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Sauerstoffatemschutzgerät mit Kreislauf der Atemluft und lungengesteuerter
Sauerstoffzufuhr Die Erfindung betrifft ein Sauerstoffatemschutägerät mit Kreislauf
der Atemluft und lungengesteuerter Sauerstoffzufuhr durch einen innerhalb des Atembereichs
angeordneten und mit dessen Bewegung gekoppelten Hilfsbalg, der beim Einströmen
der Ausatemluft in den Atembeutel aus einem membrangesteuerten Sauerstoffzuführungsventil
Sauerstoff in stets gleichbleibendem Verhältnis zum Füllungsgrad des Atembeutels
ansaugt. Die Erfindung bezweckt, ein solches Atemschutzgerät so auszubilden, daß
eine gefährliche Ansammlung von Stickstoff im Atemluftkreislauf, die sogenannte
Stickstoffgefahr, mit Sicherheit vermieden wird. Für das Vorhandensein von Stickstoff
im Kreislauf eines solchen Gerätes gibt es zwei Ursachen. Die eine besteht darin,
daß der als Nährgas zur Verfügung stehende Sauerstoff nach bestehenden Vorschriften
bis zu 2 °/o Stickstoff enthalten darf. Mit der lungengesteuerten Entnahme des Sauerstoffes
aus dem Hochdruckvorratsbehälter geht dieser Stickstoff nach und nach in den Kreislauf
des Gerätes über. Die zweite Ursache beruht darauf, daß der gesamte Kreislauf von
etwa 7 bis 91 Inhalt am Anfang des Gebrauches mit atmösphärischer Luft, d: h. mit
79 % `Stickstoff, angefüllt sein kann. Dieses Vorhandensein' und die weitere Ansammlung
immer größerer Mengen von Stickstoff, der ini Atemprozeß nicht verbraucht wird;
kann unter besonders ungünstigen Umständen schön in kurzer Zeit die lungengesteuerte
Sauerstoffzufuhr unterbinden und den Sauerstoffgehalt der im Gerät kreisenden Luft
so weit herabdrücken, daB der Gerätträger@ unter den physiologischen Erscheinungen
des ,Sauerstoffmangels zusammenbricht.
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Zur Bekämpfung dieser sogenannten Stickstoffgefähr hat man unter anderem.
vorgeschlagen, ein von Hand zu betätigendes Spülventil am Mundstrick
bzw:
Maskenanschltiß des Gerätes anzuordnen, das der Träger von Zeit zu Zeit aufdrücken
muß, damit für die Dauer einiger Atemzüge ein Teil der Ausatemluft durch ein Rückschlagventii
ins Freie abbläst. Da die Auswirkung dieser Art der .Spülung von der Befolgung einer
Bedienungsvorschrift abhängig ist, besteht eine sichere Gewähr weder gegen das Auftreten
der Stickstoffgefahr beim Unterlassen der Betätigung noch gegen übermäßige Verschwendung
von Sauerstoff bei zu häufiger Bedienung des Spülventils.
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Bekannt ist ferner die Anordnung eines selbsttätigen Spülventils in
der Ausatemleitung; das bei jeder Ausatmung durch die Wirkung des an der Einbaustelle
entstehenden Überdruckes. einen -Teil: der Ausatemluft nach außen abblasen läßt.
Die Beschränkung auf die unbedingt notwendige Spülmenge ergibt hierbei für die nach
außen führende Spülöffnung einen sehr geringen Querschnitt, der durch unvermeidliches
Kondenswasser oder Speicheltropfen so stark blockiert werden kann, daß der geringe-
Ausatemwiderstand die Kapillarkräfte in der Spülöffnung nicht überwinden kann: Die
:Spül-Wirkung ist daher unzuverlässig. - - -Die am meisten verbreitete Methode zur
Verhinderung von Stickstoffansammlung im Atemluftkreislauf verwendet neben der lungengesteuerten
Sauerstoffzufuhr eine gleichbleibende Sauerstoffzufuhr, .die dem -Bedarf des Gerätträgers-
bei einer mittelschweren Arbeitsleistung entspricht. Da erfahrungsgemäß diese Arbeitsleistung
während des größeren Teiles der Gebrauchsdauer nicht erreicht wird> entsteht im
Kreislauf ein Luftüberschuß, der durch ein Überdruckentlüftungsventil selbsttätig
abgeblasen wird. Obgleich bei dieser Art der Stickstoffausspülung auch beträchtliche
Mengen Sauerstoff verlorengehen, so daß die Gebrauchsdauer des Gerätes bei gegebenem
Sauerstoffvorrat stark beschränkt wird, ist eine volle Sicherheit gegen die Stickstoffgefahr
nur für den Teil des Stickstoffes gegeben, der aus der Verunreinigung des Sauerstoffvorrates
stammt. Übungs- und Gebrauchsanweisungen verlangen daher ausdrücklich, daß der Atembeutel
beim Anlegen der Geräte leetgrsaugt wird und die Atemleitungen, soweit es möglich
ist, mit Sauerstoff aus der' Vorratsflasche durchspült werden, damit möglichst viel
des am Anfang im Kreislauf enthaltenen Stickstoffes entfernt wird.
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Einen anderen Lösungsversuch der Aufgabe, eine ausreichende Spülwirkung
-mit geringeren Sauerstoffverlusten zu erreichen, stellt eine weitere bekannte Anordnung
dar. Hierbei ist innerhalb eines- Atembeutels, de'r nach Art eines Blasebalges aus-
zwei sich im wesentlichen parallel zueinander bewegenden Wänden besteht, ein Hilfsbalg
angeordnet,- der mit der Bewegung des Atembeutels gekoppelt ist und während der
Ausatmung in den Atembeutel Sauerstoff in stets -gleichbleibendem, Verhältnis zum
Füllungsgrad des Atembeutels ansaugt. -Der mit dem- Atembeutel .über -ein Rückschlagventil
verbundene' Hilfsbalg entleert seinen Inhalt. dann während: der -Einatniung=in degKreislauf:
Die Sauerstoffzufuhr ist hierbei nur insofern als lungengesteuert anzusehen, als
sie der Größe und Zeitdauer der einzelnen Atemzüge entspricht. In bezug auf den
prozentualen Sauerstoffverbrauch des Gerätträgers ist sie an das unveränderlich
eingestellte Verhältnis der Inhalte von Hilfsbalg und Atembeutel gebunden. Da der
Sauerstoffverbrauch des Gerätträgers je nach seiner Arbeitsleistung und Konstitution
zwischen 3,5 °/o und 7 % des Luftumsatzes schwanken kann, muß dieses Verhältnis
so festgelegt werden, daß von dem Hilfsbalg stets ein Überschuß an Sauerstoff aus
dem Sauerstoffzuführungsventil angesaugt wird. Dann kann sich der Atembeutel füllen
und der Überschuß als Stickstoffspülung. durch das normale Überdruckentlüftungsventil
abgeblasen werden. Bei geringerer Einstellung des Inhaltsverhältnisses von Hilfsbalg
und Atembeutel und längerer Dauer eines höheren ' Sauerstoffverbrauches wird der
Atembeutel immer mehr entleert, bis entweder sein Inhalt für die Einatmung nicht
mehr ausreicht und das immer vorhandene Zuschußventil von Hand bedient- werden-
muß, oder aber bis der absinkende Sauerstoffgehalt im Kreislauf das weitere Tragen
`des Gerätes unmöglich macht. Wenn auch diese Anordnung eine sparsamere und dem
Atemvorgang besser angepaßte Stickstoffspülung zuläßt, so genügt sie doch ebenfalls
nur für den Teil des Stickstoffes, der aus der Sauerstoffvorrätsflasche in den Kreislauf
übergeht. Sie versagt, wenn das Gerät am Anfang mit- atmosphärischer Luft angefüllt
war, und unterliegt daher ebenfalls der Vorschrift des Leersaugens und Durchspülens
mit Sauerstoff am Anfang des Gebrauches..
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Die - Erfindung -weist -demgegenüber bei einem Sauerstoffatemschutzgerät
der zuletzt genannten Art den Weg zu einer -völlig selbsttätigen Beherrschung der
Stickstoffgefahr. '-Sie vermeidet die Stickstoffgefahr, soweit sie dadurch verursacht
wird, daß der Atemluftkreislauf unter Umständen- zu Beginn "der Gerätbenutzung bereits
ganz oder - teilweise mit atmosphärischer Luft angefüllt ist; -in.-folgender Weise:
Die Gegendruckkammer des Membrangehäuses des Sauerstoffzuführüngsventils -i'st mit
der Außezzlüft durch zwei Rückschlagventile verbunden; von denen -das eine leicht
zü öffnende Ventil Außenluft in die Gegendrückkämmer. einströmen - läßt, 'sobald
-die Membran beire Auseinahderziehen des Hilfsbalges infolge -des - in der Steuerkammer
des -Membrangehäuses eintretenden Unterdruckes das Sauerstoffzuführungsventil öffnet,
-während das andere Ventil das Ausströmen von Luft aus der "Gegendruckkaminer -und
damit- das Schließen- des Säuerstöffzuführungsventils- -erst - dann .-zuläßt,- sobald
-der Atembeutel nach vollständiger Füllung unmittelbar mit seinem versteiften Wandteil
-öder mittelbar; z. B. durch einen Hebel; das- Ventil zwangsläufig öffnet.
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Soweit' die Stickstoffgefahr - dadurch verursacht wird, daß mit -
deni - aus der Sauerstoffflasche zugeführten Sauerstoff 2 % Stickstoff `in den Atemluftkreislauf
$einstömen;-wird;de-.ficktffgefax
-gemäß der- Erfindung' dadurch`
beseitigt, däß' der Atenmbeutel vor dem Öffnen des Entlüftungsventils 'der Gegendruckkammer
unmittelbar mit seinem versteiften Wandteil-öder mittelbar, z. B. durch den Hebel,
eine Spülluftpumpe betätigt, welche Atemlüft aus dem Atemluftkreisla:uf ins Freie
befördert.
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Vorzugsweise ' besteht die Spülluftpumpe aus einem an -die Ausatemleitung
vor der Luftreinigungspatrone übel- ein Rückschlagventil angeschloss enen
' kleinen e Spülbalg, der vor de' in ögnen d- es "Entlüftnigsvenfils der:
Gegendruckkammer vom Aternbeütel unmittelbar - durch seinen- versteiften Wandteil
* oder -mittelbar, Z'.13. durch den Hebel, zusammengedrückt und über ein Rückschlagventil
nach' außen entleert wird und -bei Beginn der Einatmung' durch eine -Feder"über
das Rückschlägventil üit Luft äus° dem Atemlüftkreisläuf wieder gefüllt wird.
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Das` Hubvolumen des Spülbalges ist zweckmäßig einstellbar. Vorzugsweise
wird ferner die Steuerung -sdwolil- des --Entlüftungsventils *der Gegeridruckkämnrier
als auch der Spülluftpumpe durch den Atembeutel so ausgebildet, däß die Zeiffolge
der Betätigung des Entlüftungsventils und der z. B. aus einem Spülbalg bestehenden
Spülluftpumpe durch den Atembeutel einstellbar ist. -' Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in 'schematischer Darstellung.
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Mit--der Öffnung i wird das Atemschutzgerät mit dein Mundstilcl<'
oder der Maske des -Gerätträgers verbünden: Die Äusatemluft strömt -durch den Atemschlauch
2, das Ausaiemventil 3 und« die Ausäteinleituimg 4 in die Luftreinigungspatrone,
5 und \\-ird von liier aus 'durch ein Rohr 6 in den Atembeutel 7 geleitet. Dieser
'besteht aus einer festgelegten Grundplatte 8; der versteiften beweglichen 'Wand.
j und-'bälgartig beweglichen Seitenwänden 1°c. Durch das Verbindungsrohr i i, das
'Einatemventil t'2 und den Einatemschlaüch 13 wird die-Einäternluft der Öffnung
i zugeführt. In 'dem Atembeutel @ .ist der Hilfsbalg 14 angeordnet; der mit*--seinen.Enden
an der Grundplatte 8' bzw.' der beweglichen Wand 9 des .Atembeutels 7 befestigt
ist--und dessen Inneres durch ein_ än "der' Wand 9 -behridliches RückschIägventil
,t'5 mit *dein Atembe6tel -7' in 'Verbindung -steht: Eine Rohrleitung 16 führt vom
Hilfsbalg 14 zum Saüerstoffzuführungsveritil 17, dessen Verschlußkörper unter dem
Druck :der. Schließfeder i$ steht. Über ein Druckminderventil t'9 wird dem Sauerstoffzufülirungsventil
17 'ads der »Sauerstoffflasche 2o nach Öffnen des Abaperr`ventils 21. Säuerstof
zügefülirt.: Das Sauerstoffzüführungsventil 17 wird .durch eine Membran 22 betätigt,'
über der sich'eine Gegendruckkä,mmer z3 befindet. Eine Rohrleitung ,24, führt von-
def: Kamnier "23 zu- dem Ventilpäär 25, 26, von- dem'-. das _ eine 25 als leicht
zu öffnendes Rückscblagventil ausgebildet ist und das andere 26, durch eine kräftige
Feder 27 belastet, - durch einen Druckknopf 28 von außen her bedient werden kann.
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An die Ausatemleitung:-4 ist über ein-RÜckschlagventil 29 ein kleiner
Spülbalg 3o angeschlossen, der durch eine Feder 31 auseinandergedrückt wird. Er'
ist einstellbar verbunden initeinem Aüslaßventil 32, das durch Zusammendrücken des
Spülbalges 30 entgegen dem Druck der Feder 31 geöffnet werden kann. Ein -Rück schlagventil
33 ist dem Ventil 32 nach außen hin vorgeschaltet: " Eiri Hebel 34, der um eine
fest gelagerte Achse 35 drehbar ist, *kann Bewegungen der beweglichen Wand 9 des
Atembeutels 7 auf den Spülbalg 3o Ürid das .Druckknopfventil 26 übertragen.
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Die Wirkungsweise des in der Zeichnung schematisch- dargestellten
Aternschutzgerätes ist folgende: Die'Ausatemluft strömt durch die Öffnung i, den
Äusatenmschlauch ä; das Ausatexnventil 3 .und "die Ausatemleitüng 4 in- die tuffreinigungspatrone
-5, in -der sie von ihreiü Gehalt an Kohlensäure befreit wird, und gelangt durch
'die Leitung 6 in den Atembeutel 7. Dieser ist im allgemeinen am Anfang des Gebrauches
nur zum Teil gefüllt. Durch die bewegliche Wand j des Atembeutels 7 wird auch der
Hilfsbalg t'4 'auseinandergezögen. Da das Rückschlagventil 15' die Verliinding *
zwischen *dem Hilfsbalg 14 und- dem 'Atembeutel 7 absperrt, entsteht in dem Hilfsbalg
14 beider Ausatmung ein Unterdrück, der *durch * 'die Leitung- -1'6 in die Steuerkammer
36 des'Membrängeliäüses übertragen wird und auf 'die Membran -22 des Sauerstofffzuführüngsventils
t'7 einwirkt. Da die Gegendruckkanimer z3 über der Metribrän' ä2 durch *die Leitung
24 und das"lecht eingestellte l@ückschlagvenfil 25 mit der das Gerät umgebenden
Außenluft in VerbindÜng steht, kann die-Membran 22 der Unterdruckwirkurig nächgebet-und
entgegen der Schließfeder t'8 das Säuerstöffzuführüngsventil 17 öffnen. " - Der
seht' geringe Druck der in den Aterimbeütel 7 einströmenden Aüsätemlufi' wird' durch
die großfe Fläche-der beweglichen Wand 9 des- Atembeutels 7 'auf 'den 1@leinen Querschnitt
- . deä - Hilfsbalges 14 übertragen, so daß der auf die @ Merribran 22- zur Wirkung
- kömtnenge ' Unterdruck etwa auf das .Zwatizigfäche des auslösenden Druckes ' im
@ Atembeutel @ verstärkt wird: Die Fläche der Membran 22 kann. "daher selr klein
gehalten werden.
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. ',Mt "der *.Beendigüng der A_ usatrriung hört die Dfu'ckwirkühg
iin: Atenibeü tel 7 und somit auch die Sau pvrkurig im Innern-'_des_ -Hilfsliälges
14 auf. Das Zurückgehen der Membräri 22 in die Ausgangsstellung' wird jedoch durch
das nückschlagventil '25 verhindert, das infolge der Du- rchbiegung der Membran
22 in die Gegendrückkatnmer 23 eingesaugte Äüßenluft nicht entweichen *läßt, so
daß das Sauerstöffzüführüngsventil 17 weiter geöffnet bleibt: Der Weiter' aüssitömende
" Sa;uerstofff füllt durch dgs Rüekschlagventil' i 5 den Atembeutel 7 weiter auf,
bis die bewegliche Beutelwand 9 beim Vollwerden des Atembeutels 7 den um die feste
Achse 35 drehbaren Hebel 34 mitnimmt. Das Ende des Hebels 34 stößt dann gegen den
Druckknopf 28 des Entlüftungsventils 26;- so däB -die"n der Kammer 23 ube-r det'
Membran eingeschlossene Luft durch die Leitung ä4 entwe'ichen'känn ufid die. Membran
22 - i ihr ii e Ausgangsstellung: .zuriickkehrt.. .Erst dann ist das Sauerstoffzuführungsventil
geschlossen. Erfindungsgemäß bewirkt diese Anordnung also,
daß -urmittelbar
im Anschluß an @ den ersten Atemzug der Atembeutel mit Sauerstoff aus dem Vorratsbehälter
selbsttätig aufgefüllt und dieser Zustand auch bei der weiteren Atmung selbsttätig
aufrechterhalten wird. Durch die zwangsläufige Zufuhr von hochprozentigem Sauerstoff
sofort am Anfang des Gebrauches wird der Sauerstoffgehalt der Kreislaufluft mit
Beginn der Atmung so stark erhöht, daß die weitere Stickstoffspülung auf das geringstmögliche
Maß beschränkt werden kann.
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Bevor der sich füllende Atembeutel 7 durch den Hebel 34 das Entlüftungsventil
26 öffnet, drückt das Ende des Hebels 34 gegen den Spülbalg 30 und entleert
dessen Inhalt durch die Ventile 32 und 33 nach außen. Bei Beginn der folgenden Einatmung
veranlaßt die Feder 31 die Wiederauffüllung des Spülbalges 3o aus der Ausatemleitung
q, über das Rückschlagventil 29. Die ganze Anordnung dient zugleich als normales
Überdruckentlüftungsventil. Spülluft und Überschußluft werden in vorteilhafter Weise
der kohlensäurehaltigen Ausatemluft vor ihrem Eintritt in die Luftreinigungspatrone
entnömmen, wodurch diese entlastet wird.
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Durch das Zusammenwirken des Ventilpaares 25, 26 mit dem Spülbalg
3o ist nach der Erfindung dafür gesorgt, daß am Ende einer jeden Ausatmung der Atembeutel
7 voll -aufgefüllt wird und dadurch zwangsläufig bei jedem Atemzug eine bestimmte,
durch die Einstellbarkeit der Bauteile gegeneinander gegebene Ausspülung von-Kreislaufluft
erfolgt. Je nach Anordnung der Bauteile im Rahmen des ganzen Gerätes kann der Hebel
34 auch fehlen und die Betätigung des Ventilpaares 25, 26 und des Spülbalges
30 von der versteiften Wand 9 des Atembeutels 7 unmittelbar übernommen werden.
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Die an sich bekannte Anordnung des Hilfsbalges 14 im Atembeutel 7,
durch welche die für die Einatmung benötigte Sauerstoffmenge schon während er vorhergehenden
Ausatmung bereitgestellt wird; bedingt für sich allein, wie oben erwähnt wurde,
mit Rücksicht auf die Schwankungsbreite des menschlichen Sauerstoffverbrauches von
3,5 bis 7 % einen verhältnismäßig großen Inhalt des Hilfshälges 1q.. Da nach der
Erfindung bei jedem Atemzug zwangsläufig eine bestimmte Spülung durch den Spülbalg
3o erfolgt und ebenso zwangsläufig mit einem hohen Sauerstoffgehalt im Kreislauf
am Anfang des Gebrauches gerechnet werden kann, genügt für das Inhaltsverhältnis
des Hilfsbalges 1q. zum Atembeutel 7 ein Wert von q. bis 5 °/o, so daß bei völlig
selbsttätiger Sicherung gegen Stickstoffansammlungen 'im Kreislauf der Sauerstoffvorrat
für den Atembedarf wesentlich besser ausgenutzt werden kann.