnung überwachender Dehnungssensor (44, 45) ausgebildet ist.

8. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dehnungssensor an einem am Oberkörper zu be­ festigenden Halteteil (46) als mindestens ein Deh­ nungsmeßstreifen (44, 45) ausgebildet ist.

9. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Halteteil (46) in Form eines Leibchens ausgebildet ist.

10. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das komprimierbare Atemgasvorratsvolumen in einem Atembeutel (5) ausgebildet ist.

11. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung ein über eine Druckgasleitung (19; 38) wenigstens einseitig beaufschlagbares Zylinder- Kolben-Aggregat (15; 31) ist, und daß sich in der Druckgasleitung mindestens ein Umschaltventil (20; 37) befindet, welches entsprechend der Steuerung durch die Meßschaltung (28, 29; 40, 41) einen Zylinderteil­ raum (18; 34, 35) an die Druckgasleitung anschließt.

12. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Zylinderteilräume (34, 35) des Zylinder- Kolben-Aggregates (31) über von der Meßschaltung (28, 29; 40, 41) wechselseitig gesteuerte Umschaltven­ tile (20, 37) mit der Druckgasleitung (19; 38) verbun­ den sind.

13. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (20) so geschaltet ist, daß beim Überschreiten des vorgegebenen positiven Soll­ wertes im Zylinderteilraum (18; 34) die Verbindung mit der Druckgasleitung (19) abgesperrt und der Zylinderteilraum (18; 34) mit einer Entlüftungslei­ tung (22) verbunden wird.

14. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Entlüftungsleitung (22; 39) mit dem Innenraum des Atembeutels (5) verbunden ist.

15. Kreislaufatemschutzgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung ein mit der Druckgasquelle verbun­ denes Steuerventil ist, welches die Druckgasquelle entsprechend der Steuerung durch die Meßschaltung beim Unterschreiten des vorgegebenen positiven Soll­ wertes unter Umgehung eines vorhandenen Druckmin­ derers zur direkten Einspeisung in den Atemkreislauf einschaltet.