-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler mit Hochdruck- und
Niederdruckstufe, nach dem Anspruch 1 der nicht vereist und vorzugsweise im
Tauchsport Anwendung findet.
-
Nach
DE 27 45 795 A1 ist
ein Atemgerät
mit Druckminderventil, insbesondere zum Tauchen bekannt, bei dem
eine Hoch- und Niederdruckstufe getrennt voneinander vorgesehen
sind. Die Arbeitsweise ist gegendruckschließend. Durch die Ausbildung mit
nur einem Ventil ist die Gefahr der Vereisung sehr hoch.
-
Weiterhin
ist nach
DE 25 35 600
C2 ein Lungenautomat für
Atmungsgeräte
bekannt, der eine kompakte Hoch- und Niederdruckstufe aufweist und diese
Stufen zusammenhängend
arbeiten. Dieser Automat ist mit zwei Membranen ausgerüstet, wobei durch
die unterschiedlichen Abstände
zur Lunge nur eine Membrane arbeitet. Auch bei dieser Lösung ist die
Vereisungsgefahr sehr hoch. Hinzu kommt der Nachteil, dass der Atemwiderstand
relativ hoch ist.
-
Bei
dem Druckminderer nach WO95/03092 werden zwei Ventile von einer
Dichtung getrennt, so dass das zweite Ventil gleichzeitig geöffnet wird.
An dem hochdruckseitigen Ventilsitz kann es zur Vereisung der Bohrung
führen.
-
Diese
bekannten Ausführungen
haben alle den Nachteil, dass durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten es zur
Vereisung kommen kann.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Druckregler zu schaffen, der die Strömungsgeschwindigkeit
herabsetzt und damit eine vereisungssichere Regelung in der Hochdruckstufe
bei geringem Atmungswiderstand in der Niederdruckstufe ermöglicht,
wobei das Tauchsportgerät
jeweils mit nur einer Niederdruck- und einer Hochdruckstufe, mit
nur einem Niederdruckschlauch und einer nur geringen Anzahl von Bauteilen
arbeitet, die Niederdruckstufe und die Hochdruckstufe jeweils als
Einzelteil robust ausgeführt
ist, ein geringes Gewicht hat, leicht handhabbar ist und bei Gebrauch
dem Tauchsportler eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet.
-
Die
Lösung
der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht,
wobei die Hochdruckstufe so ausgebildet ist, dass der in Liter pro
Minute gemessene reduzierte Luftstrom durch vier miteinander verbundene
Ventilkammern geviertelt wird und die Niederdruckstufe so ausgebildet
ist, dass der Tauchsportler bei geringem Atmungswiderstand mehr
Luft einatmen kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Die
Vereisung des Reglers wird selbst bei 200 bar, –4° C und in 40 Metern Tiefe ausgeschlossen.
-
Die
Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die
zugehörigen
Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
-
1: das Tauchsportgerät mit Druckregler, komplett
mit allen Systemen,
-
2: eine Vorderansicht des
Dosierungsventils (ausgeatmeter Zustand),
-
3: eine Vorderansicht des
Dosierungsventils (eingeatmeter Zustand),
-
4: eine Seitenansicht des
Dosierungsventils (eingeatmeter Zustand),
-
5: eine Seitenansicht des
Dosierungsventils (ausgeatmeter Zustand),
-
6: einen Schnitt durch das
Dosierungsventil mit separater Feineinstellung (eingeatmeter Zustand),
-
7: das Dosierungsventil
wie 6 (ausgeatmeter
Zustand),
-
8: die Hochdruckstufe (eingeatmeter Zustand),
-
9: eine Draufsicht auf die
Hochdruckstufe ohne Gehäuseabdeckplatte,
-
10; eine Vorderansicht des
Ausatemventils,
-
11: eine Seitenansicht des
Ausatemventils,
-
12: das Kugelventil mit
Verteiler,
-
13: einen Längsschnitt
durch das Dosierungsventil mit Rettungssystem,
-
14: die Vorderansicht nach 13,
-
15: ein Detail des Dosierungsventils
mit Rettungssystem.
-
Nach 1 besteht das Tauchgerät aus einer
Pressluftflasche 1 mit einer Hochdruckstufe 2, aus
einem Dosierungsventil 3, bestehend aus einem Atemreglergehäuse 4 mit
zwei v-förmig aufgesetzten Gehäusestutzen 5 und
Membrangehäusen 6,
einem Mundstück 7,
einem Ausatemventil 8 und einem Verteiler 9. In
dem Dosierungsventil 3 sind zwei Ventilkammern 61 (13 und 14) nebeneinander angeordnet. Die Hochdruckstufe 2 ist über einen
Schlauch 11 mit dem Dosierungsventil 3 verbunden.
-
Gemäß 2 bis 5 besteht das Dosierungsventil 3 im
einzelnen aus dem Atemreglergehäuse 4 mit
den zwei v-förmig,
schräg
aufgesetzten Gehäusestutzen 5.
Das Mundstück 7 ist
an dem Atemreglergehäuse 4 angebracht
und stellt die Verbindung zum Innenraum des Dosierungsventils 3 her.
An einem Ende des Atemreglergehäuses 4 ist
das Ausatemventil 8 und an dem anderen Ende ist der Verteiler 9 (12) angebracht. Auf den
Gehäusestutzen 5 sind Membrangehäuse 6 aufgesetzt.
Zwischen Gehäusestutzen 5 und
Membrangehäuse 6 ist
eine verstellbare Klappe 12 angeordnet. Die Membrangehäuse 6 sind
durch Kappen 13 mittels Gewinde verschlossen. Am Umfang
der Kappen 13 sind mehrere Öffnungen 14 verteilt
angeordnet. In dem Membrangehäuse 6 ist eine
Membran 15 eingespannt. Die Membran 15 ist über vertikale
Gestänge 16 und
horizontale Gestänge 17 mit
dem jeweiligen Dosierungsventil 3 mechanisch verbunden.
Die zwei Dosierungsventile 3 liegen nebeneinander. Dabei
ist das vertikale Gestänge 16 zentrisch
an der Membran 15 mittels Schraubverbindung festgemacht.
Ein ebenfalls an der Membran 15 festgemachter Notknopf 18 führt aus
der Kappe 13 heraus. Zur Stabilisierung der Membran 15 an
der Stelle, an der das Gestänge 16 und
der Notknopf 18 festgemacht sind, ist eine Scheibe 19 angeordnet. Zwischen
Gestänge 16 und 17 ist
ein gelenkiges Kopplungsstück 20 vorgesehen.
Am anderen Ende des Gestänges 17 ist
ein Kipphebel 21 angeordnet. Der Kipphebel 21 sitzt
mit seiner Öffnung 22,
ein hochgestelltes Langloch, auf einer Spindel 23 des Dosierungsventils 3 auf.
Die Öffnung 22 in
dem Kipphebel 21 ermöglicht
ein Ankippen des Kipphebels 21 auf der Spindel 23.
Das Ende der Spindel 23 weist eine Schraube 24 auf,
die den Kipphebel 21 auf dem Ende der Spindel 23 bewegt
und festhält.
Das Dosierungsventil 3 nach 4 besteht
weiterhin aus einem Ventilteller 25 an der Spindel 23 und
einem Ventilsitz 26 am Ausgang des Dosierungsventils 3.
Zwischen Ventilteller 25 und Boden des Dosierungsventils 3 ist eine
Feder 27 auf der Spindel 23 aufgesetzt.
-
Gemäß 6 und 7 ist das Dosierungsventil 3 mit
einer Feineinstellung versehen. Dazu ist eine Scheibe 28 zentrisch
auf der Spindel 23 vorgesehen, so dass die Feder 27 auf
der Spindel 23 zwischen Scheibe 28 und Ventilteller 25 angeordnet
ist. Eine Stange 29 ist seitlich davon mit einem Ende in
der Scheibe 28 festgemacht und führt durch eine Bohrung 30 im
Ventilteller 25 hindurch und endet mit seinem anderen Ende
in einer Bohrung 31, wo eine Verschraubung 32 angeordnet
ist. In dem Gehäuse
des Dosierungsventils 3 sind Öffnungen 33 vorgesehen. Die
Feineinstellung der beiden Kammern (rechts und links des Ventiltellers 25 der
Dosierungsventile 3) wird durch die Stange 29 mit
Scheibe 28, Feinstellschrauben der Verschraubung 32 zur
Regulierung des Niederdrucks in beiden Kammern erreicht. Um eine
noch höhere
Strömungsgeschwindigkeit
zu erreichen, wird „Metall
auf Metall" dichtend
eingesetzt. Diese Metall/Metall-Dichtung ist beim Ventilteller 25 und
einer Einlassbohrung 71 vorgesehen. Die Einlassbohrung 71 ist
im Atemreglergehäuse 4 der
beiden Dosierungsventile 3 vorgesehen.
-
Nach 8 und 9 besteht die Hochdruckstufe 2 aus
einem Gehäuse 34,
in dem vier Kolben bestehend aus Kolben 35 und Spindel 36,
angeordnet sind. Dichtungen 37 am Kolben 35 und
Dichtungen 38 an der Spindel 36 dichten jeweils
gegen das Gehäuse 34 und
trennen somit eine Hochdruckseite 41 von einer Niederdruckseite 42.
Die Spindel 36 weist an ihrem freien Ende einen Dichtungskegel 39 auf, der
mit einem Ventilsitz 40 korrespondiert. Im unteren Teil
des Gehäuses 34 sind
jeweils eine Exzenterschraube 43 für jeden Kolben vorgesehen.
Zwischen Exzenterschraube 43 und Innenseite des Kolbens 35 ist
eine Feder 44 angeordnet. Zentrisch in dem Kolben sind Überströmbohrungen 45 und
zwischen vier Ventilkammern 72, 73, 74, 75 sind
Bohrungen 46 als Verbindungsbohrungen vorgesehen. Der Druck
auf der Hochdruckseite 41 wird über Bohrungen 48 verteilt.
Am Gehäuse 34 sind
am Umfang verteilt zum Druckausgleich Bohrungen 49 vorgesehen.
-
Gemäß 10 und 11 besteht das Ausatemventil 8 aus
einem Gehäuse 50 mit
Innengewinde 51 zur Befestigung an dem Atemreglergehäuse 4.
Nach außen
hin wird das Ausatemventil 8 durch eine Membran 52 abgedichtet,
die durch eine Schraube 53 gehalten wird.
-
Gemäß 12 ist der Verteiler 9 am
Ende des Atemreglergehäuses 4 mittels
bekannter Schraubverbindungen 54 festgemacht. Eine Schraubverbindung 55 an
der äußeren Seite
des Verteilers 9 ist für
den Anschluss des Schlauches 11 vorgesehen. An dem Umfang
des Verteilers 9 ist ein Kugelventil 56 angebracht.
-
Die
Arbeitsweise des Reglers wird anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Gemäß 2, 3, 4 und 11 entweicht beim Ausatmen durch
das Mundstück 7 die
Luft durch das Ausatemventil 8. Das Ausatemventil 8 dient
gleichzeitig als Blasenabweiser, d. h., die Luft strömt soweit
wie möglich
vom Kopf weg. Durch große Öffnungen 63 des
Ausatemventils 8 entsteht ein geringer Ausatemwiderstand.
Beim Einatmen durch das Mundstück 7 entsteht
ein Unterdruck im Atemreglergehäuse 4.
Somit wird die Membran 15 gemäß 4 und 5 nach unten
gezogen und wird auf die Öffnungen 63 des Gehäuses 50 die
Membran 52 angedrückt
und dichtet damit ab. Jetzt wird das vertikale Gestänge 16 nach
unten gezogen, womit das horizontale Gestänge 17 durch das Kopplungsstück 20 auch
nach unten bewegt wird. Da das Gestänge 17 mit dem Kipphebel 21 verbunden
ist, wird die Spindel 23 mit Schraube 24 im Dosierungsventil 3 durch
den Kipphebel 21 nach links gezogen, so dass die Luft über den Schlauch 11 von
der Hochdruckstufe 2 über
das Mundstück 7 in
die Lunge strömen
kann. Durch das Injektorprinzip entsteht im Atemreglergehäuse 4 ein so
hoher Unterdruck, dass die Membran 15 automatisch nach
innen gezogen wird. Das geschieht beim Einatmen. Der Unterdruck
wird durch die zwei Klappen 12 in beiden vertikalen schräg auseinanderlaufenden
Gehäusestutzen 5 reguliert.
Durch Vergrößern oder
Verkleinern des Querschnitts im Durchmesser wird der Unterdruck
auf die Membran 15 verringert, so dass die Injektorwirkung
(Mitreißen
der Luft) verringert wird.
-
Anhand
der 5 wird der „ausgeatmete
Zustand" gezeigt.
Bei Beendigung des Atemvorganges. entsteht kein Unterdruck mehr
im Atemreglergehäuse 4.
Die Membran 15 bewegt sich wieder nach oben, so dass das
vertikale Gestänge 16 und
horizontale Gestänge 17 mit
Kipphebel 21 sich in die Ausgangslage bewegt und die Spindel 23 und
Ventilteller 25 durch die Feder 27 in die Ausgangslage
gedrückt wird
und abdichtet.
-
Anhand 6 und 7 wird die Wirkungsweise des Dosierungsventils 3 mit
Injektorprinzip beschrieben. Beim eingeatmeten Zustand gemäß 6 strömt die Luft durch die Einlassbohrung 71 am
Ventilteller 25 vorbei (geöffneter Zustand) und strömt gemäß 14 durch vier Aussparungen 69 des
Dosierungsventils 3 heraus. Die Luft streicht dabei an der Öffnung 33 so
vorbei, dass die Luft, die aus der seitlichen Öffnung 33 austritt,
mitgerissen wird und so ein Injektorprinzip in der Art entsteht,
dass vor Schließen des
Ventiltellers 25 die Luftteilchen mitgerissen werden. Durch
die Feder 27 wird das rechtzeitige Schließen bei
ausgeatmeten Zustand ermöglicht.
-
Anhand
der 8, und 9 wird die Arbeitsweise der
Hochdruckstufe 2 erläutert.
Wird eine Luftentnahme bei Einatmung gemäß 8 über
den Schlauch 11 vorgenommen, verringert sich der Druck auf
die obere Fläche
des Kolbens 35. Dadurch überwiegt die Kraft der Feder 44,
die den Kolben mit Dichtungskegel 39 von dem Ventilsitz 40 hebt.
Es strömt die
Luft von der Pressluftflasche 1 über ein Ventil 57 und über die
Bohrungen 48 der vier zusammenarbeitenden Hochdruckstufen 2 und
durch die Bohrungen 45 und 46 über den Schlauch 11 zum
Dosierungsventil 3. Um einen konstanten Niederdruck in
der Hochdruckstufe 2 zu gewährleisten (bestimmte Wassertiefen),
sind die Bohrungen 49 zum Ausgleich vorgesehen. Weiterhin
sind vier Exzenterschrauben 43 für die Feineinstellungen der
vier Federn 44 vorhanden. Damit ist gewährleistet, dass ein gleichmäßiger Druck
in den Ventilkammern 72, 73, 74, 75 der
Hochdruckstufe 2 von außen eingestellt werden kann. Wird
der Einatemvorgang beendet, so baut sich ein Druck auf der Oberseite
des Kolbens solange auf, bis die Kraft der Feder 44 überwunden
wird. Der Kolben mit Dichtungskegel 39 wird nach unten
gedrückt
und dichtet ab. Das Abdichten zwischen dem Medium Luft und Wasser
erfolgt in der Hochdruckseite 41 sowie in der Niederdruckseite 42 durch
die die Reduzierung bewirkenden Dichtungen 38 bzw. 37.
Diese sind an dem Ventilsitz 40 und an dem Gehäuse der
Hochdruckseite 41 sowie eine Dichtung 58 an der
Anschlussseite der Pressluftflasche 1 angebracht. Diese
ist drehbar gelagert und mit einem Gewinde versehen, das in das
Ventil 57 der Pressluftflasche 1 eingeschraubt
wird. Wird die Pressluftflasche 1 aufgedreht, drückt sie
gegen den Dichtring der Dichtung 58, so dass eine starre,
dichtende Verbindung entsteht. Dies bewirkt die Anordnung des Dichtrings
auf der Stirnseite. Die beiden anderen Dichtungen 37 und 38 am
Kolben und an den Ventilkammern 72, 73, 74, 75 bewirken
eine Abdichtung bei der Auf- und Abbewegung (dichtend und gleitend).
-
Wird
nicht eingeatmet (beim Ausatmen), so steigt der Druck oberhalb des
Kolbens 35 soweit an, dass die entgegenwirkende Kraft der
Feder 44 überwunden
wird und so die verbindende Bohrung 48 einzeln und gleichmäßig die
vier zusammenarbeitenden Ventilkammern 72, 73, 74, 75 abdichtet.
Dadurch erfolgt kein Nachströmen
der Pressluft. Gemäß 10 und 11 wird die Arbeitsweise des Ausatemventils 8 gezeigt.
Das Ausatemventil 8 ist am Atemreglergehäuse 4 mittels
Innengewinde 51 befestigt. Beim Ausatmen durch das Mundstück 7 entsteht
ein Überdruck
im Atemreglergehäuse 4,
so dass die Membran 52 nach außen gedrückt wird. Wenn der Ausatemvorgang
beendet ist, schließt
die Membran 52 das Ausatemventil 8 auf dem Gehäuse 50,
die Öffnungen 63 werden
abgedichtet, so dass kein Wasser eindringen kann. Beim Einatmen
wird durch den Unterdruck, der im Atemreglergehäuse 4 entsteht, das
Gummiventil, die Membran 52 an das Gehäuse 50 und durch Eigenstabilität auf die
Dichtfläche
des Gehäuses 50 gedrückt, so
dass es schließt.
-
Die
Wirkungsweise des Kugelventils 56 wird in der 12 gezeigt. Das Kugelventil
56 am Atemreglergehäuse 4 hat
die Funktion, das Verdrehen des Schlauches 11 um die eigene
Achse sowie das Knicken zu verhindern.
-
Das
Abdichten erfolgt durch die Schraubverbindung 54 und 55,
wodurch das Eindringen von Wasser und das Entweichen von Luft verhindert
wird.
-
Das
Ausführungsbeispiel
sieht vor, dass im Atemreglergehäuse 4 auch
ein Rettungssystem vorgesehen ist. Es befindet sich in dem Dosierungsventil 3 über den
beiden Ventilkammern 61. Wenn der Taucher dreißig Sekunden
nicht einatmet, tritt dieses in Aktion und zeitmäßig kann man es beliebig einstellen,
was in 13 und 14 schematisch dargestellt
ist. Wird nicht eingeatmet, dichtet der Ventilteller 25 eine Überstrombohrung 65 ab,
so dass der Druck in Ventilkammer 60 ansteigt. Ein Kolben 66 wird
zurückgeschoben,
die Federkraft wird überwunden
und so kann die Luft über Überströmbohrungen 64 in
die beiden Ventilkammern 61 strömen. Beim Einatmen gibt das
Federplättchen
die Überströmbohrung 65 frei,
so dass zusätzliche
Luft in die Ventilkammern 61 strömen kann. Ein Elektrokontakt 62 am
Ende einer Ventilkammer 60 wird geschlossen und über ein
Stromkabel wird ein elektromagnetisches Ventil geöffnet (in der
Zeichnung einer nicht dargestellt), welches zum Ausblasen einer
Rettungsweste führt.
Der Taucher wird dadurch nach oben getragen. Als Stromquelle dient
eine Batterie. Das elektromagnetische Ventil gibt den Luftstrom
von der Hochdruckstufe 2 oder einer zusätzlichen Pressluftflasche von
0,21 frei.
-
Da
der Taucher bei Bewusstlosigkeit flacher atmet, ist ein Spülverfahren
vorgesehen. Über
die Überstrombohrungen 64, 65 strömt dabei
die Luft in die beiden Ventilkammern 61 in das Atemreglergehäuse 4 über das
Mundstück 7 in
die Lunge des Tauchers. Überschüssige Luft
strömt über das
Ausatemventil 8.
-
Der
Druckregler ist für
eine modulare Bauweise geeignet, d.h., dass bestimmte Baugruppen, wie
Ventilkammer 60 im Dosierungsventil 3 vorgefertigt
sind. Diese können mit
zusätzlichen
Bauteilen, wie Elektrokontakt 62, Kolben 66, Feder 67 über Verteiler 59 in
Betrieb genommen werden. Das trifft auch für die vier Ventilkammern 72, 73, 74, 75 der
Hochdruckstufe 2 zu. Weitere Tauchsysteme können je nach
Bedarf des Tauchers nachgerüstet
werden, wodurch eine individuelle Anpassung hinsichtlich der verschiedenen
gewünschten
Sicherheitsstufen des Tauchsportlers erreicht wird. Hinzu kommt,
dass mit der möglichen
Austauschbarkeit die unterschiedlichen Rechtsvorschriften in den
jeweiligen Ländern eingehalten
werden können.
-
- 1
- Pressluftflache
- 2
- Hochdruckstufe
- 3
- Dosierungsventil
- 4
- Atemreglergehäuse
- 5
- Gehäusestutzen
- 6
- Membrangehäuse
- 7
- Mundstück
- 8
- Ausatemventil
- 9
- Verteiler
- 10
- nicht
vergeben
- 11
- Schlauch
(zwischen Hochdruck- und Dosierungsventil)
- 12
- Klappe
- 13
- Kappe
- 14
- Öffnung
- 15
- Membran
- 16
- Gestänge (vertikal)
- 17
- Gestänge (horizontal)
- 18
- Notknopf
- 19
- Scheibe
- 20
- Kopplungsstück
- 21
- Kipphebel
- 22
- Öffnung
- 23
- Spindel
- 24
- Schraube
- 25
- Ventilteller
(mit Dichtkegel)
- 26
- Ventilsitz
- 27
- Feder
- 28
- Scheibe
- 29
- Stange
- 30
- Bohrung
- 31
- Bohrung
- 32
- Verschraubung
- 33
- Öffnung
- 34
- Gehäuse
- 35
- Kolben
- 36
- Spindel
- 37
- Dichtung
- 38
- Dichtung
- 39
- Dichtungskegel
- 40
- Ventilsitz
- 41
- Hochdruckseite
- 42
- Niederdruckseite
- 43
- Exzenterschraube
- 44
- Feder
- 45
- Überströmbohrung
- 46
- Bohrung
(Verbindungsbohrung)
- 47
- Bohrung
(zur Pressluftflasche)
- 48
- Bohrung
(Verbindungsbohrungen der vier Hochdruckstufen)
- 49
- Bohrung
(Druckausgleich)
- 50
- Gehäuse
- 51
- Innengewinde
- 52
- Membran
(Dichtungsscheibe)
- 53
- Schraube
(zum Halten der Membran)
- 54
- Schraubverbindung
(zum Atemregler)
- 55
- Schraubverbindung
(zur Pressluftflasche)
- 56
- Kugelventil
- 57
- Ventil
- 58
- Dichtung
- 59
- Verteiler
(als Überwurfmutter)
- 60
- Ventilkammer
- 61
- Ventilkammer
- 62
- Elektrokontakt
- 63
- Öffnung (Ausatemventil)
- 64
- Überströmbohrung
(für Rettungssystem)
- 65
- Überstrombohrung
- 66
- Kolben
- 67
- Feder
- 68
- Führung (und
Dichtfläche)
- 69
- Aussparung
- 70
- Zentrierung
- 71
- Einlassbohrung
- 72
- Ventilkammer
- 73
- Ventilkammer
- 74
- Ventilkammer
- 75
- Ventilkammer