DE10152454B4 - Lungenautomat für Pressluftatemgeräte - Google Patents
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Abstract
Lungenautomat
für Pressluftatemgeräte mit einer
durch den über
einen Drucksensor gemessenen Atmungsdruck gesteuerten, in einem
Gehäuse
untergebrachten Ventileinrichtung zur Regelung der Luftzufuhr zu
einer Atemschutzmaske, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung
einen Ventilsitz (4) mit einem Lufteintrittskanal (6) und ein von
einem Antriebsmotor (8) betätigtes
Schließteil
(7, 20, 25) zum Freigeben oder Verschließen des Lufteintrittskanals
(6) umfasst und der Lufteintrittskanal über einen Messraum (3) mit
in diesem angeordneten Drucksensor (15) und einen Luftaustrittskanal
(3) mit der Atemschutzmaske verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Lungenautomat für Pressluftatemgeräte, mit einer durch den über einen Drucksensor gemessenen Atmungsdruck gesteuerten Ventileinrichtung zur Regelung der Luftzufuhr zu einer Atemschutzmaske.
- Lungenautomaten sind seit langem bekannt. Sie sind zwischen das Druckreduzierventil eines Pressluftreservoirs und die Atemschutzmaske geschaltet und dienen entsprechend dem Atmungszyklus der Bereitstellung einer bestimmten Atemluftmenge mit einem für den menschlichen Organismus geeigneten Druck. Bei den bekannten Lungenautomaten erfolgt die Betätigung der Ventileinrichtung zur Freigabe und zur Regelung der Luftzufuhr vom Druckminderer zur Atemschutzmaske mit Hilfe einer beim Einatmen durch den Benutzer aufgrund des erzeugten Unterdrucks bewegten Steuermembran.
- Aufgrund der rein mechanischen Membransteuerung ist eine Vielzahl zusammenwirkender mechanischer Bauteile erforderlich. Der Platzbedarf ist entsprechend groß und die Regelung der dem Benutzer zuzuführenden Luftmenge ist entsprechend grob und unstetig und nicht auf die speziellen Bedürfnisse des Benutzers einstellbar. Zudem reagiert ein mit einer mechanischen Membransteuerung ausgebildeter Lungenautomat sehr empfindlich auf äußere mechanische Einflüsse, die zu Unregelmäßigkeiten oder gar Unterbrechungen der Luftzufuhr zum Benutzer führen können.
- Aus der
DE 40 40 793 A1 ist bereits ein auf der Basis des mit einem Drucksensor gemessenen Atmungsdruckes elektronisch gesteuerter Lungenautomat mit einem Membranventil bekannt. Dabei wird ausgehend von dem Atmungsdruck über eine Steuerung zunächst ein Hilfsventil elektromagnetisch betätigt. Durch den damit in einem Steuerraum erzeugten Druckabfall wird eine Membranscheibe angehoben, um den Weg des Luftstroms zur Atemschutzmaske und damit zum Nutzer freizugeben. Durch den beim Ausatmen erzeugten Überdruck wird zunächst das Hilfsventil und in dessen Folge das Membranventil wieder geschlossen und damit die Luftzufuhr zum Nutzer gesperrt. Die reine Unterdrucksteuerung des Membranventils ist jedoch störanfällig. Zudem ist dieser Lungenautomat mit einem elektromagnetisch betätigten Hilfsventil und einem Membranventil und mehreren Druckräumen mit entsprechenden Verbindungskanälen kompliziert ausgebildet und störanfällig. - Der Vollständigkeit halber wird des Weiteren auf die
EP 0 957 298 A1 verwiesen, bei der ein Membranventil unmittelbar durch einen Schrittmotor verstellt wird. Das Luftvolumen kann durch Verstellen des mit dem Motor verbundenen Ventilkörpers in einem weiten Bereich verstellt werden, jedoch ist eine druckabhängige Regelung mit dieser Ventilausbildung nicht möglich. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lungenautomaten der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass bei geringer Baugröße dessen störungsfreie Funktion und eine an die spezifischen Atembedingungen des Benutzers anpassbare Regelung der Luftzufuhr gewährleistet ist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgebildeten Lungenautomat gelöst.
- Weitere Merkmale und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Der grundlegende Erfindungsgedanke besteht darin, dass die Betätigung der Ventileinrichtung bzw. die Freigabe der Luftzufuhr zum Benutzer beim Einatmen und das Unterbrechen der Luftzufuhr beim Ausatmen durch einen von einem Drucksensor gesteuerten Antriebsmotor erfolgt. Das heißt, dass ein der Auslaßöffnung im Ventilsitz zugeordnetes Schließteil auf der Grundlage des im Lungenautomaten beim Ein- und Ausatmen vom Druckmesser über eine Steuerung an den Antriebsmotor signalisierten Druckes diese Auslaßöffnung mehr oder weniger weit freigibt oder verschließt.
- Der erfindungsgemäße Lungenautomat umfaßt ein Gehäuse, in dem ein Ventilsitz mit zentrisch angeordneten Lufteintrittskanal, ein dem Lufteintrittskanal zugeordnetes Schließteil und ein Antriebsmotor für das Schließteil untergebracht sind. In einem den Lufteintrittskanal und den im Gehäuse ausgeformten, an die Atemschutzmaske angeschlossenen Lufteintrittskanal verbindenden Meßraum befindet sich der Drucksensor zum Erfassen des in der jeweiligen Atemphase herrschenden Druckes, aufgrund dessen der Antriebsmotor über eine Steuereinheit nach einer vorgegebenen Steuerungscharakteristik gesteuert wird.
- Die Regelung der Luftzufuhr ist sehr gleichmäßig und an die tatsächlichen Bedürfnisse des Benutzers bzw. die Atembedingungen angepaßt. Durch die Ventilbetätigung mit einem über den gemessenen Druck gesteuerten Antriebsmotor werden nur wenige mechanische Bauteile benötigt. Somit wird die Lebensdauer erhöht und die Störanfälligkeit verringert. Gegenüber den bekannten Geräten ist die Baugröße deutlich geringer. Insbesondere sind Funktionsstörungen aufgrund äußerer mechanischer Einwirkung auf den Lungenautomaten im Wesentlichen ausgeschlossen. Die von den mechanisch gesteuerten Lugenautomaten bekannten Geräusche treten bei dem erfindungsgemäßen Gerät nicht auf.
- Nach einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung ist der über ein Antriebsorgan mit dem Schließteil der Ventileinrichtung verbundene Antriebsmotor elastisch gelagert. Sofern auf das Schließteil ein unzulässig hoher Luftdruck wirkt, zum Beispiel bei einem Defekt des dem Lungenautomaten bekanntermaßen vorgeschaltetem Druckminderventils, kann aufgrund der elastischen Lagerung des Antriebsmotors und damit auch der elastischen Halterung des Schließteils ein Druckausgleich erfolgen.
- In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist der Ventilsitz mit der zentralen Lufteintrittsöffnung manuell verstellbar, so dass bei einer Funktionsstörung der Bewegung des Schließteils durch die manuelle Bewegung des Ventilsitzes dennoch eine Luftzufuhr zum Benutzer möglich ist.
- Ausführungsbeisspiele der Erfindung, aus denen sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben, werden anhand der Zeichnung, die in der jeweiligen Figur sowohl die Einatmungs- bzw. Offenstellung des Ventils als auch die Ausatmungs- bzw. Schließstellung des Ventils wiedergibt, näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Lungenautomaten mit einem translatorisch bewegten Schließteil zur Freigabe und Regelung der Luftzufuhr zum Benutzer; -
2 eine zweite Ausführungsvariante des Lungenautomaten mit einem die Luftzuführung durch eine Drehbewegung regelnden Verschlußorgan für die Luftzufuhr; und -
3 eine dritte Ausführungsvariante des Lungenautomaten mit einem elastisch ausgebildeten Verschlußelement, das infolge seiner Längenänderung den Luftweg über die Atemschutzmaske zum Benutzer freigibt. - 1. Ausführungsvariante
- Die in
1 dargestellte Ausführungsform eines Lungenautomaten umfaßt ein Gehäuse1 mit einem Meßraum2 , der an der Luftaustrittsseite über einem Luftaustrittskanal3 an die Atemschutzmaske (nicht dargestellt) ausschließbar ist. An der über eine Mitteldruckleitung mit einem Druckminderer (nicht dargestellt) verbundenen Lufteintrittsseite ist in dem Gehäuse1 ein Ventilsitz4 angeordnet, der durch manuelle Drehbewegung entsprechend dem Pfeil A in Achsrichtung verstellbar ist. Zum Abdichten ist zwischen Ventilsitz4 und Gehäuse1 ein Dichtungsring5 vorgesehen. Die Luftzufuhr gemäß dem Pfeil B von der Mitteldruckleitung (nicht dargestellt) in das Gehäuse1 erfolgt über einen axial im Ventilsitz4 verlaufenden Lufteintrittskanal6 , der durch ein in axialer Richtung (Pfeil C) mit Hilfe eines Antriebsmotors8 bewegliches Schließteil7 verschließbar ist. Das Schließteil7 ist zum Verschließen des stirnseitigen Öffnungteils4a des Ventilsitzes4 als Schließkegel7a ausgebildet. Der Antriebsmotor8 ist in einem Antriebsgehäuse9 untergebracht, das unter der Wirkung eine Sicherheitsfeder10 zur Lufteintrittsseite hin (Pfeil D) gegen eine Anschlagfläche11 gedrückt wird. Das Antriebsgehäuse und ein zwischen Antriebsmotor8 und Schließteil7 vorgesehenes Antriebsorgan (Antriebsspindel)12 sind zum Meßraum2 hin durch Ringdichtungen13 und14 abgedichtet. An den Meßraum2 , der einen Verbindungsraum zwischen dem Lufteintrittskanal6 und dem Luftaustrittskanal3 darstellt, ist ein Drucksensor15 angeschlossen. Der Drucksensor15 ist mit dem Antriebsmotor8 über eine Steuerung16 verbunden. Außerdem ist an den Antriebsmotor8 und den Drucksensor15 eine Stromversorgung17 angeschlossen. - Die Funktion des zuvor anhand der
1 beschriebenen Lungenautomaten ist folgende:
Die Zeichnung zeigt den Lungenautomaten in der oberen Bildhälfte in der geschlossenen Ventilstellung und in der unteren Bildhälfte in der offenen Ventilstellung. Wenn in der Einatmungsphase bei zunächst geschlossenem Lufteintrittskanal6 (das Schließteil7 liegt abdichtend an dem Ventilsitz4 ) vom Drucksensor15 ein bestimmter Druckabfall im Meßraum2 festgestellt wird, erhält der Antriebsmotor8 über die Steuerung16 ein der Änderungsgröße des Druckes entsprechendes Signal und zieht das Schließteil zurück (untere Bildhälfte). Dadurch kann die über eine Mitteldruckleitung (nicht dargestellt) zugeführte Luft über dem Lufteintrittskanal6 , den Meßraum (Verbindungsraum)2 und den Luftaustrittskanal3 zur Atemschutzmaske (nicht dargestellt) strömen. Da die Steuerung das Antriebsmotors8 auf der Basis der jeweiligen Druckverhältnisse erfolgt, ist eine an die jeweils herrschenden Bedingungen exakt angepaßte Luftzufuhr zum Benutzer möglich. - In der Ausatmungsphase steuert der Drucksensor
15 den Antriebsmotor8 aufgrund des Druckanstiegs in der Weise, dass das Schließteil7 zum Ventilsitz4 hin bewegt wird und den Ventilsitz4 abdichtet, so dass von der Mitteldruckleitung keine Atemluft nachströmen kann. - Die auf das Antriebsgehäuse
9 wirkende Sicherheitsfeder10 dient dazu, bei einem am Lungenautomaten anliegenden unzulässig hohen Druck, zum Beispiel bei einem defekten Druckminderer, das Schließteil7 samt Antriebsgehäuse9 zurückzudrücken und die Öffnung des Ventilsitzes4 freizugeben, so dass die Luft abströmen kann. - Eine weitere Sicherheitsmaßnahme besteht darin, dass der Ventilsitz
4 von Hand aus dem Gehäuse1 herausgedreht werden kann. Dadurch kann dem Benutzer auch bei einem defekten Antriebsmotor8 , der nicht mehr in der Lage ist, das Schließteil7 zurückzuziehen und den Lufteintrittskanal6 freizugeben, Atemluft zugeführt werden. - 2. Ausführungsvariante
- Die in
2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen lediglich hinsichtlich der Ausbildung der Ventileinrichtung. Diese besteht hier aus einem Ventilsitz4 mit einem Innenzylinder18 , dessen Zylinderwand erste Durchgangsbohrungen19 aufweist. Das Schließteil ist als den Innenzylinder18 umgebender, mit Hilfe des Antriebsmotors8 um seine Längsachse drehbarer Schließtopf20 ausgeführt. In der Wand des Schließtopfes20 befindet sich ebenfalls eine (zweite) Durchgangsbohrung21 , die auf gleicher Höhe wie die erste Durchgangsbohrung19 liegt. Am Umfang des Innenzylinders18 sind zwei Dichtungen23 und24 vorgesehen, die so angeordnet sind, dass die Durchgangsbohrungen zwischen diesen liegen. - Die Steuerung der Luftzufuhr zur Atemschutzmaske über den Lungenautomaten erfolgt in dieser Ausführungvariante in der Form, dass aufgrund der beim Einatmen herrschenden und vom Druckmesser
15 zur Steuerung16 übertragenen Druckverhältnisse im Meßraum2 der Antriebsmotor8 den Schließtopf20 in eine Drehbewegung versetzt und dessen Durchgangsbohrung21 über die Durchgangsbohrung19 des Innenzylinders18 (Verlängerung des Ventilsitzes) stellt. Abhängig davon, wie weit die zweite Durchgangsbohrung21 die erste Durchgangsbohrung19 entsprechend dem festgestellten Druck überdeckt, wird dem Benutzer eine dementsprechende Luftmenge zugeführt. In2 ist die geöffnete Ventilstellung in der oberen Bildhälfte dargestellt, so dass die Einatmungsluft entsprechend den Pfeilen B und E von der Mitteldruckleitung über den Lufteintrittskanal6 , die Durchgangsbohrungen19 und21 , den Meßraum2 und den Luftaustrittskanal3 zur Atemschutzmaske strömt. - Die unter Bildhälfte von
2 zeigt die vollständig geschlossene Ventilstellung beim Ausatmen, bei dem der Schließtopf20 aufgrund des erhöhten Druckes vom Antriebsmotor8 in eine die Durchgangsbohrungen19 abdichtende Lage, die in2 durch die Dichtfläche verdeutlicht wird, gedreht wurde. - Die Wirkung der Sicherheitsfeder
10 kommt dadurch zustande, dass bei einem von der Mitteldruckleitung ausgehenden zu hohen Druck der Schließtopf20 in Achsrichtung entgegen der elastischen Kraft der Sicherheitsfeder10 bewegt wird. Dadurch wird die Dichtwirkung der vorderen Dichtung24 aufgehoben, so dass die Luft abströmen kann. - Sofern, beispielsweise aufgrund eines defekten Antriebsmotors
8 , der Schließtopf20 nicht gedreht und damit keine Atemluft zum Benutzer geleitet werden kann, ist es bei dieser zweiten Ausführungsform möglich, den Ventilsitz4 mit Innenzylinder18 manuell so zu drehen, dass eine der ersten Durchgangsbohrungen19 mit der zweiten Durchgangsbohrung21 im Schließtopf20 zur Deckung gebracht wird, so dass Atemluft zur Atemschutzmaske strömen kann. - 3. Ausführungsvariante
- Bei der in
3 wiedergegebenen Ausführungsform des Lungenautomaten ist die Ventileinrichtung zum Freigeben oder Unterbrechen der Luftzufuhr als in Längsrichtung elastisch verlängerbares Ventilelement25 mit in dessen elastischen Teil integrierten Ventilöffnungen26 ausgebildet. Bei entsprechenden Druckverhältnissen in der Einatmungsphase wird das elastische Ventilelement25 mit Hilfe des vom Antriebsmotor8 betriebenen Antriebsorgans12 gestreckt, so dass die Ventilöffnungen26 freigegeben werden und Atemluft vom Lufteintrittskanal6 über die Ventilöffnungen26 , den Meßraum2 und den Luftaustrittskanal3 zum Benutzer strömen. Aufgrund der mit dem Drucksensor15 gemessenen Druckbedingungen kann eine entsprechend dosierte Luftmenge zur Maske geleitet werden, indem der Antriebsmotor8 das elastische Ventilelement25 um einen bestimmten Betrag dehnt und die Ventilöffnungen26 dementsprechend öffnet. - Auch bei dieser Ausführungsvariante kann aufgrund der elastischen Motorlagerung Luft abströmen, wenn ein unzulässig hoher Druck am Lufteintrittskanal anliegt. Gleichermaßen kann bei einer Antriebsstörung der Ventilsitz
4 manuell zurückgestellt werden, um auch in einem derartigen Störungsfall die Luftzufuhr zur Atemschutzmaske zu gewährleisten. -
- 1
- Gehäuse
- 2
- Meßraum
- 3
- Luftaustrittskanal
- 4
- Ventilsitz
- 4a
- stirnseitiges Öffnungsteil
- 5
- Dichtungsring
- 6
- Lufteintrittskanal
- 7
- Schließteil
- 7a
- Schließkegel
- 8
- Antriebsmotor
- 9
- Antriebsgehäuse
- 10
- Sicherheitsfeder
- 11
- Anschlagfläche
- 12
- Antriebsorgan
- 13
- Ringdichtung
- 14
- Ringdichtung
- 15
- Drucksensor
- 16
- Steuerung
- 17
- Stromversorgung
- 18
- Innenzylinder
- 19
- Erste Durchgangsbohrung
- 20
- Schließtopf
- 21
- Zweite Durchgangsbohrung
- 22
- Dichtfläche
- 23
- Dichtung
- 24
- Dichtung (vorn)
- 25
- Elastisches Ventilelement
- 26
- Ventilöffnung
Claims (12)
- Lungenautomat für Pressluftatemgeräte mit einer durch den über einen Drucksensor gemessenen Atmungsdruck gesteuerten, in einem Gehäuse untergebrachten Ventileinrichtung zur Regelung der Luftzufuhr zu einer Atemschutzmaske, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung einen Ventilsitz (
4 ) mit einem Lufteintrittskanal (6 ) und ein von einem Antriebsmotor (8 ) betätigtes Schließteil (7 ,20 ,25 ) zum Freigeben oder Verschließen des Lufteintrittskanals (6 ) umfasst und der Lufteintrittskanal über einen Messraum (3 ) mit in diesem angeordneten Drucksensor (15 ) und einen Luftaustrittskanal (3 ) mit der Atemschutzmaske verbunden ist. - Lungenautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (
8 ) und ein mit dem Schließteil (7 ,20 ,25 ) verbundenes Antriebsorgan (12 ) entgegen dem auf das Schließteil (7 ,20 ,25 ) wirkenden Luftdruck elastisch an einer Anschlagfläche (11 ) im Gehäuse (1 ) gehalten ist und somit das Schließteil (7 ,20 ,25 ) zur Freigabe des Lufteintrittskanal (6 ) selbsttätig verstellbar ist, wenn ein unzulässig hoher Druck anliegt. - Lungenautomat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lagerung des Antriebsmotors (
8 ) eine Sicherheitsfeder (10 ) ist, die das Antriebsgehäuse des Antriebsmotors (8 ) gegen die Anschlagfläche (11 ) drückt. - Lungenautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (
4 ) so manuell verstellbar und abgedichtet im Gehäuse (1 ) angeordnet ist, dass die Verbindung mit dem Luftaustrittskanal (3 ) auch bei einem im Störungsfall nicht betätigbaren Schließteil (7 ,20 ,25 ) herstellbar ist. - Lungenautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteintrittskanal (
6 ) des Ventilsitzes (4 ) an der ausgangsseitigen stirnseitigen Öffnung (4a ) durch ein in Längsrichtung (Pfeil C) bewegliches Schließteil (7 ) verschließbar ist. - Lungenautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (
4 ) durch manuelles Drehen (Pfeil A) axial verstellbar ist. - Lungenautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (
4 ) ausgangsseitig als Innenzylinder (18 ) mit in der Zylinderwand vorgesehenen Durchgangsbohrungen (19 ) ausgebildet ist und über den Innenzylinder (18 ) ein als Schließteil fungierender Schließtopf (20 ) mit einer seitlichen Durchgangsbohrung (21 ) greift, wobei der Schließtopf (20 ) entsprechend den festgestellten Druckverhältnissen durch den Antriebsmotor (8 ) um seine Achse drehbar ist, um bei teilweiser oder vollständiger Überdeckung der Durchgangsbohrungen des Innenzylinders (18 ) und des Schließtopfes (20 ) die Luftzufuhr zur Atemschutzmaske freizugeben. - Lungenautomat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließtopf (
20 ) gemeinsam mit dem Antriebsorgan (12 ) und dem Antriebsmotor (8 ) unter der Wirkung eines unzulässig hohen Druckes in Längsrichtung verschiebbar ist, wobei eine zwischen Innenzylinder (18 ) und Schließtopf (20 ) vorgesehene Dichtung (24 ) außer Eingriff kommt. - Lungenautomat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (
18 ) durch manuelles Drehen des Ventilsitzes (4 ) verdrehbar ist, um eine vom Antrieb unabhängige Luftzufuhr zur Atemschutzmaske zu gewährleisten. - Lungenautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil als ein an den Ventilsitz (
4 ) angeschlossenes, topfartiges elastisches Ventilelement (25 ) ausgebildet ist, das aufgrund der Streckung durch das mit dem Antriebsmotor (8 ) angetriebene Antriebsorgan (12 ) unfolge des gemessenen Druckes im Meßraum (2 ) Ventilöffnungen (26 ) in den Seitenwänden mehr oder weniger weit öffnet bzw. verschließt. - Lungenautomat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Ventilelement (
25 ) durch manuelles axiales Verstellen des Ventilsitzes (4 ) elastisch streckbar ist, um eine vom Antrieb unabhängige Luftzufuhr zu bewirken. - Lungenautomat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Ventilelement (
25 ) bei Anliegen eines unzulässig hohen Druckes am Eingang elastisch streckbar ist, um die Ventilöffnung (26 ) freizugeben.
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