DE102004022988A1 - Gas mixing device for divers comprises an automatic safety unit for monitoring the gas mixture using an oxygen sensor - Google Patents

Gas mixing device for divers comprises an automatic safety unit for monitoring the gas mixture using an oxygen sensor Download PDF

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Abstract

Gas mixing device comprises an automatic safety unit (10) for monitoring the gas mixture (13) using an oxygen sensor (11). Compression of gas mixtures with too high an oxygen content is prevented by the compressor. The safety unit introduces safety measures as soon as the signal (14) from the oxygen sensor indicates a rise in oxygen content of the gas mixture above the safety limit. Preferred Features: The mixing path has several abrupt changes of the cross-sectional surface (18) at which the gas stream experiences a sudden speed change.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Berufs- und Sporttaucher verwenden als Atemgas nicht nur gewöhnliche Luft, sondern fallweise auch Gemische aus Luft und Sauerstoff, sogenanntes Nitrox, um fällige Dekompressionsphasen abzukürzen oder das Risiko der Dekompressionskrankheit zu minimieren. Nitrox findet auch Anwendung in Atemschutzgeräten der Feuerwehr oder im Katastrophenschutz, um die körperliche Leistungsfähigkeit der Atemschutztäger zu erhöhen.professional and scuba divers use not only ordinary as breathing gas Air, but occasionally mixtures of air and oxygen, so-called Nitrox to mature Shorten decompression phases or minimize the risk of decompression sickness. Nitrox is also used in respiratory protective equipment of the fire brigade or in civil protection, about the physical capacity the respirator to increase.

Gegenstand der Erfindung ist eine Gasmischvorrichtung, die einem Kompressor vorgeschaltet werden kann, und in der die vom Kompressor angesaugte Luft mit Sauerstoff angereichert und damit vermischt wird, um Nitrox herzustellen, sowie ein Verfahren zum sicheren Betrieb der Gasmischvorrichtung.object The invention relates to a gas mixing device which is a compressor upstream and sucked in by the compressor Air enriched with oxygen and mixed with it to nitrox and a method for safe operation of the gas mixing device.

Gasmischvorrichtungen für die Herstellung von Atemgasgemischen früherer Bauart, mit denen Druckgasflaschen für Tauchgeräte gefüllt werden sollen, benötigen zum Betrieb entweder besonders qualifiziertes Personal, das in der Lage ist, das angemischte Gas zu analysieren und die Dosierung entsprechend des Analyseergebnisses ständig nachzustellen, oder es sind aufwendige Druckregler, Regulierventile, Durchflußmengenmesser und verwandte Mittel erforderlich, um das Verhältnis der Komponenten des Atemgasgemisches konstant zu halten [1]. Da Druckgasflaschen der Tauchtechnik typischerweise auf 200 bis 300 bar Druck befüllt werden, werden für derartige Mischvorrichtungen zahlreiche teure Hochdruckbauteile benötigt. Zudem wird für den Sauerstoffanteil ein teurer ölfreier Kompressor benötigt, dessen Wartung und Betrieb sehr anspruchsvoll und gerade in exotischen Tauchreisedestinationen kaum praktikabel ist. Diese Nachteile von hochdruckseitigen Gasmischverfahren haben den weltweiten Durchbruch des Nitrox – Tauchens bisher verhindert, obwohl dadurch die Tauchzeit verlängert und die Gefahr der Dekompressionskrankheit vermindert werden kann.Gas mixing devices for the Production of breathing gas mixtures of earlier design, with which compressed gas cylinders be filled for diving equipment should, need to operate either specially qualified personnel working in the Able to analyze the mixed gas and adjust the dosage accordingly the analysis result constantly adjust, or are complex pressure regulator, regulating valves, flowmeter and related agents required to increase the ratio of the components of the breathing gas mixture to keep constant [1]. As compressed gas cylinders of the immersion technique typically filled to 200 to 300 bar pressure will be for Such mixing devices numerous expensive high-pressure components needed. In addition, for the oxygen content is an expensive oil-free compressor needed its maintenance and operation very demanding and just in exotic Diving travel destinations is hardly practicable. These disadvantages of High-pressure gas mixing processes have the worldwide breakthrough Nitrox diving prevented so far, although thereby extends the dive time and the risk of decompression sickness can be reduced.

Eine relativ neue Methode, den Sauerstoffgehalt von gewöhnlicher Preßluft durch eine permeable Membrane anzureichern [2], benötigt zur Realisierung ebenfalls aufwendige und dazu noch voluminöse teure Hochdruckinstallationen. Da der Sauerstoff hier der Luft entnommen wird, und der unerwünschte Stickstoffanteil wieder an die Atmosphäre abgegeben wird, zuvor aber verdichtet werden mußte, sind bei diesem Verfahren die Betriebskosten empfindlich höher als bei der Füllung von Tauchflaschen mit Preßluft, außerdem liegen noch keine ausreichenden Erfahrungen vor, ob derartige Membranen unter den harten Einsatzbedingungen in einer kommerziellen Tauchbasis eine genügende Lebensdauer aufweisen, denkbar wäre beispielsweise eine Verunreinigung der Membrane durch Öl aus einem defekt gewordenen Kompressor. Da der Mehrerlös durch das Nitrox-Tauchen für eine Tauchbasis eher gering ist, kann ein Austausch der Membrane vor dem Ablauf ihrer kalkulierten Lebensdauer eine wirtschaftliche Katastrophe sein.A relatively new method, the oxygen content of ordinary Compressed air enriched by a permeable membrane [2], required for Realization also expensive and in addition costly expensive High pressure installations. Since the oxygen is taken from the air here will, and the unwanted Nitrogen content is released back to the atmosphere, but before had to be condensed In this process the operating costs are significantly higher than at the filling of diving tanks with compressed air, Furthermore There is still no sufficient experience, whether such membranes under the harsh operating conditions of a commercial dive center a sufficient one Lifetime, would be conceivable For example, contamination of the membrane by oil from a defect become a compressor. Since the additional proceeds through the Nitrox diving for one Diving center is rather low, can replace the membrane before Expiry of their calculated life an economic disaster be.

Eine Methode, das Nitrox-Gas unter atmosphärischem Druck anzumischen und dann in einem Kompressor zu verdichten, erscheint als die preisgünstigste Alternative, deren Betriebskosten zudem besser kalkulierbar sind. Frühere derartige Lösungen [3] benötigen jedoch immer noch einen teuren ölfreien Kompressor, da die Gasmischung in einer Rohrspirale ungenügend ist, und der Kompressor phasenweise ein Gemisch mit zu hohem Sauerstoffanteil ansaugen kann. In [3] wird daher auch gar nicht erst der Versuch unternommen, den Sauerstoffanteil des vom Kompressor angesaugten Gasgemisches zu analysieren, sondern die Analyse erfolgt erst nach der Durchmischung im Kompressor. Das hat den weiteren Nachteil, daß die Latenzzeit durch den Kompressor die Einstellung der Sauerstoffdosierung sehr erschwert und zu einem Geduldsspiel macht.A Method to mix the Nitrox gas under atmospheric pressure and then compacting in a compressor, appears as the cheapest Alternative, whose operating costs are also better calculable. earlier such solutions [3] need but still an expensive oil-free Compressor, since the gas mixture in a pipe spiral is insufficient, and the compressor phased a mixture with too high an oxygen content can suck. In [3], therefore, not even the attempt taken, the oxygen content of sucked by the compressor Gas analysis, but the analysis is only after the mixing in the compressor. This has the further disadvantage that the Latency through the compressor setting the oxygen dosage very difficult and makes it a game of patience.

Eine verbesserte Lösung [4] mit einer turbulenten Mischstrecke kann dagegen eine derart homogene Vermischung erzielen, daß bereits eine Analyse des vom Kompressor angesaugten Gasgemisches aussagefähige Meßergebnisse liefert. Somit kann ein gewöhnlicher Kompressor benutzt werden, der für den Betrieb mit sauerstoffangereicherten Gemisch sorgfältig gereinigt und dann mit einem speziell für Gasgemische mit erhöhtem Sauerstoffanteil geeigneten und zugelassenen Schmieröl betrieben wird. Bei derzeitigen Stand der Schmiermitteltechnologie ist eine Verdichtung von Gasgemischen von bis zu 40% Sauerstoffanteil ohne akute Explosionsgefahr möglich. Bei einer Überschreitung dieses Sauerstoffanteils – aus welchen Gründen auch immer, beispielsweise durch Versagen der Sauerstoffdosierung, oder Schwankungen der Ansaugleistung des Kompressors – besteht jedoch nach der Überschreitung einer gewissen Sicherheitsgrenze des Sauerstoffanteils eine akute Explosionsgefahr. Zur Vermeidung von Unfällen muß verhindert werden, daß der Kompressor ein Atemgasgemisch mit einem zu hohen Sauerstoffanteil über die Gefahrengrenze hinaus verdichtet. Bei der Gasmischvorrichtung [4] geschieht diese Sicherung durch das Bedienpersonal, das hierzu die Anzeige eines Sauerstoffanalysators ständig beobachtet und das Sauerstoffdosierventil manuell einstellt, so daß das Gasgemisch den gewünschten Sollwert erreicht. Es ist anzunehmen, daß dieses Verfahren zum Betrieb der Gasmischvorrichtung, die in [4] sogar Gegenstand eines Unteranspruchs ist, früher oder später durch Unachtsamkeiten oder technisches Versagen oder Schwankungen der Stromversorgung des Kompressors zu einem Unglück führt. Weitere Nachteile der Gasmischvorrichtung nach [4] für das genannte Einsatzgebiet liegen in der Natur des benutzten turbulenten Mischsystems. Es basiert auf Leitelementen im Gasstrom, die dem Gasstrom alternierende Änderungen der Drehrichtung um die Mittelachse des Gasstroms aufzwingen. Solche und auch andere Leitelemente im Gasstrom sind schwer zu reinigen und daher ist auch ein Filter an der Lufteinlaßseite der Mischstrecke nötig. Bei einer Verschmutzung der Leitelemente kann die Wirksamkeit der Durchmischung leiden und es besteht dann die Gefahr, daß der Sauerstoffanalysator aufgrund ungenügender Durchmischung einen gefährlich erhöhten Sauerstoffanteil nicht erkennt. Erfahrungsgemäß ist gerade in abgelegenen exotischen Destinationen die Versuchung sehr groß, einen verschmutzten Filter einfach zu entfernen statt zu ersetzen. Abgesehen von diesen Nachteilen, die auf menschlichen Schwächen und den Zuständen in manchen Entwicklungsländern beruhen, hat ein derartiges Mischsystem auch rein technisch bedingte Nachteile. Der Mischrohrdurchmesser mit den darin enthaltenen Leitelementen muß für eine optimale Durchmischung an den Luftdurchsatz des Kompressors angepaßt werden. In [4] wird dabei für kleinere Luftdurchsätze mit einer ersten Ausführung der Mischstrecke ein Bereich von 1:5 erzielt, mit einer zweiten Ausführung ein Bereich von 1:2. Mit diesen beiden Ausführungen kann ein Bereich von 1:10 abgedeckt werden, was ausreichend mit dem typischen Anwendungsgebiet, Kompressorstationen mit einem Luftdurchsatz von 80 liter/min bis 1000 liter/min, übereinstimmt. Wünschenswert wäre jedoch die Abdeckung dieses Bereichs mit ein und derselben Ausführung der Gasmischvorrichtung. Ein weiteres Problem des Mischverfahrens von [4] liegt in der für eine gute Durchmischung notwendigen großen Länge der benutzen linearen Mischstrecke, was. den Einbau gerade bei beengten Platzverhältnissen, wie sie in der Praxis bei den Kompressorräumen von Tauchbasen oder vor allem auf Tauchsafaribooten doch relativ häufig sind, nachteilig erschwert.An improved solution [4] with a turbulent mixing section, on the other hand, can achieve such a homogeneous mixing that even an analysis of the gas mixture taken in by the compressor supplies meaningful measuring results. Thus, an ordinary compressor can be used, which is carefully cleaned for operation with oxygen-enriched mixture and then operated with a specially suitable and approved for gas mixtures with increased oxygen content lubricating oil. At the present state of the art of lubricating technology, gas mixtures of up to 40% oxygen content can be compressed without an acute danger of explosion. Exceeding this oxygen content - for whatever reason, for example due to failure of the oxygen dosage, or fluctuations in the intake capacity of the compressor - but after exceeding a certain safety limit of the oxygen content is an acute risk of explosion. To avoid accidents, it must be prevented that the compressor compresses a breathing gas mixture with an excessively high oxygen content beyond the danger limit. In the gas mixing device [4] this backup is done by the operating personnel who constantly observed the display of an oxygen analyzer and manually sets the Sauerstoffdosierventil manually, so that the gas mixture reaches the desired target value. It is to be assumed that this method of operating the gas mixing device, which in [4] is even the subject of an underan is caused by carelessness or technical failure or fluctuations in the power supply of the compressor to an accident sooner or later. Further disadvantages of the gas mixing device according to [4] for the named field of use are the nature of the turbulent mixing system used. It is based on vanes in the gas stream, which impose alternating changes in the direction of rotation about the central axis of the gas stream. Such and other guiding elements in the gas stream are difficult to clean and therefore a filter on the air inlet side of the mixing section is necessary. In case of contamination of the guide elements, the effectiveness of the mixing may suffer and there is then the danger that the oxygen analyzer does not recognize a dangerously increased oxygen content due to insufficient mixing. Experience shows that especially in remote exotic destinations, the temptation to simply remove a dirty filter instead of replacing it. Apart from these disadvantages, which are based on human weaknesses and the conditions in some developing countries, such a mixing system also has purely technical disadvantages. The mixing tube diameter with the guide elements contained therein must be adapted for optimal mixing of the air flow rate of the compressor. In [4] a range of 1: 5 is achieved for smaller air flow rates with a first embodiment of the mixing section, with a second embodiment a range of 1: 2. With these two versions, a range of 1:10 can be covered, which agrees sufficiently with the typical field of application, compressor stations with an air throughput of 80 liter / min to 1000 liter / min. However, it would be desirable to cover this area with one and the same embodiment of the gas mixing device. Another problem of the mixing method of [4] lies in the need for a good mixing large length of the linear mixing line used, which. the installation just in tight spaces, as they are relatively common in practice in the compressor rooms of dive centers or especially on dive safari boats, difficult.

Hieraus ergeben sich verschiedene Aufgaben an die erfindungsgemäße Gasmischvorrichtung.From this Various tasks arise for the gas mixing device according to the invention.

Erstens ist eine automatische Sicherheitsvorrichtung vorzusehen, die eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil über die Gefahrengrenze hinaus verhindert. Zweites ist eine verbesserte turbulente Mischstrecke vorzusehen, die bei möglichst kompakter Bauweise über einen großen Bereich der Luftansaugleistung eine nahezu homogene Gasdurchmischung gewährleisten kann. Drittens soll diese verbesserte Mischstrecke möglichst keine Leitelemente innerhalb des Gasstromes enthalten, um erstens die Herstellungskosten zu senken und zweitens die Reinigung zu vereinfachen, so daß ein aufwendiger Ansaugfilter entfallen kann. Viertens soll die automatische Sicherheitsvorrichtung selbsttestfähig sowie selbstkalibrierend sein, um Wartungs- und Bedienungsfehler durch das in exotischen Tauchreisedestinationen häufig nur gering qualifizierte Bedienpersonal auszuschließen. Fünftens soll der Sauerstoffsensor der Sicherheitsvorrichtung durch besondere konstruktive Maßnahmen unter optimalen Bedingungen betrieben werden und vor Feuchte, etwa bedingt durch Kondensation, geschützt sein.First is to provide an automatic safety device, which is a Compaction of gas mixtures with too high oxygen content over the Danger limit is prevented. Second is an improved turbulent Provide mixing section, the most compact design over a huge Range of air intake a nearly homogeneous gas mixing can guarantee. Third, this improved mixing section should be as possible no vanes contained within the gas stream, first, the production cost to lower and second, to simplify cleaning, so that a more complex Suction filter can be omitted. Fourth, the automatic security device is self-testable as well be self-calibrating to avoid maintenance and operator errors which is often poorly qualified in exotic diving destinations Exclude operating personnel. Fifth should the oxygen sensor of the safety device by special constructive measures be operated under optimal conditions and before moisture, about due to condensation, be protected.

Diese Aufgaben werden gemäß den Ansprüchen der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung beruht auf einer erfinderischen Kombination von an sich bekannten Komponenten, deren sehr gute Wirksamkeit für den genannten Zweck aufgrund des verblüffend einfachen Aufbaus auch Fachleute in Erstaunen versetzen kann. Diejenigen Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung, die einen besonderen Schutz des Sauerstoffsensors vor Feuchtigkeit bewirken oder Störungen seines Druckausgleichsystems verhindern, basieren auf früherer, zum Zeitpunkt dieser Anmeldung noch nicht veröffentlichter erfinderischer Tätigkeit eines der beiden Erfinder [6][7][8].These Tasks are in accordance with the claims of Invention solved. The object of the invention is based on an inventive combination of known components whose very good activity for the mentioned Purpose due to the amazing simple construction can also astonish professionals. Those Further developments of the subject invention, the particular Protecting the oxygen sensor from moisture or disturbances of its Prevent pressure compensation system, based on earlier, at the time not yet published in this application inventive activity one of the two inventors [6], [7], [8].

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Das grundsätzliche Hindernis, eine automatische Sicherheitsvorrichtung für eine Gasmischvorrichtung der oben beschriebenen Art [4] zu schaffen, liegt in der an sich zu langsamen Reaktion von am Markt verfügbaren galvanischen Sauerstoffsensoren begründet [9]. Eine Alternative zu diesen Sensoren ist für den Zweck der Gasanalyse im Ansaugtrakt eines Kompressors bisher nicht bekannt, denn es sind keine auf einem anderen physikalischen Prinzip basierenden Sauerstoffsensoren verfügbar, die dem rauhen Betrieb in einer Kompressorstation dauerhaft gewachsen wären, noch dazu im Ansaugtrakt des Kompressors, und die dabei preisgünstig und wartungsfrei sind. Aus langjähriger Erfahrung mit galvanischen Sauerstoffsensoren für die Analyse von sauerstoffhaltigen Atemgasgemischen in Gasmischvorrichtungen in der Art, von [4] haben sich diese Sauerstoffsensoren bewährt – dies gilt jedoch nur für den Normalbetrieb, wenn die Sauerstoffdosierung wie im Verfahren von [4] manuell sehr langsam und vorsichtig auf einen Sollwert aufgedreht wird, so daß der Sauerstoffsensor dem Geschehen trotz seiner an sich zu langsamen Reaktion folgen kann. Für eine Sicherheitsvorrichtung, die Störfälle erkennen soll, und rechtzeitige Sicherheitsmaßnahmen auslösen soll, reicht die langsame Reaktion der verfügbaren Sauerstoffsensoren in der Regel bei weitem nicht aus.The fundamental Obstacle, an automatic safety device for a gas mixing device of the kind described above [4] lies in itself too slow response of galvanic oxygen sensors available on the market [9]. An alternative to these sensors is for the purpose of gas analysis in the intake of a compressor previously unknown, because there are no on a different physical principle based oxygen sensors available, which has grown permanently to the harsh operation in a compressor station would, even in the intake of the compressor, and the cheap and cheap are maintenance free. From many years Experience with galvanic oxygen sensors for the analysis of oxygen-containing Have breathing gas mixtures in gas mixing devices of the type of [4] these oxygen sensors are proven - but this only applies to normal operation, if the oxygen dosage as in the method of [4] manually very slowly and carefully turned to a setpoint so that the oxygen sensor to follow the event despite its reaction, which is too slow in itself can. For a safety device designed to detect incidents and timely Safety measures trigger is sufficient, the slow response of the available oxygen sensors in usually not far from.

Ein typisches Beispiel soll dies verdeutlichen. Bei einem Versagen der Sauerstoffdosierung, das zu einem raschen, kleinen, aber bereits gefährlichen Anstieg des Sauerstoffanteils in dem vom Kompressor angesaugten Gemisch führt, kann die langsame Reaktion des Sauerstoffsensors nach Datenblatt [9], der für den Betrieb im Ansaugtrakt eines Kompressors erfahrungsgemäß gerade noch robust genug ist, eine typischerweise 12...15 Sekunden lange Verzögerung bis zur Entdeckung dieses Störfalls durch die Auswertungselektronik bewirken. Eine weitere Verzögerung ergibt sich dadurch, daß ein darauf erfolgender Abschaltbefehl an die Sauerstoffzufuhr wegen der Laufzeit des Gases durch die Gasmischstrecke nicht sofort bewirkt, daß der Kompressor nur noch harmlose Luft ansaugt. So könnte es vorkommen, daß in diesem oder einem vergleichbaren Szenario der Kompressor für eine halbe Minute oder länger ein Gasgemisch mit bereits gefährlich hohem Sauerstoffanteil ansaugt und verdichtet. Eine Schnellabschaltung des Kompressors als Ergänzung der Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr könnte zwar etwas helfen, um die Anforderungen an die Reaktionszeit der Sicherheitsvorrichtung zu vermindern, aber der hierdurch mögliche Zeitgewinn reicht im Regelfall immer noch nicht aus, um die Langsamkeit der Sauerstoffsensoren auszugleichen. Zwar existieren auch spezielle Ausführungen derartiger Sauerstoffsensoren, die schneller reagieren (etwa doppelt so schnell), diese weisen aber an ihrer gasempfindlichen Seite eine sehr viel dünnere Diffusionsmembrane auf, die dem Dauerbetrieb im Ansaugtrakt eines Kompressors erfahrungsgemäß nicht gewachsen ist – es droht ein baldiger Riß der Membrane und damit ein Ausfall des Sensors.One typical example is intended to illustrate this. In case of failure of the Oxygen dosage, which is a quick, small, but already dangerous Increase in the oxygen content in the sucked by the compressor Mixture leads, can the slow response of the oxygen sensor according to data sheet [9], who for the operation in the intake of a compressor experience straight is still robust enough, typically 12 ... 15 seconds long delay until the discovery of this accident by cause the evaluation electronics. Another delay results itself in that a subsequent shutdown command to the oxygen supply because the transit time of the gas through the gas mixing path does not immediately cause that the Compressor only sucks in harmless air. So it could happen that in this or a comparable scenario the compressor for half Minute or longer a gas mixture with already dangerous high oxygen content sucks and compressed. An emergency shutdown the compressor as a supplement to the Although interrupting the oxygen supply could help a bit the requirements for the reaction time of the safety device to diminish, but the thereby possible time savings in the Usually still not enough to slow the oxygen sensors compensate. Although there are special versions such oxygen sensors that react faster (about twice so fast), but they have one on their gas-sensitive side much thinner Diffusion membrane on, the continuous operation in the intake system of a compressor not according to experience has grown - it threatens a rapid tear of the Diaphragm and thus a failure of the sensor.

Der durchschnittliche Fachmann muß daher zum Schluß kommen, daß solche Sauerstoffsensoren für eine derartige automatische Sicherheitsvorrichtung grundsätzlich nicht geeignet sind, da diese dann zu langsam reagieren würde. Daher ist für eine Gasmischvorrichtung der genannten Art derzeit noch keine automatische Sicherheitsvorrichtung am Markt, die auf einem Sauerstoffsensor basiert und die dennoch schnell genug auf eine Störung der Sauerstoffdosierung reagiert.Of the average expert must therefore for Come to an end that such Oxygen sensors for such an automatic security device not in principle are suitable, as this would then react too slowly. Therefore is for a gas mixing device of the type mentioned currently not automatic Safety device on the market, on an oxygen sensor based and yet fast enough to interfere with Oxygen dosage reacts.

In der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung wird die Reaktionszeit durch einige trickreiche Maßnahmen gegenüber dem derzeit bekannten Stand der Technik so weit reduziert, daß der sichere Betrieb der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung erst ermöglicht wird, obwohl handelsübliche galvanische Sauerstoffsensoren – oder andere für den genannten Zweck an sich zu langsame Sauerstoffsensoren anderer physikalischer Wirkprinzipien – benutzt werden können.In the gas mixing device according to the invention The reaction time will be through some tricky action across from the currently known state of the art so far reduced that the safe operation the gas mixing device according to the invention only possible is, although commercially available galvanic oxygen sensors - or others for the stated purpose per se too slow oxygen sensors of others physical principles of action - used can be.

Die erste Maßnahme besteht darin, das aus dem Sauerstoffsensor stammende Sensorsignal auf Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus zu untersuchen. Dies geschieht bevorzugt durch ein Computerprogamm in einem sogenannten Mikrocontroller, der ein Bestandteil der Auswertungselektronik der automatischen Sicherheitsvorrichtung ist. Hierdurch ist die drift- und offsetfreie Realisierung von prädiktiven Signalauswertungsverfahren möglich, die eine sich anbahnende Gefahr bereits erkennen können, bevor der Sauerstoffgehalt des vom Kompressor angesaugten Gasgemisches die eigentliche Gefahrengrenze überschreitet.The first measure consists of the sensor signal originating from the oxygen sensor for signs of an increase in the oxygen content of the gas mixture over a Safety boundary beyond. This happens preferably through a computer program in a so-called microcontroller, the part of the evaluation electronics of the automatic Safety device is. This is the drift and offset-free Realization of predictive Signal evaluation method possible, who can already recognize an imminent danger before the oxygen content of the gas mixture sucked in by the compressor exceeds the actual danger limit.

Die zweite Maßnahme besteht darin, der Mischstrecke durch eine besondere Formgebung eine möglichst geringe Latenzzeit zu verleihen. Dies gelingt durch ein turbulentes Mischverfahren, bei dem der Gasstrom auf dem Weg durch die Mischstrecke stufenweise immer weiter beschleunigt wird. Erreicht wird dies durch in einer bestimmten Weise abgestufte weitgehend abrupte Querschnittsänderungen in der Mischstrecke, an denen zudem die Turbulenzen entstehen, welche die Durchmischung bewirken.The second measure consists in the mixing section by a special shaping a preferably to give low latency. This succeeds through a turbulent one Mixing process in which the gas flow on the way through the mixing section is gradually accelerated gradually. This is achieved by in a certain way stepped largely abrupt cross-sectional changes in the mixing section, where also the turbulence arise, which cause the mixing.

Diese Maßnahmen bringen zusammen mit der Latenz im Kompressor (bis zu dessen Hochdruckstufe, wo die eigentliche Gefahrenquelle sitzt), gerade eben genug Zeitvorsprung, um durch automatisch ausgelöste Schutzmaßnahmen wie Unterbrechung oder Reduktion des Sauerstoffzustroms, Schnellabschaltung des Kompressors, Öffnung eines Sicherheitsventils an der Hochdruckstufe des Kompressors, Einblasen von Inertgas in seinen Ansaugtrakt, oder Umstellung einer Klappe in seinem Ansaugtrakt von der Mischvorrichtung weg zur Luft hin, um nur einige der möglichen Schutzmaßnahmen zu nennen, eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil durch einen angeschlossenen Kompressor über die Gefahrengrenze hinaus wirksam zu verhindern.These activities bring together with the latency in the compressor (up to its high pressure stage, where the actual danger source sits), just enough time ahead, by automatically triggered precautions such as interruption or reduction of oxygen flow, rapid shutdown of the compressor, opening a safety valve at the high-pressure stage of the compressor, Injecting inert gas into its intake tract, or switching one Flap in its intake tract from the mixer to the air down to just a few of the possible ones precautions to name a compression of gas mixtures with too high oxygen content Effective beyond the danger limit by a connected compressor to prevent.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung betreffen eine besonders kompakte Formgebung der Mischstrecke, den Schutz des Sauerstoffsensors vor für ihn schädlichen Umgebungs- und Betriebsbedingungen und die Stabilisierung der Sauerstoffdosierung gegen Temperaturschwankungen aufgrund der unvermeidlichen Abkühlung der Sauerstoffarmaturen durch die Entspannung des Sauerstoffgases im Betrieb.further developments the gas mixing device according to the invention relate to a particularly compact shaping of the mixing section, the Protection of the oxygen sensor against harmful environmental and operating conditions and the stabilization of the oxygen dosage against temperature fluctuations due to the inevitable cooling off the oxygen fittings by the relaxation of the oxygen gas operational.

Schließlich wird ein Verfahren zum sicheren Betrieb der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung offenbart, dessen wesentliche Teile in einem Computerprogramm realisiert werden können, das von dem Mikrocontroller der automatischen Sicherheitsvorrichtung ausgeführt wird.Finally will a method for safe operation of the gas mixing device according to the invention discloses the essential parts realized in a computer program can be that from the microcontroller of the automatic safety device accomplished becomes.

Hierdurch gelingt es, eine verblüffend einfach aufgebaute Gasmischvorrichtung zu schaffen, die auf kleinstem Raum eine sehr gute homogene Gasdurchmischung der vom Kompressor angesaugten Luft mit dem injizierten Sauerstoffgas zur Herstellung von sogenannten Nitrox – Atemgas der Tauchtechnik und der Atemschutztechnik gewährleistet, und die aufgrund einer schnell wirksamen automatischen Sicherheitsvorrichtung weitestgehend gegen Störfälle und Fehlbedienungen abgesichert ist. Die Gasmischvorrichtung kann durch weitere Gasinjektoren, beispielsweise für Helium, und Anschluß entsprechender Gasanalysatoren auch für die Herstellung von anderen Atemgasen als Nitrox benutzt werden.This succeeds, an amazing one to provide a gas mixing device constructed in a specialized manner, which ensures a very good homogeneous gas mixing of the sucked air from the compressor with the injected oxygen gas for the production of so-called nitrox - breathing gas of diving technology and respiratory protection, and due to a fast-acting automatic safety device as far as possible against accidents and Faulty operation is secured. The gas mixing device can be used by other gas injectors, such as helium, and connection of appropriate gas analyzers for the production of other respiratory gases as nitrox.

Da der bisherige Stand der Technik offenbar davon ausgeht, daß die für den Dauerbetrieb im Ansaugtrakt eines Kompressors geeigneten und verfügbaren Sauerstoffsensoren grundsätzlich zu langsam sind, um als Teil einer Sicherheitsvorrichtung für eine Gasmischvorrichtung der eingangs beschriebenen Art rechtzeitig reagieren zu können, und damit die Kombination einer derartigen Gasmischvorrichtung mit einer Sicherheitsvorrichtung der oben dargestellten Art eine Neuheit darstellt, wird ein Schutzrecht für jede Art von Gasmischvorrichtungen begehrt, die zur Herstellung von Gasgemischen aus Luft und Sauerstoff oder anderen Atemgasen bestimmt ist, wobei das Gasgemisch erst in einem der Gasmischvorrichtung nachgeschalteten Kompressor auf einen zur Füllung von Tauchflaschen oder Atemschutzgeräten geeigneten hohen Druck gebracht wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine automatische Sicherheitsvorrichtung vorhanden ist, welche einen Sauerstoffsensor enthält, der das Gasgemisch an einer geeigneten Stelle überwacht, wobei eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil durch einen angeschlossenen Kompressor über die Gefahrengrenze hinaus dadurch verhindert wird, daß die automatische Sicherheitsvorrichtung selbsttätig Schutzmaßnahmen einleitet, sobald das aus dem Sauerstoffsensor stammende Signal Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus aufweist.There The prior art apparently assumes that for continuous operation In the intake of a compressor suitable and available oxygen sensors in principle too slow to be part of a safety device for a gas mixing device the type described above to respond in a timely manner, and Thus, the combination of such a gas mixing device with a Safety device of the type presented above represents a novelty, becomes a protective right for each Kind of gas mixing devices coveted that for the production of gas mixtures is determined from air and oxygen or other respiratory gases, the Gas mixture downstream in one of the gas mixing device Compressor on one for filling suitable for diving tanks or respirators suitable high pressure is brought, and which is characterized in that an automatic Safety device is present, which is an oxygen sensor contains which monitors the gas mixture at a suitable location, wherein a compression of gas mixtures with too high oxygen content through a connected Compressor over the Danger limit is further prevented by the fact that the automatic Safety device automatically precautions initiates as soon as the signal originating from the oxygen sensor Signs for an increase in the oxygen content of the gas mixture over a Safety limit addition.

Aufzählung der ZeichnungenAufzählung the drawings

1 zeigt das Grundprinzip der neuartigen Gasmischvorrichtung mit einem daran angeschossenen Kompressor, der das aus der Gasmischvorrichtung stammende Gasgemisch verdichtet und auf Tauchflaschen füllt. 1 shows the basic principle of the novel gas mixing device with an attached compressor, which compresses the originating from the gas mixing device gas mixture and filled on scuba tanks.

2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung einer turbulenten Mischstrecke für die neuartige Gasmischvorrichtung, bei der die Querschnittsflächen von der Einlaßseite der Mischstrecke zu ihrer Auslaßseite stufenweise abnehmen, und bei der mehrere Krümmer vorhanden sind, um der Mischstrecke eine vorteilhafte, da sehr kompakte schlangenförmige Gestalt zu geben. 2 shows a particularly advantageous embodiment of a turbulent mixing section for the novel gas mixing device, in which the cross-sectional areas gradually decrease from the inlet side of the mixing section to its outlet side, and in which a plurality of manifolds are present to give the mixing section an advantageous, as very compact serpentine shape.

3 zeigt einen Detailausschnitt aus einer weitergebildeten Ausführung der neuartigen Gasmischvorrichtung, bei der der Druckausgleich des Sauerstoffsensors nicht durch die Umgebungsluft, sondern durch ein aus der Gasmischstrecke entnommenes Gasgemisch erfolgt. 3 shows a detail of a further developed embodiment of the novel gas mixing device, in which the pressure compensation of the oxygen sensor is not carried out by the ambient air, but by a gas mixture taken from the gas mixing section.

Beschreibung der Erfindung anhand der Figurendescription the invention with reference to the figures

1 zeigt beispielhaft und schematisch das Grundprinzip der neuartigen Gasmischvorrichtung. Gemäß dem bekannten Stand der Technik weist die Gasmischvorrichtung einen Lufteinlass (3) auf, der mit der Atmosphäre verbunden ist, einen Gasinjektor (4) in der Nähe des Lufteinlasses, ein Dosierventil (5) zur Zuführung von Sauerstoffgas zu dem Gasinjektor (4), eine mit dem Lufteinlass verbundene turbulente Mischstrecke (6) zur Mischung atmosphärischer Luft mit dem aus dem Gasinjektor stammenden Sauerstoffgas, einem Ausgangsanschluß (7) am Ende der Mischstrecke, an dem ein Kompressor (8) angeschlossen werden kann, so dass der Ansaugvorgang eines an den Ausgangsanschluß angeschlossenen Kompressors einen Gasstrom (9) in der Gasmischvorrichtung hervorruft, der den Mischvorgang bewirkt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Sicherheitsvorrichtung (10) vorhanden ist, welche mittels eines Sauerstoffsensors (11) das Gasgemisch (13) an einer geeigneten Stelle überwacht, wobei eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil durch einen angeschlossenen Kompressor über die Gefahrengrenze hinaus dadurch verhindert wird, daß die automatische Sicherheitsvorrichtung die Sauerstoffzufuhr zum Gasinjektor reduziert oder unterbricht und / oder den Kompressor ausschaltet, und / oder weitere Schutzmaßnahmen einleitet, sobald das aus dem Sauerstoffsensor stammende Sensorsignal (14) Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus aufweist. 1 shows by way of example and schematically the basic principle of the novel gas mixing device. According to the known state of the art, the gas mixing device has an air inlet ( 3 ), which is connected to the atmosphere, a gas injector ( 4 ) near the air inlet, a metering valve ( 5 ) for supplying oxygen gas to the gas injector ( 4 ), a turbulent mixing section connected to the air inlet ( 6 ) for mixing atmospheric air with the gas from the injector oxygen gas, an output terminal ( 7 ) at the end of the mixing section where a compressor ( 8th ) can be connected so that the suction of a compressor connected to the output terminal a gas flow ( 9 ) causes in the gas mixing device, which causes the mixing process, and is characterized in that an automatic safety device ( 10 ), which by means of an oxygen sensor ( 11 ) the gas mixture ( 13 ) is monitored at a suitable location, wherein a compression of gas mixtures with too high an oxygen content by a connected compressor beyond the danger limit is further prevented by the fact that the automatic safety device reduces the oxygen supply to the gas injector or interrupts and / or the compressor off, and / or more Protective measures as soon as the sensor signal originating from the oxygen sensor ( 14 ) Indicates an increase in the oxygen content of the gas mixture beyond a safety margin.

Als Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus kann nicht nur der Momentanwert des Sensorsignals (14) herangezogen werden, sondern auch die Geschwindigkeit des Anstiegs des Sensorsignals. Auf diese Weise ist die automatische Sicherheitsvorrichtung trotz einer an sich zu langsamen Reaktion des Sauerstoffsensors und trotz der Latenzzeit durch die Mischstrecke in der Lage, zukünftige Ereignisse vorherzusehen und mit Schutzmaßnahmen zu reagieren, bevor das im Kompressor verdichtete Gasgemisch überhaupt einen kritischen Sauerstoffanteil erreicht hat. Dieser Kunstgriff ist entscheidend für eine rechtzeitige Reaktion der automatischen Sicherheitsvorrichtung. Im Versuch wurde festgestellt, daß alle praxisrelevanten Störfälle der Sauerstoffdosierung in der beschriebenen Gasmischvorrichtung durch die Auswertung der Geschwindigkeit des Anstiegs des Sensorsignals wesentlich früher erkannt werden können als durch den Momentanwert des Sensorsignals alleine.As an indication of an increase in the oxygen content of the gas mixture beyond a safety margin, not only the instantaneous value of the sensor signal ( 14 ), but also the speed of the rise of the sensor signal. In this way, despite an inherently slow reaction of the oxygen sensor and despite the latency through the mixing path, the automatic safety device is able to anticipate future events and react with protective measures before the compressed gas mixture in the compressor has even reached a critical oxygen content. This artifice is crucial for a timely response of the automatic security device. I was trying It has been found that all practically relevant malfunctions of the oxygen metering in the described gas mixing device can be detected much earlier by the evaluation of the speed of the rise of the sensor signal than by the instantaneous value of the sensor signal alone.

Bei praktischen Realisierungen der Erfindung wird eine derartige Auswertung des aus dem Sauerstoffsensor stammenden Signals bevorzugt von einem in einem Mikrocontroller ausgeführten Computerprogramm vorgenommen, da die Realisierung der Auswertung des Anstiegs des Sensorsignals mit rein analoger Schaltungstechnik auf fundamentale Schwierigkeiten stößt, zumal sich offset- und driftfreie Differenzierschaltungen mit den nötigen großen Zeitkonstanten wenn überhaupt nur mit hochwertigen und daher teuren Präzisionsbauteilen realisieren lassen, was zudem der Robustheit unter rauhen Umgebungsbedingungen abträglich ist. Der Mikrocontroller ist Bestandteil der Auswertungselektronik (12) der automatischen Sicherheitsvorrichtung. Die Auswertungselektronik enthält gewöhnlich. eine Anzeigeeinheit (25) für den Sauerstoffgehalt oder für Meldungen. Zweckmäßig ist auch ein Schalter (24), um den Mischvorgang manuell ein- und ausschalten zu können, und ein Alarmtongeber (26). Soll in einer Kompressorstation nur Nitrox gefüllt werden, dann kann. der Schalter (24) auch ein zusätzlicher Kontaktsatz des Relais für den Kompressormotor sein.In practical implementations of the invention, such an evaluation of the signal originating from the oxygen sensor is preferably carried out by a computer program executed in a microcontroller, since the realization of the evaluation of the rise of the sensor signal with purely analog circuit technology encounters fundamental difficulties, especially offset and drift-free differentiating circuits With the necessary large time constants, if at all, only high-quality and therefore expensive precision components can be realized, which is also detrimental to the robustness under harsh environmental conditions. The microcontroller is part of the evaluation electronics ( 12 ) of the automatic security device. The evaluation electronics usually contains. a display unit ( 25 ) for the oxygen content or for messages. It is also expedient to use a switch ( 24 ) to manually switch the mixing process on and off, and an alarm sounder ( 26 ). If in a compressor station only Nitrox be filled, then. the desk ( 24 ) also be an additional contact set of the relay for the compressor motor.

Vorzugsweise wirkt die automatische Sicherheitsvorrichtung auf die Sauerstoffzufuhr. Diese erfolgt gewöhnlich aus einem Sauerstoffvorratsspeicher (1) über daran angeschlossene Druckminderungs- und Druckanzeigearmaturen (2). Der Gasmischvorrichtung wird aus den Armaturen (2) Sauerstoff unter vermindertem Druck – etwa 2 bis 5 bar – zugeführt, wobei die Einstellung der pro Zeiteinheit der Mischstrecke zugeführten Sauerstoffmenge vorzugsweise über ein Dosierventil (5) erfolgt, das dem Gasinjektor (4) vorgeschaltet ist. Dieses Dosierventil ist zumeist aus Zuverlässigkeitsgründen ein manuell einstellbares Nadelventil, und nicht ein elektrisch aktiviertes Ventil. Aus demselben Grund ist auch die alleinige Benutzung der Armaturen (2) zur Einstellung des Sauerstoffzuflusses abzulehnen, obwohl dies eine Kostenersparnis wäre.Preferably, the automatic safety device acts on the oxygen supply. This usually takes place from an oxygen storage reservoir ( 1 ) via connected pressure reducing and pressure indicator fittings ( 2 ). The gas mixing device is removed from the valves ( 2 ) Oxygen under reduced pressure - about 2 to 5 bar - supplied, wherein the setting of the per unit time of the mixing section supplied oxygen preferably via a metering valve ( 5 ), which is the gas injector ( 4 ) is connected upstream. This metering valve is usually a manually adjustable needle valve for reasons of reliability, and not an electrically activated valve. For the same reason, the sole use of the fittings ( 2 ) to adjust the oxygen supply, although this would be a cost savings.

Um nun die Auswertungselektronik (12) der automatischen Sicherheitsvorrichtung in die Lage zu versetzen, die Sauerstoffzufuhr zu unterbrechen, muß diese über ein Aktorenmittel (15) verfügen, das sie über eine Steuerleitung (16) aktivieren kann, und das auf die Sauerstoffzufuhr einwirkt. Dieses Aktorenmittel kann beispielsweise, wie in der Figur dargestellt, ein elektrisches Magnetventil sein, das in der Sauerstoffzufuhrleitung dem Dosierventil (5) vorgeschaltet ist. Alternativ könnte das Aktorenmittel jedoch auch ein elektrisch stellbares Dosierventil sein. Allerdings müßte diesem dann aus Sicherheitsgründen wieder ein rein mechanisch wirkender Durchflußbegrenzer nachgeschaltet werden, so daß die Lösung mit dem Magnetventil und dem manuell einzustellenden Dosierventil bevorzugt wird.To now the evaluation electronics ( 12 ) of the automatic safety device to be able to interrupt the supply of oxygen, it must be provided via an actuator means ( 15 ), which they have via a control line ( 16 ) and that acts on the supply of oxygen. This actuator means, for example, as shown in the figure, be an electric solenoid valve in the oxygen supply line the metering valve ( 5 ) is connected upstream. Alternatively, however, the actuator means could also be an electrically adjustable metering valve. However, this would then be followed for safety reasons again a purely mechanically acting Durchflußbegrenzer, so that the solution with the solenoid valve and the manually adjusted metering valve is preferred.

Neben den bereits genannten Schutzmaßnahmen – Reduktion oder Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr oder Abschaltung des Kompressors – sind fallweise auch weitere Schutzmaßnahmen möglich, etwa Trennung der Ansaugleitung (20) des Kompressors von der Mischstrecke und Umschaltung zur Umgebungsluft mittels elektrisch ausgelöster Klappen, oder Einblasen größerer Mengen eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff, in die Ansaugleitung des Kompressors über ein elektrisch ausgelöstes Ventil. Das Aktorenmittel (15), über das die Auswertungselektronik (12) der automatischen Sicherheitsvorrichtung die Schutzmaßnahme einleitet, ist entsprechend anzupassen.In addition to the protective measures already mentioned - reduction or interruption of the oxygen supply or shutdown of the compressor - other protective measures are occasionally possible, such as separation of the intake line ( 20 ) of the compressor from the mixing section and switching to the ambient air by means of electrically triggered valves, or blowing larger amounts of an inert gas, such as nitrogen, in the suction line of the compressor via an electrically triggered valve. The actor agent ( 15 ), via which the evaluation electronics ( 12 ) the automatic safety device initiates the protective measure, must be adapted accordingly.

Um nachteilige Leitelemente im Gasstrom zu vermeiden, benutzt die erfindunggemäße Gasmischvorrichtung vorzugsweise ein turbulentes Mischverfahren, das; auf weitgehend abrupten Änderungen der Querschnittsfläche (18) der Mischstrecke (6) beruht. An diesen Stellen entsteht durch den Ansaugvorgang eines an die Gasmischvorrichtung angeschlossenen Kompressors eine weitgehend abrupte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms mit turbulenten Wirbeln (17), welche die Durchmischung der bei (3) angesaugten Luft mit dem bei (4) injizierten Sauerstoff bewirken. Der pulsierende Ansaugvorgang eines Kolbenkompressors oder Membranexzenterkompressors verstärkt den Mischeffekt. Insbesondere für den Betrieb mit Schraubenkompressoren ist es vorteilhaft, wenn die Mischstrecke mehrere Krümmer (19) enthält, da diese Kompressoren mit ihrer hohen Ansaugleistung in den Krümmern weitere der Mischung dienende Wirbel erzeugen, welche die abgeschwächte Mischwirkung aufgrund des fehlenden Pulsationsvorgangs wieder verstärken.In order to avoid disadvantageous guiding elements in the gas stream, the gas mixing device according to the invention preferably uses a turbulent mixing method which; on largely abrupt changes in the cross-sectional area ( 18 ) of the mixing section ( 6 ). At these points, due to the suction process of a compressor connected to the gas mixing device, a largely abrupt change in the flow velocity of the gas flow with turbulent vortices (FIG. 17 ), which the mixing of at ( 3 ) sucked air with the at ( 4 ) cause injected oxygen. The pulsating suction of a reciprocating compressor or diaphragm eccentric compressor enhances the mixing effect. In particular, for operation with screw compressors, it is advantageous if the mixing section a plurality of manifolds ( 19 ), since these compressors produce with their high intake capacity in the manifolds further mixing vortex, which reinforce the attenuated mixing effect due to the lack of Pulsationsvorgangs again.

Der Vollständigkeit halber ist in der Figur auch dargestellt, was mit dem aus dem Hochdruckausgang (21) des Kompressors (8) stammenden verdichteten Gasgemisch gewöhnlich geschieht. Dieses wird über eine Füllleiste (22) mit den zugehörigen Armaturen auf Tauchflaschen (23) gefüllt. Bei der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung ist hier vorteilhaft keine aufwendige Modifikation dieser in Tauchbasen gewöhnlich vorhandenen Hochdruckinstallationen nötig, es genügt, diese für den Betrieb mit Nitrox entsprechend zu reinigen.For the sake of completeness, it is also shown in the figure, what with the from the high-pressure outlet ( 21 ) of the compressor ( 8th ) is usually done compressed gas mixture. This is done via a fill bar ( 22 ) with the associated fittings on scuba tanks ( 23 ) filled. In the case of the gas mixing device according to the invention, advantageously no complicated modification of these high-pressure installations usually present in diving bases is necessary, it is sufficient to clean them accordingly for operation with nitrox.

Für die Gasmischvorrichtung wird eine turbulente Mischstrecke (6) mit besonders geringer Durchlaufzeit für das Gasgemisch bevorzugt, was die Verzögerung bis zum Wirksamwerden der von der automatischen Sicherheitsvorrichtung ausgelösten Schutzmaßnahmen reduziert. Diese Mischstrecke mit besonders geringer Durchlaufzeit ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere weitgehend abrupte Änderungen der Querschnittsfläche (18) aufweist, an denen eine weitgehend plötzliche Geschwindigkeitsänderung des Gasstroms (9) im Zusammenspiel mit dem pulsierenden Ansaugvorgang des Kompressors eine turbulente Durchmischung der angesaugten Luft mit dem injizierten Sauerstoff auf einer relativ kurzen Gesamtstecke bewirken kann.For the gas mixing device, a turbulent mixing section ( 6 ) with a particularly short lead time for the gas mixture, which is the delay until the effect of the auto mated safety device triggered protective measures. This mixing section with a particularly short throughput time is characterized in that it has several largely abrupt changes in the cross-sectional area (FIG. 18 ), at which a largely sudden change in velocity of the gas stream ( 9 ) in conjunction with the pulsating suction of the compressor can cause a turbulent mixing of the intake air with the injected oxygen over a relatively short total length.

Die kleinste Verzögerung ergibt sich, wenn die Querschnittsflächen vom Anfang der Mischstrecke bis zu deren Ende hin stufenweise immer weiter abnehmen, so daß der Gasstrom mit jeder Stufe eine höhere Flußgeschwindigkeit annimmt. Der Sauerstoffsensor (11) wird zweckmäßig am Ende der Mischstrecke oder in der Nähe des Endes der Mischstrecke platziert.The smallest delay results when the cross-sectional areas gradually decrease from the beginning of the mixing section to the end, so that the gas stream with each stage assumes a higher flow velocity. The oxygen sensor ( 11 ) is expediently placed at the end of the mixing section or near the end of the mixing section.

In einer weitergebildeten Ausführung kann eine derartige Mischstrecke auch mehrere Krümmer (19) aufweisen, was einerseits im Bereich hoher Gasdurchsätze (Schraubenkompressoren) die Durchmischung durch weitere, an den Krümmern entstehende Turbulenzen weiter verbessert, andererseits aber auch eine sehr kompakte Bauweise der Gasmischvorrichtung erlaubt, indem die Gasmischstrecke mittels der Krümmer in eine Schlangenform gebracht wird.In a further developed embodiment, such a mixing section can also be several manifolds ( 19 ), which on the one hand in the range of high gas flow rates (screw compressors) further improves the mixing by further turbulence arising at the manifolds, but on the other hand allows a very compact design of the gas mixing device by the gas mixing section is brought by means of the manifold in a snake shape.

Eine praxiserprobte Dimensionierung einer besonders vorteilhaften Mischstrecke für Kompressoransaugleistungen von 80 liter/min bis 1000 liter / min wird nun bezugnehmend auf die 2 näher beschrieben. Die Mischstrecke ist aus Rohrsegmenten mit Kreisquerschnitt (28) und einem T-Stück (29) aufgebaut, und wird durch 90 Grad – Krümmer (19) in eine Schlangenform gebracht. Der Lufteinlass (3) hat 50 mm Innendurchmesser. Es folgt ein erstes Rohrsegment mit 255 mm Länge. Der von der Sauerstoffzufuhrleitung (27) gespeiste Gasinjektor (4) hat seine Mündung 50 mm vom Lufteinlass entfernt im Zentrum des ersten Rohrsegmentes. Es folgt ein erster Krümmer (19) mit Radius 65 mm, bezogen auf die Mittellinie in seinem Zentrum, gefolgt von einem zweiten Rohrsegment (28) mit 35 mm Länge, eine erste weitgehend abrupte Reduktion der Querschnittsfläche (18) über eine Länge von 17 mm, indem sich der Innendurchmesser der Rohre von 50 mm auf 34 mm reduziert, gefolgt von einem dritten Rohrsegment (28) von 58 mm Länge, einem zweiten Krümmer (19) mit Radius 43 mm, einem vierten Rohrsegment (28) von 255 mm Länge, einem dritten Krümmer (19) mit Radius 43 mm, einem fünften Rohrsegment (28) von 55 mm Länge, einem vierten Krümmer (19) mit Radius 43 mm, einem sechsten Rohrsegment (28) von 26 mm Länge, eine zweite weitgehend abrupte Reduktion der Querschnittsfläche (18), indem sich der Innendurchmesser der Rohre von 34 mm auf 24 mm reduziert, gefolgt von einem siebten Rohrsegment (28) von 135 mm Länge, und einem 100 mm langen T-Stück (29) für den Anschluß des Sauerstoffsensors (11). Daran angeschlossen, aber für den Mischvorgang selbst nicht mehr unbedingt notwendig, ist ein fünfter Krümmer (19) mit Radius 35 mm und ein achtes Rohrsegment (28) mit 104 mm Länge, an dessen Ende sich der Ausgangsanschluß (7) der Gasmischvorrichtung befindet. Die beiden letztgenannten Komponenten erleichtern die Montage der Mischstrecke in einem Gehäuse, das 50 cm breit, 40 cm hoch und 8 cm tief ist, und in dem auch das Dosierventil für den Sauerstoff sowie die Komponenten der automatischen Sicherheitsvorrichtung Platz finden. Die gesamte Gasmischvorrichtung hat dann nur etwa die Größe einer Aktentasche, was derzeit für den genannten Einsatzbereich einen Weltrekord hinsichtlich der kleinstmöglichen Bauform darstellt.A field-tested dimensioning of a particularly advantageous mixing section for Kompressorsansaugleistungen of 80 liters / min to 1000 liter / min is now with reference to the 2 described in more detail. The mixing section is made of tubular segments with circular cross section ( 28 ) and a tee ( 29 ), and is powered by 90 degree manifolds ( 19 ) brought into a serpent form. The air intake ( 3 ) has 50 mm inner diameter. This is followed by a first pipe segment with a length of 255 mm. The of the oxygen supply line ( 27 ) fed gas injector ( 4 ) has its mouth 50 mm away from the air inlet in the center of the first tube segment. This is followed by a first manifold ( 19 ) with a radius of 65 mm, with respect to the center line in its center, followed by a second tube segment ( 28 ) with a length of 35 mm, a first largely abrupt reduction of the cross-sectional area ( 18 ) over a length of 17 mm by reducing the inner diameter of the tubes from 50 mm to 34 mm, followed by a third tube segment ( 28 ) of 58 mm length, a second manifold ( 19 ) with radius 43 mm, a fourth tube segment ( 28 ) of 255 mm length, a third manifold ( 19 ) with radius 43 mm, a fifth tube segment ( 28 ) of 55 mm length, a fourth manifold ( 19 ) with radius 43 mm, a sixth tube segment ( 28 ) of 26 mm length, a second largely abrupt reduction of the cross-sectional area ( 18 by reducing the inner diameter of the tubes from 34 mm to 24 mm, followed by a seventh tube segment ( 28 ) of 135 mm length, and a 100 mm long tee ( 29 ) for the connection of the oxygen sensor ( 11 ). Connected to this, but no longer absolutely necessary for the mixing process, is a fifth manifold ( 19 ) with a radius of 35 mm and an eighth pipe segment ( 28 ) 104 mm in length, at the end of the output terminal ( 7 ) of the gas mixing device is located. The latter two components facilitate assembly of the mixing section in a housing that is 50 cm wide, 40 cm high and 8 cm deep, and also accommodates the oxygen dosing valve and automatic safety device components. The entire gas mixing device then has only about the size of a briefcase, which currently represents a world record in terms of the smallest possible design for the stated application.

Die theoretische Analyse des Mischvorgangs ist aufgrund der zusätzlichen Wirkung des pulsierenden Ansaugvorgangs des Kompressors, welcher Resonanzen und zusätzliche Turbulenzen anfacht, äußerst schwierig. Die Wirksamkeit des Mischvorgangs in der besonders vorteilhaften Mischstrecke wurde im Versuch über einen sehr weiten Bereich von Gasdurchsätzen von 80 liter/min bis 1000 liter/min nachgewiesen.The theoretical analysis of the mixing process is due to the additional Effect of the pulsating suction of the compressor, which Resonances and additional Turbulence fills, extremely difficult. The effectiveness of the mixing process in the particularly advantageous Mixed range was over in the trial a very wide range of gas flow rates from 80 liters / min to 1000 liter / min detected.

Das Verfahren zum sicheren Betrieb der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung ist wie folgt:
Sicherstellen, daß Dosierventil (5) geschlossen und der Schalter (24) für den Mischvorgang auf „Aus" gestellt ist. Dann Kompressor (8) einschalten. An der Füllleiste (22) ein Ventil aufdrehen, an das keine Tauchflasche angeschlossen ist. Sauerstoffzufuhr zur Gasmischvorrichtung an den Armaturen (2) aufdrehen. Die Anzeige der Auswertungselektronik (12) beobachten – es erfolgt ein automatischer Selbsttest des Meßverstärkers und dann eine Selbstkalibration des Sauerstoffsensors auf 21% Sauerstoffanteil, der bekannt ist, da noch Luft angesaugt wird. Treten hierbei gravierende Abweichungen zum gespeicherten Selbstkalibrationswert früherer Füllvorgänge auf, besteht Grund zur Annahme, daß entweder der Sauerstoffsensor defekt geworden oder am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist, oder daß ein Ventil (5, 15) in der Sauerstoffzuleitung leckt oder nicht ganz geschlossen ist. In diesem Fall zeigt die Anzeige eine entsprechende Störungsmeldung und verweigert die Freigabe der Sauerstoffzufuhr. Gelingt die Selbstkalibration dagegen ohne derartige Verdachtsmomente, dann gibt die automatische Sicherheitsvorrichtung nach Aktivierung des Mischvorgangs durch manuelle Betätigung des Schalters (24) über ihr Aktorenmittel die Sauerstoffzufuhr frei. Nun das Dosierventil (5) unter ständiger Beobachtung des angezeigten Sauerstoffanteils ganz langsam aufdrehen, bis der Sollwert erreicht ist, beispielsweise 40%. Nach einer gewissen Wartezeit ist das Hochdrucksystem durchspült und es liegt dieses Gasgemisch an der Fülleiste an.
The method for safe operation of the gas mixing device according to the invention is as follows:
Make sure that the metering valve ( 5 ) and the switch ( 24 ) is set to "Off" for the mixing process. 8th ) turn on. At the filling bar ( 22 ) turn on a valve to which no dip tank is connected. Oxygen supply to the gas mixing device on the valves ( 2 ) turn up. The display of the evaluation electronics ( 12 ) - there is an automatic self-test of the measuring amplifier and then a self-calibration of the oxygen sensor to 21% oxygen content, which is known because still air is sucked. If there are serious deviations from the stored self-calibration value of earlier filling operations, there is reason to believe that either the oxygen sensor has become defective or has arrived at the end of its service life, or that a valve ( 5 . 15 ) in the oxygen supply line is leaking or not completely closed. In this case, the display shows a corresponding fault message and refuses to release the oxygen supply. On the other hand, if the self-calibration succeeds without such suspicion, the automatic safety device, after activation of the mixing process, will be activated by manual operation of the switch ( 24 ) Free the oxygen supply via its actor agent. Now the dosing valve ( 5 ) turn it up very slowly while observing the indicated oxygen content until the setpoint is reached, for example 40%. After a certain waiting time, the high-pressure system is flushed through and this gas mixture is applied to the filling line.

In der Folge kann eine beliebige Zahl von Tauchflaschen gefüllt werden. Die automatische Sicherheitsvorrichtung wertet dabei ständig das Sensorsignal aus. Sollte das aus dem Sauerstoffsensor (11) stammende Sensorsignal (14) Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus aufweisen, wird sie eine oder mehrere Schutzmaßnahmen einleiten, im Regelfall bedeutet dies die Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr über das Aktorenmittel (15) und die Abgabe eines Alarmtons (26). Dann muß die Sauerstoffzufuhr an (2) manuell zugedreht und der Kompressor abgeschaltet werden. Je nach Auslegung der Anlage kann auch die Abschaltung des Kompressors von der automatischen Sicherheitsvorrichtung selbst ausgelöst werden. Nach der Ergründung und Beseitigung der Störungsursache kann die Prozedur von Beginn an wiederholt werden.As a result, any number of diving bottles can be filled. The automatic safety device constantly evaluates the sensor signal. Should that come from the oxygen sensor ( 11 ) sensor signal ( 14 If there are signs of an increase in the oxygen content of the gas mixture beyond a safety margin, it will initiate one or more protective measures, as a rule this means interrupting the supply of oxygen via the actuator means ( 15 ) and the delivery of an alarm tone ( 26 ). Then the oxygen supply to ( 2 ) manually turned off and the compressor off. Depending on the design of the system and the shutdown of the compressor can be triggered by the automatic safety device itself. After the investigation and elimination of the cause of the fault, the procedure can be repeated from the beginning.

Bleibt eine Störung aus und sind alle Tauchflaschen gefüllt, dann an der Füllleiste (22) ein Ventil aufdrehen, an das keine Tauchflasche angeschlossen ist. Sauerstoffzufuhr an (2) schließen. Nach einer kurzen Wartezeit das Dosierventil (5) schließen. Schalter (24) in die „Aus" – Stellung bringen, wodurch die automatische Sicherheitsvorrichtung das Aktorenmittel (15) ebenfalls in eine Stellung bringt, in der die Sauerstoffzufuhr unterbrochen ist, im Falle eines Magnetventils wird dieses automatisch geschlossen. Nach einer gewissen Wartezeit, in welcher der Kompressor nur Luft ansaugt, ist das Hochdrucksystem bis zur Füllleiste wieder mit Luft durchspült worden. Dann den Kompressor abschalten. Da es auch beim vorschriftsmäßigen Betrieb der Gasmischvorrichtung nicht vermieden werden kann, daß Nitrox-Gas in die Atmosphäre abgegeben wird, vor allem bei den Spülvorgängen, muß auf absolute Sauberkeit in der Umgebung der Füllleiste sowie auf gute Durchlüftung geachtet werden. Wo dies nicht möglich ist, muß die Spülung über eine eigene Abluftleitung ins Freie erfolgen.If there is a fault and all tanks are filled, then at the filling bar ( 22 ) turn on a valve to which no dip tank is connected. Oxygen supply to ( 2 ) shut down. After a short wait, the dosing valve ( 5 ) shut down. Switch ( 24 ), whereby the automatic safety device releases the actuator means ( 15 ) also brings into a position in which the oxygen supply is interrupted, in the case of a solenoid valve, this is automatically closed. After a certain waiting time, in which the compressor only sucks in air, the high-pressure system has been flushed through to the filling line with air again. Then turn off the compressor. Since it can not be avoided even in the proper operation of the gas mixing device that nitrox gas is released into the atmosphere, especially in the rinsing, must be paid to absolute cleanliness in the vicinity of the filling and good ventilation. Where this is not possible, flushing must take place via a separate exhaust air duct into the open air.

Derjenige Teil des soeben offenbarten Verfahrens zum sicheren Betrieb der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung, der sich auf Aktivitäten der automatischen Sicherheitsvorrichtung bezieht, kann in den Mikrocontroller der Auswertungselektronik einprogrammiert werden. Wenn dieser Mikrocontroller über einen nichtflüchtigen Speicher. verfügt, dann ist es besonders vorteilhaft, in diesem Speicher vergangene Signalwerte des Sauerstoffsensors bei Betrieb mit abgeschaltetem Sauerstoffzustrom – also an Luft – abzulegen, die in der beschriebenen Selbstkalibrationsphase gewonnen werden. Der Vergleich dieser Signalwerte aus vergangenen Selbstkalibrationsphasen mit dem aktuellen Selbstkalibrationswert erlaubt eine Aussage über die Funktionstüchtigkeit des Sauerstoffsensors. Gewöhnlich sinkt sein Sensorsignal an Luft im Laufe seines Lebenszyklus allmählich ab. Am Ende seiner Lebensdauer beschleunigt sich diese Signalabschwächung. Auf diese Weise kann das Ende der Lebenszeit des Sensors zuverlässig erkannt werden. Sollte dagegen die Diffusionsmembrane an der gasempfindlichen Seite des Sensors zermürbt oder sogar eingerissen sein, dann steigt das Sensorsignal an Luft gewöhnlich deutlich gegenüber früheren Werten an, bevor der Sensor austrocknet und damit gar kein Signal mehr liefert. Alle diese Fehler können durch Vergleich mit gespeicherten früheren Selbstkalibrationswerten automatisch erkannt werden.The one Part of the just disclosed method for safe operation of the gas mixing device according to the invention, which focuses on activities of the automatic safety device may be in the microcontroller the evaluation electronics are programmed. If this microcontroller via a nonvolatile Storage. has, then It is particularly advantageous in this memory past signal values of the oxygen sensor when operating with switched off oxygen flow - so on Air - to lay down, which are obtained in the described self-calibration phase. The comparison of these signal values from past self-calibration phases with the current self-calibration value allows a statement about the Functioning of the Oxygen sensor. Usually Its sensor signal in air gradually decreases during its life cycle. At the end of its life, this signal attenuation accelerates. On this way, the end of the lifetime of the sensor can be reliably detected become. In contrast, should the diffusion membrane on the gas-sensitive Greased side of the sensor or even torn, then the sensor signal rises in air usually clearly opposite earlier Values before the sensor dries out and thus no signal at all delivers more. All these errors can be saved by comparison with earlier Self-calibration values are automatically detected.

Wird dem Meßverstärker für das Sensorsignal ein Multiplexer vorgeschaltet, der unter Steuerung durch den Mikrocontroller neben dem Sensorsignal auch Referenzsignale wie beispielsweise den Nullpunkt oder dem erwarteten Maximum des Sensorsignals auf den Meßverstärker geben kann, dann ist die automatischen Sicherheitsvorrichtung zudem in die Lage versetzt, den ganzen Meßkanal selbsttätig und auch im Betrieb auf korrekte Funktion zu testen.Becomes the measuring amplifier for the sensor signal a multiplexer upstream, under the control of the microcontroller In addition to the sensor signal and reference signals such as the zero point or the expected maximum of the sensor signal to the sense amplifier can, then the automatic safety device is also in the situation is offset, the entire measuring channel automatically and also to test for correct function during operation.

Auf diese Weise gelingt es, der automatischen Sicherheitsvorrichtung in einer weitergebildeten Ausführung der Erfindung eine Selbsttest- und Selbstkalibrationsfähigkeit zu geben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Selbstkalibration des Sauerstoffsensors an Luft erfolgt, dass der so gewonnene neue Selbstkalibrationswert mit mindestens einem früher gewonnenen Selbstkalibrationswert verglichen wird, um den Sensor auf normale Alterung und das Fehlen von verdächtigen Anomalien zu prüfen, und dass der neue Selbstkalibrationswert als Vergleichswert für spätere Selbstkalibrationsvorgänge in einem nichtflüchtigen Speicher (beispielweise EEPROM oder ein RAM mit Pufferbatterie) abgelegt wird, so dass er auch nach dem Abschalten der Gasmischvorrichtung und dem Wiedereinschalten nach längerer Zeit – Wochen oder Monate – wieder zur Verfügung steht.On this way, it succeeds the automatic security device in a further developed version the invention a self-test and Selbstkalibrationsfähigkeit to give, characterized in that a self-calibration of Oxygen sensor is carried out in air that the thus obtained new self-calibration value with at least one earlier obtained self-calibration value is compared to the sensor to check for normal aging and the absence of suspicious abnormalities, and that the new self-calibration value as comparison value for later self-calibration operations in a non-volatile Memory (for example EEPROM or a RAM with backup battery) is stored so that it also after switching off the gas mixing device and restarting after a longer time Time - weeks or months - again to disposal stands.

Der regelmäßige Selbsttest des Meßkanals ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Meßverstärker nicht nur das Sensorsignal, sondern auch feste. Vergleichssignale zugeführt werden, deren Ergebnis nach der Verstärkung und der Analog/Digitalwandlung in der automatischen Sicherheitsvorrichtung ebenfalls mit dort gespeicherten Sollwerten verglichen wird.Of the regular self-test of the measuring channel is characterized in that the measuring amplifier not only the sensor signal, but also solid. Comparison signals are supplied, the result after the reinforcement and the analog / digital conversion in the automatic security device as well is compared with setpoints stored there.

Bei hohen Sauerstofflieferleistungen kann es beim Betrieb der Gasmischvorrichtung vorkommen, daß sich Komponenten der Sauerstoffzufuhr mit der Zeit nach und nach stark abkühlen, bis hin zur äußeren Vereisung der betreffenden Komponenten. Insbesondere kühlen sich die Armaturen (2) des Sauerstoffvorratsspeichers (1) stark ab. Durch die sinkende Sauerstofftemperatur erhöht sich der Massefluß des Sauerstoffs durch das Dosierventil und bei gleichbleibender Ansaugleistung des Kompressors, was der Regelfall ist, erhöht sich der Sauerstoffanteil im Gasgemisch. Obwohl dieser Effekt in den meisten Fällen für praktische Zwecke vernachlässigbar gering ist, da der Massefluß bei überkritischem Druckverhältnis proportional zu 1/Wurzel(T) aus der absoluten Temperatur T des Sauerstoffs ist, kann er gelindert werden, indem der Sauerstoff vor dem Dosierventil durch einen Wärmetauscher geführt wird. Vorzugsweise erfolgt der Wärmetausch mit der Umgebungsluft. Es ist jede erdenkliche Realisierung eines derartigen Wärmetauschers brauchbar, die diesen Zweck erfüllt. Eine besonders kostengünstige Realisierung des Wärmetauschers ergibt sich, wenn eine Teilstrecke der Sauerstoffzufuhrleitung um die Außenwand der Mischstrecke gewendelt wird und mit dieser in gutem thermischen Kontakt steht.In the case of high oxygen supply capacities, it may happen during operation of the gas mixing device that components of the oxygen supply gradually cool down gradually over time, up to the outer icing of the relevant components. in the especially the fittings cool ( 2 ) of the oxygen storage reservoir ( 1 ) strongly. Due to the sinking oxygen temperature increases the mass flow of oxygen through the metering valve and at constant suction capacity of the compressor, which is the rule, the proportion of oxygen in the gas mixture increases. Although this effect is in most cases negligibly small for practical purposes, since the supercritical pressure ratio mass flow is proportional to 1 / root (T) of the absolute temperature T of the oxygen, it can be alleviated by passing the oxygen in front of the metering valve Heat exchanger is performed. Preferably, the heat exchange takes place with the ambient air. Any conceivable implementation of such a heat exchanger is suitable which fulfills this purpose. A particularly cost-effective implementation of the heat exchanger is obtained when a portion of the oxygen supply line is wound around the outer wall of the mixing section and is in good thermal contact with this.

Sollte bei besonders erschwerten Einsatzbedingungen die Maßnahme eines Wärmetauschers nicht genügen, um die Stabilität des Sauerstoffgehalts bei einem einmal auf Sollgehalt eingestelltem Dosierventil zu gewährleisten, dann kann die automatische Sicherheitsvorrichtung auch dazu benutzt werden, den Sauerstoffgehalt auf den Sollwert zu regeln, indem sie aufgrund der Meßdaten aus dem Sauerstoffsensor ein elektrisch betätigtes Ventil in der Sauerstoffzufuhrleitung entsprechend ansteuert.Should under particularly difficult conditions of use the measure of Heat exchanger not sufficient for stability the oxygen content at a once set to target content metering valve to ensure, then the automatic security device can also be used to to regulate the oxygen content to the target value by virtue of the measured data from the oxygen sensor an electrically operated valve in the oxygen supply line controls accordingly.

Wie in der 3 beispielhaft dargestellt ist, kann das zum Druckausgleich des Sensorinneren notwendige Gas aus der Mischstrecke entnommen werden, um einen optimalen Druckausgleich der Elektrolytkammer (30) des Sauerstoffsensors über die unterhalb seiner Leiterplatte (31) liegende Druckausgleichsmembrane (32) zu gewährleisten. Dadurch wird verhindert, daß der Ansaugvorgang des Kompressors – Unterdruck und Pulsationen – langfristig die empfindliche Diffusionsmembrane auf der gasempfindlichen Vorderseite des Sensors schädigt, wodurch die Lebensdauer der Sauerstoffsensoren in der Gasmischvorrichtung erheblich verbessert wird.Like in the 3 is shown by way of example, the necessary for the pressure balance of the sensor interior gas can be removed from the mixing section to an optimal pressure equalization of the electrolyte chamber ( 30 ) of the oxygen sensor via the below its printed circuit board ( 31 ) pressure compensating diaphragm ( 32 ) to ensure. This prevents that the suction of the compressor - negative pressure and pulsations - long term damaging the sensitive diffusion membrane on the gas-sensitive front of the sensor, whereby the life of the oxygen sensors in the gas mixing device is significantly improved.

Um Kondensation von Feuchte aus der Ansaugluft an den elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte (31) und elektrischen Steckverbindungen: (34) innerhalb des Sauerstoffsensors auszuschließen, kann das aus der Mischstrecke entnommene Gas durch ein Trocknung mittel (35) geleitet werden, bevor es in das Sensorinnere geführt wird.To condensation of moisture from the intake air to the electronic components on the circuit board ( 31 ) and electrical connectors: ( 34 ) within the oxygen sensor, the gas withdrawn from the mixing zone can be dried by drying ( 35 ) before being led into the interior of the sensor.

Wie bei [6] kann sich dabei der Sauerstoffsensor (11) in einer eigenen Kammer befinden, die ihn gegenüber der Umgebung abdichtet, wobei das Druckausgleichsgas aus der Mischstrecke dem Kammerinneren zugeführt wird.As in [6], the oxygen sensor ( 11 ) are in a separate chamber which seals it against the environment, wherein the pressure equalizing gas is supplied from the mixing section to the chamber interior.

Es kann nach [8] jedoch auch ein Verschlußkörper (37) benutzt werden, der die Rückseite des Sauerstoffsensors dicht verschließt, wobei das zum Druckausgleich benötigte Gas aus der Mischstecke (6) über einen Anschlußstutzen (39) entnommen und über eine Druckausgleichsleitung (40), beispielsweise ein Schläuchlein, in das Innere des Verschlußkörpers (37) geführt wird.However, according to [8], a closure body ( 37 ), which tightly seals the back of the oxygen sensor, whereby the gas required for pressure equalization from the mixing ( 6 ) via a connecting piece ( 39 ) and via a pressure equalization line ( 40 ), for example a hose, into the interior of the closure body ( 37 ) to be led.

Der Verschlußkörper kann zum Beispiel mit Spiralfedern (38) am Gehäuse der Mischstrecke lösbar befestigt sein und hält somit auch den Sauerstoffsensor sicher an seinem Platz.The closure body may, for example, with coil springs ( 38 ) be releasably secured to the housing of the mixing section and thus holds the oxygen sensor securely in place.

Falls aus klimatischen Gründen nötig – vor allem in den Tropen – kann eine Trockenpatrone (36) in die Druckausgleichsleitung zwischengeschaltet werden. Die Trockenpatrone enthält ein Trocknungsmittel, das bei Druckausgleichsvorgängen dem es durchströmende Gas den Wasserdampf entzieht, beispielsweise Silicagel.If necessary for climatic reasons - especially in the tropics - a dry cartridge ( 36 ) are interposed in the pressure equalization line. The drying cartridge contains a desiccant which removes the water vapor passing through it during pressure equalization operations, for example silica gel.

Die Menge des Trocknungsmittels kann so bemessen werden, daß seine Standzeit der Lebensdauer des Sauerstoffsensors entspricht, vor allem dann, wenn zwischen der Gasmischstrecke und dem Trocknungsmittel sich eine bidirektionale Ventilanordnung befindet, bei der sich die Ventile nur öffnen, wenn ein Druckunterschied ausgeglichen werden muß.The Amount of the drying agent can be measured so that its Service life of the oxygen sensor corresponds, before especially when between the gas mixing section and the desiccant There is a bidirectional valve assembly, in which the valves open only when a pressure difference must be compensated.

In einer derartigen Druckausgleichsvorrichtung für den Sauerstoffsensor kann das Trocknungsmittel vermieden werden, wenn die elektronischen und elektrischen Komponenten des Sauerstoffsensors gegen Kondensationsfeuchtigkeit durch Verguß mit einer dauerplastischen Vergussmasse geschützt sind. Dann weist der Sauerstoffsensor ihn kennzeichnende Vergußkanäle auf, die in seine Druckausgleichskammer führen [7]. Diese Vergußkanäle werden vorzugsweise als großzügige Ausfräsungen in der Leiterplatte (31) des Sauerstoffsensors realisiert.In such a pressure compensation device for the oxygen sensor, the drying agent can be avoided if the electronic and electrical components of the oxygen sensor are protected against condensation moisture by casting with a permanently plastic potting compound. Then, the oxygen sensor has it characteristic Vergusskanäle that lead into its pressure equalization chamber [7]. These potting channels are preferably used as generous cut-outs in the PCB ( 31 ) of the oxygen sensor realized.

Der Erfindung gelingt es auf eine verblüffend einfache Weise, eine sichere und stabil funktionierende Gasmischvorrichtung zu schaffen, die einem Kompressor vorgeschaltet werden kann, um in diesem das Gasgemisch zu verdichten. Die besonders vorteilhafte Ausführung der Mischstrecke in Form einer Rohrschlange mit abgestuft reduzierten Querschnittsflächen und mehreren Krümmungen erlaubt eine kostengünstige und sehr kompakte Realisierung. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur sicheren Herstellung von sauerstoffangereicherter Luft der Tauchtechnik, sogenanntem Nitrox, beim derzeitigem Stand der sauerstoffkompatiblen Schmiermitteltechnologie mit bis zu 40% Sauerstoffanteil. Sie eignet sich auch zur Durchmischung von Atemgasen mit anderen Komponenten wie etwa Helium. Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, ist die Erfindung deutlich kostengünstiger herzustellen, leichter zu reinigen, kompakter, was die Installation unter beengten Platzverhältnissen erleichert, besonders bei Tauchsafaribooten, die Gasmischung ist von nahezu optimaler Homogenität, die Einstellung des gewünschten Sauerstoffanteils ist einfacher und stabiler, und ein und dieselbe Auslegung eignet sich für verschieden große Gasdurchsätze, die über circa eine Größenordnung variieren können. Die automatische Sicherheitsvorrichtung erlaubt zudem die Bedienung durch angelernte Hilfskräfte ohne besondere Qualifikationen, was gerade bei exotischen Tauchreisezielen in fernen Ländern ein nicht zu unterschätzender weiterer Vorteil ist.The invention succeeds in a surprisingly simple way to provide a safe and stable functioning gas mixing device, which can be connected upstream of a compressor in order to compress the gas mixture in this. The particularly advantageous embodiment of the mixing section in the form of a coil with stepped reduced cross-sectional areas and a plurality of bends allows a cost-effective and very compact implementation. The invention is particularly suitable for the safe production of oxygen-enriched air immersion technology, so-called nitrox, the current state of oxygen-compatible lubricant technology with up to 40% oxygen content. It is also suitable for mixing breathing gases with other components such as helium. Compared to the prior art, the inventions It is much cheaper to produce, easier to clean, more compact, which facilitates installation in confined spaces, especially in dive safari boats, the gas mixture is of near-optimal homogeneity, the desired oxygen content is easier and more stable, and one and the same design is suitable for a variety of applications large gas flow rates that can vary over approximately one order of magnitude. The automatic safety device also allows operation by semi-skilled helpers without special qualifications, which is a not-to-be-underestimated advantage especially in exotic dive destinations in distant countries.

Literaturliterature

  • [1] Lubitzsch et al., US 4219038 Lubitzsch et al., US 4219038
  • [2] Delp, US 5611845 [2] Delp, US 5611845
  • [3] Wells, „Continous Nitrox mixer", US 4 860 803 [3] Wells, "Continuous Nitrox mixer", US 4,860,803
  • [4] Cowell, „Pre-Compression nitrox in-line blender", US 5 992 464 [4] Cowell, "Pre-compression nitrox in-line blender", US 5 992 464
  • [6] Engl, „Gassensorvorrichtung für Atemgeräte", Deutsche Patentanmeldung 10259988.2[6] Engl, "Gas sensor device for respiratory equipment ", German patent application 10259988.2
  • [7] Engl, „Vergiessbarer Gassensor und Vergussverfahren dafür", Deutsche Patentanmeldung 10328356.0[7] Engl, "Castable Gas sensor and casting method therefor ", German Patent Application 10328356.0
  • [8] Engl, „Druckausgleichsvorrichtung für Gassensoren", Deutsche Patentanmeldung 102004004265.9[8] Engl, "Pressure compensation device for gas sensors ", German patent application 102004004265.9
  • [9] Datenblatt für Sauerstoffsensor OOI-105, Firma Envitec-Wismar GmbH, Wismar, Deutschland[9] Datasheet for Oxygen sensor OOI-105, Envitec-Wismar GmbH, Wismar, Germany

11
SauerstoffvorratsspeicherOxygen storage reservoir
22
Armaturen von (1), insbesondere DruckmindererFittings of ( 1 ), in particular pressure reducer
33
Lufteinlass am Eingang der Gasmischvorrichtungair intake at the entrance of the gas mixing device
44
Gasinjektor für den Sauerstoffgas injector for the oxygen
55
Dosierventil für den Sauerstoffmetering valve for the oxygen
66
Mischstreckemixing section
77
Ausgangsanschluß der GasmischvorrichtungOutput connection of the gas mixing device
88th
Kompressorcompressor
99
Gasstromgas flow
1010
automatische Sicherheitsvorrichtungautomatic safety device
1111
Sauerstoffsensoroxygen sensor
1212
Auswertungselektronikevaluation electronics
1313
zu überwachendes Gasgemischto be monitored mixture of gases
1414
Sensorsignal bzw. Leitung für das Sensorsignalsensor signal or line for the sensor signal
1515
Aktorenmittel (beispielsweise elektrisches Magnetventil)actuators means (for example, electric solenoid valve)
1616
Steuerleitung zum Aktorenmittelcontrol line to the actuator means
1717
turbulenter Wirbelturbulent whirl
1818
Änderung der Querschnittsflächemodification the cross-sectional area
1919
Krümmerelbow
2020
Ansaugleitung des Kompressorssuction of the compressor
2121
Hochdruckausgang des KompressorsHigh pressure outlet of the compressor
2222
FüllleisteFilling panel
2323
Tauchflaschentanks
2424
Schalter zur Aktivierung des Mischvorgangsswitch to activate the mixing process
2525
Anzeigeeinheitdisplay unit
2626
Alarmtongebersounder
2727
Sauerstoffzuleitung zum Gasinjektoroxygen supply to the gas injector
2828
Rohrsegmente)Pipe segments)
2929
T-StückTee
3030
Elektrolytkammer des Sauerstoffsensorselectrolyte chamber of the oxygen sensor
3131
Leiterplatte des Sauerstoffsensorscircuit board of the oxygen sensor
3232
Druckausgleichsmembrane des SauerstoffsensorsPressure compensation diaphragm of the oxygen sensor
3333
Druckausgleichskammer des SauerstoffsensorsPressure equalization chamber of the oxygen sensor
3434
Steckverbinder des SauerstoffsensorsConnectors of the oxygen sensor
3535
Trocknungsmitteldesiccant
3636
Trockenpatronedrying cartridge
3737
Verschlusskörperclosure body
3838
Spiralfederspiral spring
3939
Anschlußstutzenconnecting branch
4040
DruckausgleichsleitungPressure equalizing line

Claims (19)

Gasmischvorrichtung für Kompressorstationen, mit – einem Lufteinlass (3), der mit der Atmosphäre verbunden ist, einem Gasinjektor (4) in der Nähe des Lufteinlasses, – einem Dosierventil (5) für Sauerstoff, mit dem der Gasinjektor gespeist wird, – einer mit dem Lufteinlass verbundenen Mischstrecke (6) zur Mischung der Luft mit dem aus dem Gasinjektor stammenden Sauerstoffgas, – einem Ausgangsanschluß (7) am Ende der Mischstrecke, zum Anschluß eines Kompressors (8), so – dass der Ansaugvorgang eines an den Ausgangsanschluß angeschlossenen Kompressors einen Gasstrom (9) in der Gasmischvorrichtung bewirkt, – dass die Mischstrecke so gestaltet ist, daß der Gasstrom turbulente Wirbel (17) aufweist, welche die Durchmischung bewirken, dadurch gekennzeichnet, – dass eine automatische Sicherheitsvorrichtung (10) vorhanden ist, welche mittels eines Sauerstoffsensors (11) das Gasgemisch (13) überwacht, wobei eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil durch den Kompressor über die Gefahrengrenze hinaus dadurch verhindert wird, daß die Sicherheitsvorrichtung selbsttätig Schutzmaßnahmen einleitet, sobald das aus dem Sauerstoffsensor stammende Signal (14) Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus aufweist, wobei die Schutzmaßnahmen eine oder mehrere der folgenden Aktionen sein können: – Reduktion des Sauerstoffzustroms zum Gasinjektor, oder – Abschaltung des Sauerstoffzustroms zum Gasinjektor, oder – Abschaltung des Kompressors, oder – Öffnung eines Sicherheitsventils an der Hochdruckstufe des Kompressors, oder – Einblasen von Inertgas in den Ansaugtrakt des Kompressors, oder – Umstellen einer Klappe im Ansaugtrakt des Kompressors, so daß dieser nur noch Luft ansaugen kann, oder – jede andere Schutzmaßnahme, die von einer automatischen Sicherheitsvorrichtung (10) über von ihr gesteuerte Aktorenmittel (15) selbsttätig ausgelöst werden kann und die dazu geeignet ist, eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil über die Gefahrengrenze hinaus zu verhindern. Als Aktorenmittel können eingesetzt werden: – ein elektrisch stellbares Dosierventil (5), – ein dem Dosierventil vorgeschaltetes oder nachgeschaltetes Magnetventil, – ein Relais zur Abschaltung des Kompressormotors, – ein steuerbares Sicherheitsventil an der Hochdruckstufe des Kompressors, um das darin befindliche Gas abzulassen, – eine steuerbare Klappe im Ansaugtrakt des Kompressors, – jedes andere von einer automatischen Sicherheitsvorrichtung steuerbare Aktorenmittel, das eine Verdichtung von Gasgemischen mit zu hohem Sauerstoffanteil über die Gefahrengrenze hinaus verhindern oder unterbrechen kann.Gas mixing device for compressor stations, with - an air inlet ( 3 ), which is connected to the atmosphere, a gas injector ( 4 ) near the air inlet, - a dosing valve ( 5 ) for oxygen supplied to the gas injector, - a mixing section connected to the air inlet ( 6 ) for mixing the air with the gas from the injector oxygen gas, - an output terminal ( 7 ) at the end of the mixing section, for connecting a compressor ( 8th ), that - the suction of a compressor connected to the output terminal a gas flow ( 9 ) in the gas mixing device, - that the mixing section is designed so that the gas flow turbulent vortex ( 17 ), which effect the mixing, characterized in that - an automatic safety device ( 10 ), which by means of an oxygen sensor ( 11 ) the gas mixture ( 13 ), whereby compression of gas mixtures with too high an oxygen content by the compressor beyond the danger limit is prevented by the safety device automatically initiating protective measures as soon as the signal originating from the oxygen sensor ( 14 ) Indicates an increase in the oxygen content of the gas mixture beyond a safety margin, wherein the protective measures may be one or more of the following: reduction of the oxygen flow to the gas injector, or shut down of the oxygen flow to the gas inlet - opening of a safety valve at the high pressure stage of the compressor, or - injecting inert gas into the intake duct of the compressor, or - switching a flap in the intake duct of the compressor so that it can only suck in air, or - any other protective measure required by an automatic security device ( 10 ) via actor means controlled by it ( 15 ) can be triggered automatically and which is capable of preventing a compression of gas mixtures with too high an oxygen content beyond the danger limit. As actuator means can be used: - an electrically adjustable metering valve ( 5 - a solenoid valve upstream or downstream of the metering valve, - a relay for switching off the compressor motor, - a controllable safety valve at the high pressure stage of the compressor to discharge the gas inside it, - a controllable flap in the intake tract of the compressor, - any other one automatic safety device controllable actuator means that can prevent or interrupt the compression of gas mixtures with too high an oxygen content beyond the danger limit. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts des Gasgemisches über eine Sicherheitsgrenze hinaus nicht nur der Momentanwert des Sensorsignals (14) herangezogen wird, sondern auch die Geschwindigkeit des Anstiegs des Sensorsignals.Gas mixing device according to claim 1, characterized in that as an indication of an increase in the oxygen content of the gas mixture beyond a safety margin not only the instantaneous value of the sensor signal ( 14 ), but also the speed of the rise of the sensor signal. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (6) mehrere weitgehend abrupte Änderungen der Querschnittsfläche (18) aufweist, an denen der Gasstrom (9) jeweils einer weitgehend plötzlichen Geschwindigkeitsänderung unterworfen ist, wodurch sich turbulente Wirbel (17) bilden, welche die Durchmischung der angesaugten Luft mit dem injizierten Sauerstoff bewirken.Gas mixing device according to claim 1 or 2, characterized in that the mixing section ( 6 ) several largely abrupt changes in the cross-sectional area ( 18 ), at which the gas stream ( 9 ) is in each case subjected to a largely sudden change in velocity, whereby turbulent vortices ( 17 ), which cause the mixing of the sucked air with the injected oxygen. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (6) mehrere weitgehend abrupte Änderungen der Querschnittsfläche (18) aufweist, wobei die Querschnittsflächen vom Anfang der Mischstrecke am Lufteinlaß (3) bis zu ihrem Ausgangsanschluß (7) stufenweise abnehmen, so daß der Gasstrom (9) mit jeder Stufe eine höhere Flußgeschwindigkeit annimmt.Gas mixing device according to claim 3, characterized in that the mixing section ( 6 ) several largely abrupt changes in the cross-sectional area ( 18 ), wherein the cross-sectional areas from the beginning of the mixing section at the air inlet ( 3 ) to its output terminal ( 7 ) gradually decrease, so that the gas flow ( 9 ) assumes a higher flow velocity with each stage. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (6) mehrere Krümmer (19) aufweist.Gas mixing device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the mixing section ( 6 ) several manifolds ( 19 ) having. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (6) in einer besonders kompakten Schlangenform gestaltet ist, sich ergebend aus der Hintereinanderschaltung eines ersten Rohrsegmentes (28), das den Lufteinlaß (3) und den Gasinjektor (4) enthält, einem ersten Krümmer (19), einem zweiten Rohrsegment, einer ersten weitgehend abrupten Reduktion der Querschnittsfläche (18), einem dritten Rohrsegment, einem zweiten Krümmer, einem vierten Rohrsegment, einem dritten Krümmer; einem fünften Rohrsegment, einem viertem Krümmer, einem sechsten Rohrsegment, eine zweite weitgehend abrupte Reduktion der Querschnittsfläche (18), einem siebten Rohrsegment, und einem T-Stück (29) für den Anschluß des Sauerstoffsensors (11).Gas mixing device according to claim 5, characterized in that the mixing section ( 6 ) is designed in a particularly compact snake shape, resulting from the series connection of a first pipe segment ( 28 ), which controls the air intake ( 3 ) and the gas injector ( 4 ), a first manifold ( 19 ), a second tube segment, a first largely abrupt reduction of the cross-sectional area ( 18 ), a third pipe segment, a second manifold, a fourth pipe segment, a third manifold; a fifth pipe segment, a fourth manifold, a sixth pipe segment, a second largely abrupt reduction of the cross-sectional area (FIG. 18 ), a seventh pipe segment, and a tee ( 29 ) for the connection of the oxygen sensor ( 11 ). Verfahren zum Betrieb der Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass Anfangs die Sauerstoffzufuhr noch geschlossen ist, so – dass der Kompressor (8) über den Lufteinlass (3) der Mischstrecke (6) noch Luft ansaugt, – dass dabei die automatische Sicherheitsvorrichtung eine Selbstkalibration des Sauerstoffsensors auf den bekannten Sauerstoffgehalt der atmospärischen Luft – 21% – durchführt, – dass die automatische Sicherheitsvorrichtung nach erfolgreicher Selbstkalibration die Sauerstoffzufuhr freigibt, wodurch der Mischvorgang beginnen kann, – dass die automatische Sicherheitsvorrichtung während des Mischvorgangs das Gasgemisch auf Anzeichen für einen Anstieg des Sauerstoffgehalts über eine Sicherheitsgrenze hinaus überwacht, und die Sauerstoffzufuhr unterbricht oder reduziert oder andere geeignete Schutzmaßnahmen einleitet, sobald sie eine Gefahr erkennt.Method for operating the gas mixing device according to claim 1 to 6, characterized in that - the beginning of the oxygen supply is still closed, so - that the compressor ( 8th ) via the air inlet ( 3 ) of the mixing section ( 6 ), that the automatic safety device carries out a self-calibration of the oxygen sensor to the known oxygen content of the atmospheric air - 21%, - that the automatic safety device releases the oxygen supply after successful self-calibration, whereby the mixing process can begin; Safety device during the mixing process monitors the gas mixture for signs of an increase in oxygen content beyond a safety limit, and interrupts or reduces the oxygen supply or initiates other suitable protective measures as soon as it detects a hazard. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der bei der Selbstkalibration an Luft gewonnene neue Selbstkalibrationswert mit mindestens einem früher gewonnenen Selbstkalibrationswert verglichen wird, um den Sensor auf normale Alterung und das Fehlen von verdächtigen Anomalien zu prüfen, wobei – der Erfolg der Selbstkalibration nur dann angenommen wird, wenn normale Alterung und keine verdächtige Anomalie vorliegt, und – dass andernfalls, bei unnormal erscheinender Alterung oder Vorliegen von Anomalien, das Verfahren mit einer Fehlermeldung abgebrochen wird, wobei – auf eine unnormal erscheinene Alterung oder das Vorliegen von Anomalien des Sensors insbesondere dann erkannt wird, wenn der neue Selbstkalibrationswert gegenüber dem Vergleichswert wesentlich geringer ist oder wesentlich höher ist, – dass bei erfolgreicher Selbstkalibration der neue Selbstkalibrationswert als Vergleichswert für spätere Selbstkalibrationsschritte in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird, so – dass er auch nach dem Abschalten der Gasmischvorrichtung und dem Wiedereinschalten nach längerer Zeit wieder als Vergleichswert zur Verfügung steht.A method as claimed in claim 7, characterized in that the new self-calibration value obtained in air self-calibration is compared with at least one previously obtained self-calibration value to test the sensor for normal aging and the absence of suspected anomalies, the success of self-calibration only then, assuming normal aging and suspected anomaly, and - otherwise, in the event of abnormal aging or presence of anomalies, the procedure is terminated with an error message indicating, in particular, an abnormal aging or the presence of sensor abnormalities is then recognized when the new self-calibration value compared to the comparison value substantially ge ringer is or is significantly higher, - that is successfully stored self-calibration of the new self-calibration value as a comparison value for later self-calibration steps in a non-volatile memory, so that it is also after switching off the gas mixing device and the reconnection after a long time available again as a comparison value. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die automatische Sicherheitsvorrichtung über Mittel verfügt, um dem Meßverstärker für das Sensorsignal nicht nur das Sensorsignal selbst, sondern wahlweise auch weitere feste Vergleichssignale zuführen zu können, deren Ergebnis nach der Verstärkung und gegebenenfalls einer Analog / Digitalwandlung in der automatischen Sicherheitsvorrichtung mit dort gespeicherten Sollwerten verglichen wird, – dass dieser Vergleich zu einem regelmäßigen Selbsttest des Meßkanals benutzt wird, – dass eine Fehlermeldung und die Herstellung eines sicheren Zustandes erfolgt, beispielsweise eine Abschaltung der Sauerstoffzufuhr, sobald eine Abweichung von den Sollwerten erkannt wird.Method according to one of claims 7 or 8, characterized - that the automatic security device has means to the Measuring amplifier for the sensor signal not only the sensor signal itself, but optionally also others supply fixed comparison signals to be able to their result after reinforcement and optionally an analog / digital conversion in the automatic Security device compared with setpoints stored there becomes, - that this comparison to a regular self-test of the measuring channel is used - that an error message and the creation of a safe state takes place, for example, a shutdown of the oxygen supply, as soon as a deviation from the setpoints is detected. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher vorhanden ist, der einen Wärmetausch des dem Dosierventil (5) zugeführten Sauerstoffgases mit der Umgebungsluft bewirkt.Gas mixing device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that a heat exchanger is present, which is a heat exchange of the metering valve ( 5 ) causes the supplied oxygen gas with the ambient air. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher eine Leitung ist, die um die Außenwand der Mischstrecke gewendelt ist.Gas mixing device according to claim 10, characterized in that that the heat exchanger a Lead is around the outside wall the mixing section is coiled. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 sowie 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Sicherheitsvorrichtung dazu benutzt wird, den Sauerstoffanteil des Gasgemisches auf einen Sollwert zu regeln, indem sie das aus dem Sauerstoffsensor stammende Signal auswertet und ein steuerbares Ventil in der Sauerstoffzufuhrleitung entsprechend einem Regelgesetz nachstellt.Gas mixing device according to one or more of claims 1 to 6 and 10 to 11, characterized in that the automatic Safety device is used to reduce the oxygen content of the To regulate the gas mixture to a desired value, by doing that from the Oxygen sensor derived signal evaluates and a controllable Valve in the oxygen supply line according to a control law stalking. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 sowie 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Druckausgleich des Sauerstoffsensors (11) notwendige Gas der Mischstrecke (6) entnommen und dem Inneren des Sauerstoffsensors so zugeführt wird, dass an dessen Druckausgleichsmembrane (32) im wesentlichen derselbe Druck herrscht wie an der mit dem Gasstrom (9) in der Mischstrecke (6) verbundenen sauerstoffempfindlichen Vorderseite des Sauerstoffsensors.Gas mixing device according to one or more of claims 1 to 6 and 10 to 12, characterized in that the pressure equalization of the oxygen sensor ( 11 ) necessary gas of the mixing section ( 6 ) and is supplied to the interior of the oxygen sensor so that at its pressure compensation membrane ( 32 ) is substantially the same pressure as at the gas flow ( 9 ) in the mixing section ( 6 ) oxygen sensitive front side of the oxygen sensor. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Druckausgleich des Sauerstoffsensors aus der Mischstrecke entnommene Gas durch ein Trocknungsmittel (35) geleitet wird, das dem Gas den Wasserdampf weitgehend entzieht, bevor es in das Innere (33) des Sauerstoffsensors gelangt.Gas mixing device according to claim 13, characterized in that the pressure equalization of the oxygen sensor from the mixing section removed gas by a desiccant ( 35 ), which largely extracts the water vapor from the gas before it enters the interior ( 33 ) of the oxygen sensor. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, – dass sich der Sauerstoffsensor in einer eigenen Kammer befindet, die ihn gegenüber der Umgebungsluft abdichtet, und – dass das der Mischstrecke entnommene Gas zum Druckausgleich dem Kammerinneren zugeführt wird.Gas mixing device according to claim 13 or 14, characterized in - that the oxygen sensor is located in a separate chamber, the opposite him the ambient air seals, and - that of the mixing section removed gas is supplied to the chamber interior for pressure equalization. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, – dass die zu seiner Druckausgleichsmembrane (32) führende Öffnung des Sauerstoffsensors (11) mit einem Verschlußkörper (37) dicht verschlossen ist, – dass das der Mischstrecke entnommene Gas zum Druckausgleich dem Inneren des Verschlußkörpers zugeführt wird.Gas mixing device according to claim 13 or 14, characterized in that - to its pressure compensating diaphragm ( 32 ) leading opening of the oxygen sensor ( 11 ) with a closure body ( 37 ) is tightly closed, - that the gas taken from the mixing section for pressure equalization is supplied to the interior of the closure body. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Trocknungsmittel (35) in einer Trockenpatrone (36) befindet.Gas mixing device according to one or more of claims 14 to 16, characterized in that the drying agent ( 35 ) in a drying cartridge ( 36 ) is located. Gasmischvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trocknungsmittel auf der Zufuhrseite von der Mischstrecke her eine bidirektionale Ventilvorrichtung vorgeschaltet ist, die einen Druckausgleichsvorgang in beide möglichen Flußrichtungen zuläßt, indem sich bei Vorliegen eines auszugleichenden Druckunterschieds zwischen der Mischstrecke und dem Inneren des Sauerstoffsensors ein Ventil der bidirektionalen Ventilvorrichtung öffnet, und dass die Ventile beim Fehlen eines auszugleichenden Druckunterschieds geschlossen sind.Gas mixing device according to one or more of claims 14 to 17, characterized in that the drying agent the supply side of the mixing section forth a bidirectional valve device upstream, which is a pressure equalization process in both possible flow directions admits by in the presence of a pressure difference to be compensated between the mixing section and the interior of the oxygen sensor, a valve the bidirectional valve device opens, and that the valves closed in the absence of a pressure difference to be compensated are. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die elektronischen und elektrischen Komponenten des Sauerstoffsensors mit einer dauerplastischen Vergussmasse gegen Kondensationsfeuchtigkeit geschützt sind, – dass die Leiterplatte des Sauerstoffsensors Öffnungen aufweist, die groß genug sind, damit die dauerplastische Vergussmasse in die Druckausgleichkammer (33) des Sauerstoffsensors ungehindert einfliessen kann, – dass das zum Druckausgleich des Sauerstoffsensors aus der Mischstrecke entnommene Gas auf die dauerplastische Vergussmasse wirkt, welche den Gasdruck weitgehend unverfäscht auf die Druckausgleichsmembrane (32) des Sauerstoffsensors weitergibt.Gas mixing device according to claim 13, characterized in that - the electronic and electrical components of the oxygen sensor are protected with a permanently plastic potting compound against condensation moisture, - that the circuit board of the oxygen sensor has openings which are large enough so that the permanently plastic potting compound in the pressure compensation chamber ( 33 ) of the oxygen sensor can flow in unimpeded manner, that the gas taken from the mixing section to equalize the pressure of the oxygen sensor acts on the permanently plastic encapsulant, which largely unaffected the gas pressure to the pressure compensating diaphragm ( 32 ) of the oxygen sensor gives.
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