DE2614752B1 - Spirometer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Spirometer, bestehend aus einem Gehäuse mit einer eine Einblasöffnung aufweisenden
Vorkammer und einer wenigstens eine Austrittsöffnung aufweisenden und durch mehrere in einer
Zwischenwand befindliche Bohrungen mit der Vorkammer verbundene zylindrische Turbinenkammer, in
welcher sich ein Windflügelrotor befindet, dessen Welle über ein Untersetzungsgetriebe einen über eine
Kreisskala drehenden Zeiger antreibt, wobei die Welle einerseits in einem Lager der Zwischenwand und
andererseits in einer Platine des Untersetzungsgetriebes gelagert ist
Bei einem bekannten Spirometer dieser Art ist nur ein einziger Zeiger vorhanden, dessen Achse koaxial zur
Achse des Windflügelrotors angeordnet ist und der über ein aus zwei Stirnrädern und zwei Zahntrieben
bestehendes Untersetzungsgetriebe mit einem Gesamtuntersetzungsverhältnis von 289 :1 mit dem Windflügelrotor
starr gekoppelt ist. Der Windflügelrotor selbst besteht aus einem Flügelrad, das aus einer Scheibe
gebildet ist, an deren Umfang eine Vielzahl von schräg-radial verlaufenden Schaufelblättern angeformt
ist und das mittels einer Schraubenbuchse und einer Mutter auf der Rotorwelle in einer diese rechtwinklig
schneidenden Ebene befestigt ist. Zwischen dem Flügelrad und der Gehäusevorkammer befindet sich
eine Zwischenwand, in der um die Lagerachse der Rotorwelle herum in geringem radialem Abstand
mehrere achsparallel zur Rotorachse verlaufende Bohrungen angeordnet sind und die eine bis zur Ebene
des Windflügelrades reichende, die Bohrungen gemeinsam umgebende zylindrische Wandung aufweist, auf
deren Stirnseite das Windflügelrad in der Gebrauchslage des Gerätes aufsitzt. Die Achse des Windflügelrades
ist axial verschiebbar gelagert, so daß beim Einströmen von eingeblasener Luft aus der Vorkammer in die
Turbinenkammer das Windflügelrad von der zylindrischen Wand abgehoben wird, um von der radial durch
die Schaufelblätter strömenden Luft gedreht zu werden.
Abgesehen davon, daß dieses bekannte Spirometer nur in einer bestimmten Lage, nämlich in der
Vertikallage der Rotorachse, gebrauchsfähig ist, ist zum Abheben des Flügelrades von der zylindrischen
Wandung in der Turbinenkammer zur Überwindung des Eigengewichts des gesamten Windflügelrotors ein
Mindestströmungsdruck erforderlich, der von der zu testenden Person insbesondere gegen Ende des
Blasvorganges nicht in jedem Falle aufgebracht werden kann. Dies bedeutet, daß bestimmte Luftmengen von
diesem Gerät nicht mehr registriert werden können und somit die Meßgenauigkeit nicht in jedem Falle den
gestellten Anforderungen entspricht. Des weiteren ist als nachteilig anzusehen, daß der Zeiger dieses Gerätes
nach einem erfolgten Meßvorgang nicht in seine Nullage gebracht werden kann, es sei denn, man
versucht die Nullstellung des Zeigers durch einen erneuten entsprechend dosierten Einblasvorgang. Dies
ist jedoch schon aufgrund des oben geschilderten Funktionsprinzips nicht nur umständlich und zeitraubend
sondern auch in sehr hohem Maße davon abhängig, ob es der betreffenden Person gelingt, den
jeweils für die Nullstellung des Zeigers erforderlichen Luftstrom genau genug zu dosieren. Darüber hinaus ist
es mit diesem bekannten Spirometer nicht möglich, direkte Vergleichsmessungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Meßvorgängen durchzuführen, da mit der neuen Zeigerbewegung das zuvor erzielte Meßergebnis,
wenn es nicht anderweitig notiert wird, verlorengeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spirometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das
eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit garantiert, lagenunabhängig benutzbar ist und mit dem es möglich
ist, jeden Meßvorgang mit der Zeigerstellung Null zu beginnen und direkte Vergleichsmessungen durchzuführen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Untersetzungsgetriebe mit einer mittels eines
Handbetätigungsorgans betätigbaren Trennkupplung ausgerüstet und der Zeiger mit einer Nullrückstellfeder
und mit einem seperat nullstellbaren Schleppzeiger versehen ist, und daß der Windflügelrotor aus einem
schrägradial angeströmten, achsparallelen, doppelflügligen Rotorblatt besteht. Dabei ergibt sich die Lagenunabhängigkeit
aus der Möglichkeit, den Windflügelrotor axial unverschieblich zu lagern. Die höhere Meßgenauigkeit
gegenüber dem bekannten Spirometer ergibt sich einerseits aus einer wesentlich verbesserten Kräftekoppelung
zwischen der die Turbinenkammer durchströmenden Luft und dem Windflügelrotor und andererseits
aus der Tatsache, daß dabei die die Turbinenkammer durchströmende Luft außer den reinen Reibungskräften,
die durch entsprechende Lagerung der Rotorwelle und der übrigen Getriebeteile des Untersetzungsgetriebes
sehr klein gehalten werden können, keine Widerstandskräfte zu überwinden hat. Von besonderem
Vorteil ist auch die einfache Nullstellbarkeit des Zeigers, die wegen des Vorhandenseins eines Schleppzeigers
jeweils in Gegenlaufrichtung erfolgen muß, weshalb zweckmäßigerweise eine Nullrückstellfeder verwendet
wird, und weiterhin dadurch, daß der Schleppzeiger, der am Ende jedes Meßvorganges stehenbleibt und von
Hand nullgestellt werden muß, den jeweils gemessennen Wert so lange anzeigt, bis er entweder durch den Zeiger
während eines neuen Meßvorganges oder aber von Hand erstellt wird. Somit bietet das erfindungsgemäße
Spirometer gegenüber dem bekannten Gerät sowohl bezüglich der Handhabung und praktischen Verwendung
als auch bezüglich der Meßgenauigkeit erhebliche Vorteile, die es auch nach streng wissenschaftlichen
Maßstäben zu einem wertvollen Meßgerät machen.
Die bevorzugte Ausführungsform der Trennkupplung gemäß Anspruch 2 bietet nicht nur den Vorteil, sehr
einfach realisierbar zu sein, sondern auch den sich positiv auf die Meßgenauigkeit auswirkenden Vorteil,
daß die von der Nullrückstellfeder während des Nullstellvorganges des Zeigers zu bewegenden Massen
und zu überwindenden Lagerreibungen sehr gering sind, da ausschließlich die direkt mit der Zeigerwelle
verbundenen Teile beim Nullstellvorgang zu bewegen sind. Alle übrigen Getriebeteile werden von dem
Nullstellvorgang nicht erfaßt. Dadurch ist es auch möglich, die Nullstellfeder sehr schwach auszubilden, so
daß sie dem Zeigerantrieb während des Meßvorganges ein sehr geringes Drehmoment entgegensetzt.
Der nach Anspruch 3 zur Betätigung der Trennkupplung vorgesehene Druckknopf gewährleistet eine
einfache und funktionssichere Bedienung zur Durchführung der Zeigernullstellung und ist mit sehr geringem
Aufwand realisierbar.
Um einerseits während des Meßvorganges eine möglichst reibungsarme Bewegung des Schleppzeigers
zu erzielen und andererseits aber den Schleppzeiger in seiner am Ende eines Meßvorganges erreichten Lage
ausreichend zu fixieren, ist es zweckmäßig, die Erfindung gemäß Anspruch 4 auszugestalten.
Die gemäß Anspruch 5 vorgesehene Friktionskupp-
lung zwischen dem NuHstelldrehknopf und der Schleppzeigerwelle
dient in ihrer Funktion als Überlastkupplung zur Vermeidung von Beschädigungen.
Die Ausbildung und Anordnung der Nullstellfeder gemäß Anspruch 6 bietet den Vorteil einer einfachen
Herstellbarkeit auch mit sehr kleinen Toleranzen der Federcharakteristik, wobei besonders wichtig ist, daß
diese Feder eine möglichst flache Kennlinie aufweist, um über den gesamten Drehbereich des Zeigers ein
möglichst gleichbleibendes schwaches Drehmoment auf die Zeigerwelle auszuüben.
Eine bezüglich der Meßgenauigkeit sehr wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des
Anspruches 7. Durch sie wird nämlich gewährleistet, daß sich infolge der Selbsthemmung des Winkelgetriebes
die kinetischen Massenkräfte des Untersetzungsgetriebes nicht im Sinne einer positiven Beeinträchtigung des
Meßergebnisses auswirken können. Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß durch das Vorsehen eines
Winkelgetriebes zwischen dem Untersetzungsgetriebe und der Rotorwelle die Drehebene des Zeigers und
somit die Ebene des Skalenblattes parallel zur Achse des Windflügelrotors angeordnet werden kann, was für die
Benutzung des Gerätes ebenfalls von Vorteil ist.
Weitere sowohl die Meßgenauigkeit günstig beeinflussende als auch fertigungstechnisch vorteilhafte
Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den Ansprüchen 8 bis 14 zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 ein Spirometer in teilweise geschnittener Frontansicht,
F i g. 2 einen Schnitt H-II der F i g. 1,
Fig.3 einen Querschnitt HI-III durch den die
Turbinenkammer bildenden Körper,
Fig.4 einen teilweise in Abwicklung dargestellten
Querschnitt des Untersetzungsgetriebes bzw. des Zeigerwerkes,
Fig.5 die Einzelteile des die Turbinenkammer
bildenden Körpers in perspektivischer Explosionsdarstellung,
F i g. 6 eine Lagerung der Rotorwelle geschnitten in vergrößertem Maßstab.
Wie aus der Zeichnung erkannbar ist, besteht das dargestellte Spirometer im wesentlichen aus einem aus
zwei Schalenhälften 2 und 3 zusammengesetzten Gehäuse 1, einem Turbinengehäuse 4, einem Windflügelrotor
5, einem Zeigerwerk 6 mit Untersetzungsgetriebe 7 und einem Skalenblatt 8. Die äußere Form des
Gehäuses 1 entspricht der eines Drehkörpers mit einem handgriffartig rundum eingebuchteten Unterteil 9 und
einem jeweils einstückig an die beiden Schalenhälften 2 und 4 angeformten kugelförmigen Kopfteil 10, das auf
der Frontseite eine zylindrische Vertiefung 11 mit einem
eine Zentralbohrung 12 aufweisenden Montageboden 13 besitzt und auf der Rückseite eine kalottenartige
Vertiefung 14 mit einer koaxial zur Zentralbohrung 12 angeordneten Bohrung 15 aufweist. Die Trennebene 16
der beiden Schalenhälften 2 und 3 verläuft in der Längsmitte des Gehäuses 1 parallel zum Montageboden
13 der frontseitigen Vertiefung 11, wobei in dieser Trennebene die beiden Schalenhälften mittels einer
umlaufenden Nut-Federverbindung 17/18 ineinandergreifen. Die beiden Schalenhälften 2 und 3 sind mittels
Schrauben 19, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind, miteinander verbunden. Zur Aufnahme
der Schrauben 19 ist die eine Schalenhälfte 3 im unteren Gehäuseteil 9 mit zylindrischen, nach innen gerichteten
Hohlzapfen 20 und die andere Schalenhälfte 2 mit koaxial dazu angeordneten Hohlzapfen 21 versehen.
Die vordere Schalenhälfte besitzt in ihrem unteren Teil außerdem eine konische Einblasöffnung 22, in welche
ein nicht dargestelltes Paßstück eines Blasschlauches eingesteckt werden kann. Zwischen dem Hohlraum des
Gehäuseunterteils 9 und dem Hohlraum des Kopfteiles 10 befindet sich eine Zwischenwand 23, die eine
zentrische Bohrung 24 aufweist. In der Höhe der horizontalen Mittelebene des Kopfteiles 10 ist in den
beiden Schalenhälften 2 und 3 eine Vertiefung 25 eingearbeitet, auf deren Innenseite sich ein von
Wandteilen 26,27,28 gebildeter Hohlraum 29 befindet,
wobei die Stirnseiten des Wandteils 28 und der Gehäusewandung 30 jeweils mit koaxialen halbkreisförmigen
Vertiefungen zur Aufnahme einer Lagerbuchse 31 versehen sind.
In einer etwas über der halben Höhe des Gehäuseunterteils liegenden Horizontalebene ist das Gehäuse 1
mit einer inneren Ringnut 32 versehen, in welcher das nachfolgend näher beschriebene Turbinengehäuse 4
derart befestigt ist, daß ein luftdichter Abschluß zwischen der darunterliegenden Vorkammer 33, in
welche die Einblasöffnung 22 mündet, und dem darüberliegenden Hohlraum 34, der mit mehreren
Ausströmöffnungen 35 versehen ist, gewährleistet ist.
Wie am besten aus den F i g. 1,3 und 5 erkennbar ist,
besteht das Turbinengehäuse 4 aus zwei formschlüssig zusammengesetzten Teilen 36 und 37. Das obere Teil 36
besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper mit einer zylindrischen Außenwand 38, die sich über die gesamte
axiale Länge erstreckt, aus einer Stirnwand 39, die eine zentrale Bohrung 40 aufweist, sowie aus einer
zylindrischen Innenwand 41, die dicker ist als die Außenwand 38 und die sich von der oberen Stirnwand
39 bis etwa zur halben axialen Länge der Außenwand 38 erstreckt und in einer parallel zur oberen Stirnwand
verlaufenden Ebene endet. Die untere Stirnfläche 42 der Innenwand 41 weist eine mittlere, im Querschnitt
rechteckförmige Ringrippe 43 auf, welche durch eine Vielzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen voneinander
angeordneten schräg radial verlaufenden halbzylindrischen Einschnitten 44, die sich durch die gesamte
Dicke der Innenwand 41 erstrecken, unterbrochen ist. Dabei tangieren die in strichpunktierten Linien in F i g. 3
angedeuteten Achsen der halbzylindrischen Einschnitte 44a mit einem ebenfalls in strichpunktierten Linien in
Fig.3 gezeigten Kreis k, dessen Durchmesser etwa
zwei Drittel des Innendurchmessers der Innenwand 41 beträgt.
Das Teil 37 besteht aus einem kreisrunden Boden 45 mit einer konzentrisch angeordneten, im Durchmesser
und Dicke auf die Innenwand 41 des Teiles 36 abgestimmten, hohlzylindrischen Wandung 46 und einer
umlaufenden Ringnut 47. Diese Ringnut ist auf der Innenseite konisch hinterschnitten und dient zur
rastenden Aufnahme des unteren Endes der zylindrischen Außenwand des Teiles 36, die auf der Innenseite
mit einem konischen Ring-Einschnitt 48 versehen ist. Die obere Stirnfläche 49 besitzt eine der Querschnittsform der Ringrippe 43 der Innenwand 41 entsprechende
Ringnut 50 und die gleiche Anzahl von schräg radialen halbzylindrischen Einschnitten 51 wie die Stirnfläche 42
der Innenwand 41, die nach dem Zusammenfügen der beiden Teile 36 und 37 schräg radiale zylindrische
Bohrungen 52 bilden, welche die einerseits zwischen der Innenwand 41 und der Wandung 46 und andererseits der
zylindrischen Außenwand 38 gebildete Ringkammer 53 (siehe F i g. 1) mit der Turbinenkammer 54 verbinden.
In dem zwischen der Ringnut 47 und der Wandung 46 liegenden Zwischenraum sind im Boden 45 gleichmäßig
um die Wandung 46 herum verteilt angeordnete Axialbohrungen 55 vorgesehen, welche die Vorkammer
33 mit der Ringkammer 53 des Turbinengehäuses 4 verbindet. Um sicherzustellen, daß beim Zusammenbau
der beiden Teile 36 und 37 die halbzylindrischen Einschnitte 44 und 51 jeweils deckungsgleich aufeinander
zu liegen kommen, ist die Außenwand 38 mit einer radial vorstehenden Zunge 56 und der Boden 45 mit
einer diese aufnehmenden Radialnut 57 versehen. Die beschriebene Zweiteilung des Turbinengehäuses 4 ist
Voraussetzung einerseits für die Herstellbarkeit des Turbinengehäuses 4 im Spritzgußverfahren und zum
Einsetzen des Windflügelrotors 5, dessen radiale Ausdehnung größer ist als diejenige der Bohrung 40 in
der Stirnwand 39 des Turbinengehäuses 4 (siehe F i g. 1). Das Turbinengehäuse 4 ist formschlüssig in das Gehäuse
1 eingesetzt, indem der Rand des Bodens 45 in der inneren Ringnut 32 des unteren Gehäuseteils 1 sitzt.
Der Windflügelrotor 5 besteht aus einer dünnen rechteckigen Platte 58, deren Länge und Breite etwa um
0,5 bis 2 mm kleiner sind als die lichte Weite der Turbinenkammer 54, und aus einer Hohlwelle 59, auf der
die Platte 58 in der aus den F i g. 1,3 und 5 erkennbaren Weise drehsicher befestigt ist.
Wie aus F i g. 6 erkennbar ist, ist die Hohlwelle 59 an beiden Enden mit eingepreßten Lagerstiften 60 und 61
versehen, mittels welcher sie einerseits in einem Steinlager 62 des Bodens 45 des Turbinengehäuses 4
und andererseits in einem Steinlager 63 leicht drehbar gelagert ist. Die beiden Steinlager 62 und 63 sitzen
jeweils in Fassungen 64, von denen das obere in einem Lagerklotz 65 und das untere im Boden 45 sitzt. Das
obere Ende des Hohlwelle 59 ist mit einer drehsicher befestigten Schnecke 66 ausgerüstet, die mit einem
Schneckenrad 67 im Eingriff steht. Das Schneckenrad 67 ist auf einer Triebwelle 68 befestigt, mit welcher ein
Zahnrad 69 im Eingriff steht, das auf einer Welle 70 festsitzend angeordnet ist. Die Triebwelle 68 und die
Welle 70 sind drehbar in zwei durch mehrere Pfeiler 71 miteinander verbundenen Lagerplatinen 72 und 73
gelagert, welche mittels Sperrfederringen 74 auf zylindrischen Ansatzzapfen 75 des Montagebodens 13
befestigt sind (F i g. 4).
Auf dem dem Zahnrad 69 gegenüberliegenden Ende der Welle 70 ist ein Stützring 76 fest aufgepreßt.
Zwischen diesem Stützring 76 und einer Flanschbuchse 77, die axial beweglich und drehbeweglich auf der Welle
70 gelagert ist, befindet sich ein lose auf der Welle 70 gelagertes Ritzel 78, das mit einem Zahnrad 79 im
Eingriff steht. Zwischen der Flanschbuchse 77 und dem Zahnrad 69 ist auf der Welle 70 eine Druckfeder 80
angeordnet, welche die Flanschbuchse 77 in axialer Richtung gegen das Ritzel 78 und dieses gegen den
Stützring 76 preßt. Beiderseits des Ritzels 78 sind Friktionsscheiben 81 angeordnet, die eine schlupffreie
kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stützring 76 und dem Ritzel 78 gewährleisten. Diese Teile 76 bis 81
stellen eine lösbare Kupplung dar, die mit Hilfe eines radial zur Welle 70 beweglichen Tasters 82 betätigbar
ist. Der Taster 82 ist axial beweglich in der Lagerbuchse 31 gegen die Wirkung einer Druckfeder 83 betätigbar,
derart, daß das konische Ende 84 seines Schaftes 85 im Zusammenwirken mit einer konischen Ringfläche 86 der
Flanschbuchse 77 eine Axialbewegung der Flanschbuchse 77 und damit eine Unterbrechung des Kraftflusses
zwischen der Welle 70 und dem Ritzel 78 bewirkt. Der Taster 82 ist mittels einer Sicherungsscheibe 87 an der
Lagerbuchse 31 gesichert.
Das mit dem Ritzel 78 im Eingriff stehende Zahnrad 79 sitzt fest auf einer Hohlwelle 88, weiche drehbar in
der Platine 73 gelagert ist und die Bohrung 12 des Lagerbodens 13 der frontseitigen Schalenhälfte 2
durchragt und mit einem Zeiger 89 ausgerüstet ist Der Zeiger 89 ist mittels einer Buchse 90 auf der Hohlwelle
88 befestigt. Auf der Hohlwelle 88 befindet sich eine Schraubenfeder 91 größeren Durchmessers. Das eine
Ende 92 der Schraubenfeder 91 ist in eine Bohrung des Zahnrades 79 eingehängt, während das andere Ende 93
t5 der Schraubenfeder 91 an dem Pfeiler 71 befestigt ist.
Diese Schraubenfeder 91 dient als Nullrückstellfeder für den Zeiger 89, der in seiner Nullage an einem
Anschlagstift 94 anliegt.
In der Hohlwelle 88 befindet sich eine relativ zu dieser drehbare Schleppzeigerwelle 95, die einerends mit
einem Schleppzeiger 96 ausgerüstet ist, der eine in die Bewegungsebene des Zeigers 89 ragende Mitnehmerzunge
97 aufweist, und die am anderen Ende, das durch die Bohrung 15 der hinteren Gehäuseschale 3 ragt, mit
einem Drehknopf 98 ausgerüstet ist, der zum Nullstellen des Schleppzeigers 96 dient. Der Drehknopf 97 ist durch
eine Druckfeder 98 kraftschlüssig mit der Schleppzeigerwelle 95 verbunden, so daß er relativ zur
Schleppzeigerwelle drehbar ist, wenn der Schleppzeiger sich in Nullage befindet und am Anschlagstift 94 anliegt.
Die Schleppzeigerwelle 95 ist drehbar in der Platine 72 gelagert und durch zwei Sicherungsscheiben 99 und 100
gegen axiale Verschiebung gesichert. Dabei ist die Sicherungsscheibe 99 auf der Innenseite der Platine 72
angeordnet und die Sicherungsscheibe 100 in einigem Abstand auf der Außenseite der Platine 72, wobei sich
zwischen der Platine 72 und der Sicherungsscheibe 100 eine axial verschiebbar und drehbar auf der Schleppzeigerwelle
95 gelagerte Flanschbuchse 101 befindet, die von einer Druckfeder 102 umgeben ist. Beidseits der
Platine 72 sind Friktionsscheiben 103 angeordnet, die zusammenwirken mit der Druckfeder 102, der Flanschbuchse
101 und den beiden Sicherungsscheiben 99 und 100 und so eine Friktionsbremse für die Schleppzeigerwelle
95 und somit auch für den Schleppzeiger 96 bilden. Sowohl die Druckfeder 91 als auch die Druckfeder 102
sind so schwach ausgelegt, daß sie dem Zeigerantrieb eine möglichst geringe Widerstandskraft entgegensetzen,
andererseits aber in der Lage sind, bei gelöster Kupplung die Nullstellung des Zeigers 89 zu bewirken
bzw. zu verhindern, daß sich der Schleppzeiger 96 beispielsweise durch Erschütterungen selbsttätig ver1
stellt.
Auf der Außenseite des Montagebodens 13 liegt ein kreisrundes Skalenblatt 104, das mit einer in ecm
geeichten Kreisskala 105 versehen ist und das von der zylindrischen Wandung 106 einer die öffnung der
Vertiefung 11 verschließenden Klarsichtscheibe 107 gehalten wird. Dabei ist die Wandung 106 mit leichtem
Preßsitz in die zylindrische Vertiefung 11 eingepreßt.
Die Handhabung des beschriebenen Spirometers erfolgt in der Weise, daß zunächst bei nullgestellten
Zeigern 89 und 96 von der zu testenden Person über einen Schlauch Atemluft durch die Bohrung 22 in die
Vorkammer 33 eingeblasen wird. Diese eingeblasene Atemluft gelangt durch die Bohrung 55 zunächst in die
Ringkammer 53, von dort durch die schräg radialen Bohrungen 52 in die Turbinenkammer 54 und setzt
709 524/313
dabei den Windflügelrotor 5 mit der Welle 59 in Drehbewegung. Diese Drehbewegung wird durch das
beschriebene Untersetzungsgetriebe 7 auf den Zeiger 89 und von diesem auf den Schleppzeiger 96 übertragen,
so daß sich dieser in Uhrzeigerdrehrichtung (bezogen auf F i g. 1) drehend über die Kreisskala 105 bewegt. Die
in die Turbinenkammer 54 eingeströmte Luft verläßt diese wieder durch die Bohrung 40 in den Hohlraum 34,
von wo sie durch die Bohrungen 35 wieder ins Freie gelangt. Um zu verhindern, daß dabei in der Atemluft
enthaltene Feuchtigkeit in den Hohlraum des Kopfteiles gelangt und sich an den Metallteilen des Untersetzungsgetriebes
7 niederschlagen kann, ist es wichtig, die Bohrung 24 in der Zwischenwand 23 möglichst klein zu
halten.
Da der Blasdruck erfahrungsgemäß mit zunehmender Blasdauer stetig abnimmt, reduziert sich auch die
Drehzahl des Windflügelrotors in entsprechendem Maße, bis der Windflügel schließlich zum Stillstand
kommt, wenn das Luftvolumen der ausatmenden Person erschöpft ist. Aufgrund dieser Tatsache und aufgrund
des erfindungsgemäß erreichten geringen Gewichtes und somit der geringen kinetischen Massenkräfte des
Windflügelrotors 5 mit der Hohlwelle 59 und aufgrund der Tatsache, daß zwischen der Hohlwelle 59 und dem
Rädergetriebe 67 bis 79 eine in Kraftrückflußrichtung selbsthemmende Getriebeuntersetzung zwischen der
Schnecke 66 und dem Schneckenrad 67 besteht, ist sichergestellt, daß das Meßergebnis nicht durch
Schleuderfehler verfälscht wird, zumal bei ruhender Luft in der Turbinenkammer 54 auch eine gute
Bremswirkung auf den Windflügelrotor ausgeübt wird. Andererseits wird durch die zahlreich vorhandenen
schräg radialen Bohrungen 52 und die in beschriebener Weise der Querschnittsform der Turbinenkammer 54
angepaßten dünnen Platte 58 ein optimaler Kraftschluß zwischen der einströmenden Luft und dem Windflügelrotor
erzielt.
Nach beendetem Meßvorgang kann durch Betätigung
ίο des Tasters 82 die Nullstellung des Zeigers 89 erfolgen,
während der Schleppzeiger 96 infolge der Wirkung der Friktionsbremse 99 bis 103 stehenbleibt und das erzielte
Meßergebnis festhält. Es steht nun dem Benutzer des Spirometers frei, den Schleppzeiger 96 stehenzulassen
bis zum nächsten Meßvorgang, um einen direkten Vergleich mit dem vorausgegangenen Meßvorgang zu
haben, oder den Schleppzeiger 96 durch entsprechende Drehung des Drehknopfes 97 ebenfalls auf Null zu
stellen, um ggf. eine andere Person zu testen.
Die Gesamtuntersetzung des Untersetzungsgetriebes 7 beträgt 3600 :11 d. h., zu einer vollen Umdrehung des
Zeigers 89 sind 3600 Umdrehungen des Windflügelrotors 5 erforderlich. Durch dieses hohe Untersetzungsverhältnis
ist einerseits eine sehr hohe Auflösung, d. h.
Meßgenauigkeit gewährleistet und andererseits erreicht, daß sich die Widerstandskräfte der Nullrückstellfeder
91 und der Schleppzeigerfriktionsbremse 99 bis 103 nicht negativ auf die Meßgenauigkeit auswirken
können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Spirometer, bestehend aus einem Gehäuse mit einer eine Einblasöffnung aufweisenden Vorkammer
und einer wenigstens eine Austrittsöffnung aufweisenden und durch mehrere in einer Zwischenwand
befindliche Bohrungen mit der Vorkammer verbundene zylindrische Turbinenkammer, in welcher sich
ein Windflügelrotor befindet, dessen Welle über ein Untersetzungsgetriebe einen über eine Kreisskala
drehenden Zeiger antreibt, wobei die Welle einerseits in einem Lager der Zwischenwand und
andererseits in einer Platine des Untersetzungsgetriebes gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Untersetzungsgetriebe (7) mit einer mittels eines Handbetätigungsorgans (82) betätigbaren
Trennkupplung (76—81) ausgerüstet und der Zeiger (89) mit einer Nullrückstellfeder (91) sowie
mit einem separat nullstellbaren Schleppzeiger (96) versehen ist und daß der Windflügelrotor (5) aus
einem schräg radial angeströmten, achsparallelen doppelflügigen Rotorblatt (58) besteht.
2. Spirometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung aus einem mit dem
auf der Zeigerwelle (88) befestigten Zahnrad (79) in Eingriff stehenden, lose auf einer Getriebewelle (70)
gelagerten Zahnritzel (78) und einer das Zahnritzel (78) mittels axialen Federdruckes (80) gegen einen
auf der Getriebewelle (70) befestigten Stützring (76) drückenden Flanschbuchse (77) besteht, die axial
verschiebbar auf der Getriebewelle (70) gelagert und mittels eines die Gehäusewand (30) durchragenden
Druckstiftes (82/84) vom Zahnritzel (78) abhebbar ist.
3. Spirometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (76 — 81)
mittels eines in der Gehäusewand (30) federnd gelagerten Druckknopfes (82), dessen Schaftende
(84) auf den Flansch (86) der Flanschbuchse (77) gerichtet ist, betätigbar ist.
4. Spirometer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeigerwelle als Hohlwelle
(88) ausgebildet ist und auf der Schleppzeigerwelle (95) drehbar gelagert ist, wobei die Schleppzeigerwelle
(95) mit einer Friktionsbremse (99-103) und mit einem auf der Gehäuseaußenseite angeordneten
Nullstelldrehknopf (97) versehen ist.
5. Spirometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullstelldrehknopf (97) drehbar auf
der Schleppzeigerwelle (95) angeordnet ist und mit der Schleppzeigerwelle (95) durch eine Friktionskupplung (98) kraftschlüssig verbunden ist.
6. Spirometer nach Anspruch 1 oder 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullstellfeder in
Form einer Schraubenfeder (91) mit radialem Spiel konzentrisch auf der Zeigerhohlwelle (88) angeordnet
ist und daß ihr eines Endstück (92) in eine öffnung des Zeigerwellenrades (79) und ihr anderes
Endstück (93) am Lagergestell eingehängt ist.
7. Spirometer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebliche Verbindung
zwischen dem Windflügelrotor (5) und dem Untersetzungsgetriebe (7) aus einem in Kraftrückflußrichtung
selbsthemmenden Winkelgetriebe, nämlich einer auf der Welle (59) des Windflügelrotors (5)
sitzenden Schnecke (66) und einem in diese eingreifenden Schneckenrad (67) besteht
8. Spirometer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Windflügelrotor aus einer
dünnen, planebenen, der Innenkontur der Turbinenkammer (54) zumindest annähernd angepaßten
Platte (58) besteht, die mittig an der Welle (59) befestigt ist, und daß das zylindrische Turbinenkammergehäuse
(4) in der axialen Mittelebene der Platte (58) eine Vielzahl von gleichmäßig über deren
Umfang verteilten, schräg radial verlaufenden Lufteintrittsöffnungen aufweist, welche die Turbinenkammer
(54) mit einer diese umgebenden, mit der Vorkammer (33) verbundenen Ringkammer (53)
verbinden.
9. Spirometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (59) des Windflügelrotors
(5) aus einem dünnwandigen Rohr geringen Durchmessers besteht, in dessen Enden rollierte und
in Steinlagern (62, 63) gelagerte Lagerzapfen (60) eingesetzt sind.
10. Spirometer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenkammer (54) und
die Ringkammer (53) aus einem zweiteiligen, formschlüssig zwischen der Vorkammer (33) und
dem Untersetzungsgetriebe in das Gehäuse (1) einsetzbaren, hohlzylindrischen Körper gebildet
sind, wobei ein oberes Körperteil (36) aus einer äußeren, sich über die gesamte Länge der Ringkammer
(53) erstreckenden zylindrischen Außenwand (38) und einer Innenwand (41) besteht, die mit der
Außenwand (38) durch eine in der Mitte offene Stirnwand (39) verbunden ist und in der Mittelebene
(Schnittebene III-III) der Einblasöffnungen (52) endet und die obere Hälfte der Turbinenkammer
(54) bildet, und der andere Körperteil (37) aus einem kreisrunden, mit im Bereich der Ringkammer (53)
angeordneten Axialbohrungen (55) versehenen Boden (45) und einer die untere Hälfte der
Turbinenkammer (54) bildenden Innenwand (46) besteht, die ebenfalls in der Mittelebene der
Einblasöffnungen (52) endet.
11. Spirometer nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden (45) mit einer das freie Ende der Außenwand (38) rastend aufnehmenden
Ringnut (47) versehen ist.
12. Spirometer nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden je eine Hälfte der
Turbinenkammer (54) bildenden Innenwände (41 und 46) durch eine stirnseitig umlaufende Nut-Federverbindung
(43/50) formschlüssig ineinandergreifen.
13. Spirometer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus zwei
mittels einer umlaufenden Nut-Federverbindung (17/18) ineinandergreifenden und mittels Schrauben
(19) lösbar miteinander verbindbaren Halbschalen (2, 3) besteht, wobei die eine Halbschale (2) mit
einem runden, in einer parallel zur Trennebene (16) und zugleich parallel zur Turbinenkammerachse
verlaufenden Ebene liegenden Skalenblatt (104) versehen ist, und auf der Innenseite angespritzte
Zapfen (75) zur Befestigung der einen Getriebeplatine (73) aufweist.
14. Spirometer nach Anspruch 1 oder 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe
(7) ein Gesamtuntersetzungsverhältnis von mindestens 3000 :1 aufweist.
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