DE938525C - Lungengesteuerte Sauerstoffzumessvorrichtung mit unter dem Ein-atmungssog des Geraettraegers stehender Membran fuer Hoehenatemgeraete - Google Patents

Description

• Lungengesteuerte Sauerstoffzumeßvorrichtung mit unter dem Einatmungssog des Gerätträgers stehender Membran für Höhenatemgeräte Die immer größeren Höhen der Flugzeuge, die beständige Zunahme ihrer Geschwindigkeit und ihres Aktionsradius werfen hinsichtlich der Atmungsbedingungen der Flieger verwickelte Probleme auf.
• In biologischer Hinsicht weiß man, daß von einer Höhe von höchstens 3ooo bis 4000 m an die Verdünnung der Luft .durch eine zusätzliche Sauerstoffeinatmung ausgeglichen werden muß. Diese zusätzliche Sauerstoffeinatmung wird dadurch erzielt, daß der Flieger mit einer Atemmaske versehen wird, die durch eine Rohrleitung mit einem Verteilungsgerät für Sauerstoff verbunden ist, dasmit einer Membran versehen ist, die bei jeder Einatmung des Benutzers einem Unterdruck ausgesetzt wird. Die Verstellung der Membran bewirkt bei jeder Einatmung eine Zufuhr von reinem Sauerstoff, der von einem Druckminderer geliefert wird, der den ursprünglich 150 kg/cm2 betragenden Druck der Sauerstoffflasche auf einen konstanten Niederdruck (z. B. q. kg/cm2) senkt.
• Dieses Verfahren hat bisher sehr gute Ergebnisse geliefert; es erweist sich j edoch als ungenügend, wenn Höhen von 12 ooo m überschritten werden müssen.
• In diesem Fall muß in die Maske reiner Sauerstoff mit einem Überdruck geschickt werden, der für eine Höhe von 1500o m etwa 40 cm WS erreichen kann. Zur Erzielung dieses Ergebnisses müß die Sauerstoffzufuhr allmählich gesteigert werden, und zwar entweder von Hand, indem man nach Maßgabe der Zunahme der Höhe eine geeignete Feder auf die Membran wirken läßt, oder selbsttätig mittels einer Barometerkapsel, deren Ausdehnung in Abhängigkeit von dem Sinken des Luftdrucks in Verbindung mit einem Hebelsystem einen zunehmenden Druck auf die Membran ausübt, wodurch ein entsprechender Überdruck in der Maske hergestellt wird. Es ist selbstverständlich, daß die Maske tadellos dicht und mit einem kompensierten Ventil versehen sein muß, welches die Erreichung des nötigen Überdrucks ohne merkliche Gasverluste gestattet.
• Die. Systeme mit Handbetätigung arbeiten zufriedenstellend, ihre Betätigung stellt jedoch einen lästigen Zwang für den Flieger dar, der schon genug zu tun hat, um alle anderen Manöver auszuführen.
• Die gegenwärtig benutzten Systeme mit selbsttätiger Steuerung weisen den Nachteil auf, daß sie Barometerkapseln großer Abmessungen erfordern, um auf die Mitte der Membran einen Druck auszuüben, der wenigstens dem Innendruck in der Maske entspricht, so daß dieser Druck bei einem Innendruck von 40 cm WS je nach der der Membran gegebenen Oberfläche 2 bis 3 kg betragen muß. Ferner bewirkt der nur auf die Mitte der Membran ausgeübte Druck eine erhebliche Ermüdung der Membran.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine lungengesteuerte Sauerstoffzumeßvorrichtung mit unter dem Einatmungssog des Gerätträgers stehender Membran für Höhenatemgeräte, und das Wesentliche besteht darin, daß von einer vorausbestimmten Höhe an selbsttätig ein Hilfsgasdruck in Tätigkeit tritt, der in Abhängigkeit von der Höhe veränderlich ist, so daß während eines Aufstiegs in große Höhen der Hilfsgasdruck drei aufeinanderfolgende verschiedenartige Phasen aufweist,, deren Anfänge und Enden im voraus entsprechend vorausbestimmten Höhen regelbar sind, wobei die erste Phase in einem allmählichen Anstieg des Hilfsgasdrucks bis zu einem vorausbestimmten Wert, -die zweite Phase in einem gleichbleibenden Betriebszustand, während welchem .der Gasdruck beständig gleich dem Endwert der ersten Phase bleibt, und die dritte Phase in einer Wiederaufnahme des Anstiegs des Hilfsgasdrucks mit einer vorausbestimmten Geschwindigkeit, welche eine Funktion der Höhenänderung ist, besteht.
• Ein solches Gerät erfordert nur eine kleine Barometerkapsel zur Steuerung des Hilfsgasdrucks, und ihre Einwirkung auf die den Druck in der Einatmungskammer steuernde Membran kann mit einfachen und leichten Mitteln entsprechend den jeweils erreichten Höhen selbsttätig veränderlich gemacht werden. Die Vorrichtung wird daher leicht und erfordert nur ,geringen Raum, und sie paßt den Druck des einzuatmenden Sauerstoffs selbsttätig dem jeweiligen äußeren Luftdruck bzw. der erreichten Höhe an, so daß der Gerätträger von der Bedienung des Geräts während eines Höhenfluges entlastet ist und selbsttätig die jeweils erforderliche Sauerstoffmenge erhält.
• Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema nebst weiteren vorteilhaften Ausführungsformen.
• In der Zeichnung, die die Vorrichtung im Schnitt darstellt, ist i das Gehäuse der bei 2 an die von dem Flieger getragene Maske angeschlossenen Sauerstoffzumeßvorrichtung.
• Dieses Gehäuse wird durch die elastische Membran 3 in zwei Abteilungen unterteilt, von denen die eine mit der Maske und die andere mit dem Außenraum in Verbindung steht. Die auf der Seite der Maske liegende Abteilung enthält die bereits bekannten Teile, mit deren Hilfe der durch die Leitung q. ankommende, auf q. kg entspannte Sauerstoff in -die Maske mit einer veränderlichen Strömungsmenge gelangt, indem er durch das von der Membran 3 gesteuerte Ventil 5 strömt.
• Die auf der Außenseite liegende Abteilung enthält in der Nähe der Membran eine Sauerstoffzufuhr 6, deren Durchflußmenge durch das Nadelventil 7 einstellbar ist, sowie eine Wand 8 mit einer Öffnung 2o, gegen welche sich ein Abströmventil 9 legen kann, welches von einer federnden Lamelle io getragen wird, deren eines Ende bei i i am Gehäuse i befestigt ist.
• Der durch die Zufuhröffnung 6 eintretende Sauerstoff strömt zwischen der Membran 3 und der Wand 8 hindurch, dann durch die Öffnung 2o und schließlich durch die im Gehäuse i angebrachte Öffnung 12 ins Freie.
• In der Nähe der Lamelle io ist parallel zu derselben eine zweite federnde Lamelle 13 angeordnet, welche ebenfalls bei ii am Gehäuse i befestigt ist.
• Diese federnde Lamelle 13 trägt bei Ausgang von ihrem bei i i eingespannten Ende zunächst einen regelbaren Hilfstaster 1q., dessen Aufgabe weiter unten erläutert ist, sowie ein lotrecht über der Mitte des Abströmventils 9 liegendes Auflager 15, über welches sie zu einem ebenfalls weiter unten erläuterten Zweck noch über eine gewisse Strecke hinausragt.
• In einer Flucht mit dem Abströmventil 9 und dem Auflager 15 befindet sich eine kleine Barometerkapsel 16, welche bei 17 an der Patrone befestigt ist. Bei ihrer Ausdehnung drückt diese Kapsel auf das Auflager 15 und bewirkt die Durchbiegung der federnden Lamelle 13.
• Die auf der Außenseite liegende Abteilung enthält außerdem zwei an der Wand 8 befestigte Anschläge 18 und i9, welche je für sich regelbar sind. Der Anschlag i8 liegt dem einstellbaren Hilfstaster 14 gegenüber, und die Stellung des Anschlags i9, welcher die Durchbiegung der Lamelle 13 dadurch begrenzt, daß er mit der freien Verlängerung derselben in Berührung kommt, ist parallel zu der Lamelle 13 in der Richtung i9" und igv regelbar.
• Die Abmessungen der verschiedenen, in der auf der Außenseite liegenden Abteilung enthaltenen Teile sowie die diese in der Ruhestellung trennenden Entfernungen sind so berechnet und eingestellt, daß das Gerät folgendermaßen arbeitet: Nacheiner geeigneten Einstellung des i\Tadelventils 7, welches die Sauerstoffzufuhr bei 6 auf ein sehr kleines Maximum der Größenordnung von 2 bis 41/h begrenzt, betätigt am Boden und in geringen Höhen die Membran 3 das Ventil 5 bei jeder Einatmung des Fliegers.
• Von einer bestimmten Höhe an (z. B. 4ooo m) ist es zweckmäßig, den Druck des Gasgemisches (Luft -I- O#2) in der Maske etwas zu erhöhen. Dies ist die erste Arbeitsphase.
• Dies Ergebnis wird durch die Ausdehnung der Barometerkapsel 16 erzielt, welche mit dem Auflager 15 in Berührung steht und die federnde Lamelle 13 durchbiegt. Wenn der Hilfstaster 14 mit der federnden Lamelle io in Berührung kommt, wird diese ihrerseits durchgebogen und drückt das kleine Ventil 9 auf die Öffnung 2o. Dieses Andrücken erfolgt federnd und nicht starr, so daß der Austritt des durch die Zufuhr 6 ankommenden Sauerstoffs nur gebremst wird; diese Bremsung nimmt jedoch in gleichem Maße wie dieAusdehnung der Kapsel 16 zu, so daß der Druck des von 6 nach 2o strömenden Hilfssauerstoffs allmählich in Abhängigkeit von der erreichten Höhe zunimmt.
• Wenn das Flugzeug seinen Aufstieg fortsetzt, dehnt sich die Kapsel 16 weiter aus, und die wachsende Durchbiegung der Lamellen 13 und io drückt das Ventil immer stärker auf die Öffnung 2o, bis die Lamelle io von dem Anschlag 18 festgehalten wird.
• Von diesem Augenblick an nimmt trotz einer weiteren Ausdehnung der Kapsel 16 der Druck des Hilfssauerstoffs nicht mehr zu. Dies ist die zweite Phase oder der konstante Betriebszustand. Die Lamelle 13 biegt sich allein weiter durch, jedoch erfolgt diese Durchbiegung in bezug auf den Hilfstaster 14 anstatt auf die Befestigungsstelle i i, bis ihre Verlängerung mit dem Anschlag i9 in Berührung kommt. Die Lamelle 13 biegt sich dann nicht mehr weiter durch, sie krümmt sich jedoch zwischen den Punkten 14 und i9, so daß die Art des von ihr der Ausdehnung der Kapsel 16 entgegengesetzten federnden Widerstands verändert wird.
• Schließlich kommt das Auflager 15 mit dem Ventil 9 in Berührung. Dies ist die dritte Phase, in welcher die Bremsung des Abströmens des Sauerstoffs wieder zunimmt und der Druck des Hilfssauerstoffs von neuem ansteigt, jedoch erheblich schneller als während der ersten, oben beschriebenen Phase.
• Außerdem kann die Krümmung der Lamelle 13 durch Verstellung des Anschlags i9 in der Richtung iga und i9b verstärkt oder gemildert werden. Diese Veränderung der Krümmung gestattet eine Anpassung der Geschwindigkeit des zweiten Druckanstiegs des Hilfssauerstoffs in einer vorausbestimmten Abhängigkeit von der Höhe.
• Ferner gestatten die anderen, für den Hilfstaster 14 und die beiden Anschläge 18 und i9 vorgesehenen Einstellungen die Regelung des Beginns und des Endes einer jeden Phase in vorausbestimmter Weise.
• Schließlich ist das erfindungsgemäße Steuersystem durch seine kleinen Abmessungen und die Leichtheit seiner Teile sowie die geringe Dicke der auf der Außenseite liegenden Abteilung, welche nur einige Zentimeter beträgt, bemerkenswert.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Lungengesteuerte Sauerstoffzumeßvorrichtung mit unter dem Einatmungssog des Gerätträgers stehender Membran für Höhenatemgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß von einer vorausbestimmten Höhe an selbsttätig ein Hilfsgasdruck in Tätigkeit tritt, der in Abhängigkeit von der Höhe veränderlich ist, so daß während eines Aufstiegs in große Höhen der Hilfsgasdruck drei aufeinanderfolgende, verschiedenartige Phasen aufweist, deren Anfänge und Enden im voraus entsprechend vorausbestimmten Höhen regelbar sind, wobei die erste Phase in einem allmählichen Anstieg des Hilfsgasdrucks bis zu einem vorausbestimmten Wert, die zweite Phase in einem gleichbleibenden Betriebszustand, während dessen der Gasdruck beständig gleich dem Endwert der ersten Phase bleibt, und die dritte Phase in einer Wiederaufnahme des Anstiegs des Hilfsgasdrucks mit einer vorausbestimmten Geschwindigkeit, welche eine Funktion der Höhenänderung ist, besteht.
2. 2. Sauerstoffzumeßvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die der Maske abgewandte Seite der Membran (3) von einem Gehäuse überdeckt ist, in das ein Sauerstoffstrom strömt, welcher auf der Seite des konstanten Drucks des Druckminderers entnommen wird und von dem normalen Arbeiten des Geräts unabhängig ist, wobei dieser Sauerstoffstrom den Hilfsgasdruck erzeugt.
3. 3. Sauerstoffzumeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssauerstoffstrom bei seinem Eintritt durch ein einen Durchflußmengenbegrenzer bildendes einstellbares Nadelventil (7) und an seiner Austrittsstelle durch ein Abströmventil (9) geregelt wird, dessen dem Austritt des Gases entgegengesetzter Widerstand in Abhängigkeit von der Höhe veränderlich ist.
4. 4. Sauerstoffzumeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abströmventil (9) an einer federnden, am Gehäuse (i) befestigten Lamelle (io) angebracht ist, die am Boden und in der Ruhestellung des Geräts das Abströmventil (i9) in einer Stellung hält, in der es dem Abströmen des Gases den geringsten Widerstand entgegensetzt, und deren Durchbiegung den Widerstand bestimmt, den das Ventil dem Austritt des Gases in Abhängigkeit von der Höhe entgegensetzen soll.
5. 5. Sauerstoffzumeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchbiegung der das Ventil (9) tragenden federnden Lamelle (io) ein regelbarer Hilfstaster (14) angeordnet ist, .der von einer zweiten federnden Lamelle (13) getragen wird, .deren Durchbiegung unmittelbar durch eine Ausdehnung einer Barometerkapsel (16) gesteuert wird, und daß an der das Gehäuse von der Membran trennenden Wand (8) ein in einer Flucht mit dem regelbaren Hilfstaster (14) liegender regelbarer Anschlag (18) befestigt ist, der die Durchbiegung der das Ventil (9) tragenden federnden Lamelle (io) auf eine Stellung begrenzt, in der diese zwischen dein Taster (14) und dem Anschlag (18) blockiert ist.
6. 6. SauerstoffzumeBvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Barometerkapsel (16) und das Abströmventil (9) des Hilfssauerstoffstroms gleichachsig angeordnet sind und auf verschiedenen Seiten der von der Kapsel (16) betätigten federnden Lamelle (13) liegen, die ein mit der Kapsel (16) und dem Ventil (9) in einer Flucht liegendes Auflager (15) trägt, so daß von einer vorausbestimmten Ausdehnung der Kapsel (16) an diese unmittelbar über das Auflager (15) auf das Abströmventil (i9) einwirkt.
7. 7. SauerstoffzumeBvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Barometerkapsel (16) betätigte federnde Lamelle (13) jenseits des- Auflagers (15) eine freie Verlängerung aufweist, welche während der Durchbiegung der Lamelle (13) mit einem zweiten regelbaren, an der Gehäusewand (8) befestigten Anschlag (i9) in Berührung kommt, so daß sich bei weiterer Ausdehnung der Barometerkapsel die federnde Lamelle (13) elastisch zwischen dem an .dem regelbaren Anschlag (18) blockierten regelbaren Taster (1q.) und dein Berührungspunkt ihrer Verlängerung mit dem zweiten regelbaren Anschlag (i9) durchbiegt.