DE19716749B4

DE19716749B4 - Schwimmtauchgerät

Info

Publication number: DE19716749B4
Application number: DE19716749A
Authority: DE
Inventors: Gueorgui Todorov
Original assignee: Gueorgui Todorov
Current assignee: TODOROV, GUEORGUI, 22159 HAMBURG, DE
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: CN1935595A; DE19716749A1

Abstract

Auf dem Rücken tragbares, zum autonomen Atemgasgemischbereitstellen, -aufbereiten und -versorgen eines Tauchers vorgesehenes Mischgas-Schwimmtauchgerät mit zwei Mischgasbehältern (15, 29), aus denen eine bestimmte Menge eines Atemgasgemisches aus Sauerstoff und Inertgas, beispielsweise Helium, entnehmbar und einem Gaskreislaufsystem zuführbar ist, aufweisend
– einen Einatembeutel (37),
– einen Taucherhelm (6),
– einen Ausatembeutel (11) und
– mindestens einen Kohlendioxid-Absorptionsfilter (16, 17) zum Reinigen des aus dem Atemgasbeutel (11) strömenden Atemgasgemisches von Kohlendioxid (CO₂), wobei dem Gaskreislaufsystem am Anfang des Tauchganges Atemgas gemäß dem Prinzip der Überdosierung und dann auf Basis einer Konstantdosierung zugeführt wird,
gekennzeichnet durch
– eine Niederdruckmembranpumpe (13) zum Beschleunigen des Atemgasgemisches im Gaskreislaufsystem,
– einen Verdichter (23) zum Verdichten des abgelassenen, überschüssigen Atemgasgemisches aus dem Gaskreislaufsystem, mit welchem verdichteten Atemgasgemisch der eine (15 oder 29) der beiden Mischgasbehälter (15, 29) befüllbar ist unter gleichzeitigem Entleeren des gefüllten anderen (29 oder 15) der beiden Mischgasbehälter (15, 29) in das Gaskreislaufsystem, und – ein zwischen den beiden Mischgasbehältern (15, 29) angeordnetes Drei-Wege-Ventil (31), durch welches der Verdichter (23) von dem zuvor jeweils befüllten Mischgasbehälter (15 oder 29) auf den zuvor jeweils entleerten Mischgasbehälter (29 oder 15) umschaltbar ist, so daß nun der zuvor jeweils entleerte Mischgasbehälter (29 oder 15) mit verdichtetem Atemgasgemisch befüllbar ist und der zuvor jeweils befüllte Mischgasbehälter (15 oder 29) in das Gaskreislaufsystem entleerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein auf dem Rücken tragbares, zum autonomen Atemgasgemischbereitstellen, -aufbereiten und -versorgen eines Tauchers vorgesehenes Mischgas-Schwimmtauchgerät mit zwei Mischgasbehältern, aus denen eine bestimmte Menge eines Atemgasgemisches aus Sauerstoff und Inertgas, beispielsweise Helium, entnehmbar und einem Gaskreislaufsystem zuführbar ist, aufweisend

– einen Einatembeutel,
– einen Taucherhelm,
– einen Ausatembeutel und
– mindestens einen Kohlendioxid-Absorptionsfilter
– zum Reinigen des aus dem Ausatembeutel strömenden Atemgasgemisches von Kohlendioxid (CO₂), wobei dem Gaskreislaufsystem am Anfang des Tauchganges Atemgas gemäß dem Prinzip der Überdosierung und dann auf Basis einer Konstantdosierung zugeführt wird.

Ein Schwimmtauchgerät der vorgenannten Art ist bekannt (vgl. DE-Buch Gerhard Haux, "Tauchtechnik", Band I, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1969, Seiten 106 bis 115). Dieses Schwimmtauchgerät weist einen Einatembeutel, ein Mundstück bzw. eine Tauchermaske, einen Ausatembeutel und einen Kohlendioxid-Absorptionsfilter auf. Das Gasgemisch aus Inertgas (Helium) und Sauerstoff wird aus zwei Hochdruckgasbehältern entnommen und dem Kreislauf zugeführt, und zwar am Anfang auf dem Prinzip der Überdosierung, dann auch auf Basis von Konstantdosierung; im Kohlendioxid-Absorptionsfilter wird das ausgeatmete Gas von Kohlendioxid gereinigt.

Generell ist in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen, daß bei bekannten Tauchgeräten mit offenem oder halb geschlossenem Gaskreislaufsystem der Gasverbrauch in Tiefen von mehr als fünfzig bis hundert Metern enorm ansteigt. Ein völliges Ausschalten eines Atemgasverlustes wird nur durch ein geschlossenes Gaskreislaufsystem erreicht; jedoch ist in Tiefen von mehr als fünfzig bis hundert Metern der Einsatz der bislang international bekannten selbstmischenden Tauchgeräte mit geschlossenem Gaskreislaufsystem (= CCR = closed-circuit rebreather) aus sicherheitstechnischen Gründen so gut wie nicht möglich.

Hierfür sind drei wichtige Nachteile zu nennen: Zum einen gibt es keine absolute Verläßlichkeit in bezug auf die Sicherheit der atemgasmischenden Elektronik, die den genauen Sauerstoff-Partialdruck im zum Einsatz gelangenden Helium-Sauerstoff-Gemisch regelt; der Taucher pumpt das Atemgas mit seiner eigenen Lunge durch das Tauchgerät, um das ausgeatmete Kohlendioxid aus dem Gerätekreislauf zu beseitigen (in einer Wassertiefe von 300 Metern beträgt der Druck 3,1·10⁶ Pascal). Des weiteren entfällt im geschlossenen System – im Gegensatz zum offenen Kreislauf – der ständige Gasstrom, der die Vielzahl von Verunreinigungen fortwäscht; der zulässige Spielraum für den Kohlendioxid- und Sauerstoffgehalt wird in grösseren Tiefen immer kleiner, und es wächst die Gefahr einer Kohlendioxid- bzw.

Sauerstoffvergiftung. Ein weiterer Nachteil besteht schließlich darin, daß in Wassertiefen von 200 Metern bis 500 Metern die Einsatzdauer aufgrund Gasmangels auf fünfzehn Minuten bis zwanzig Minuten eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwimmtauchgerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Atemgasrückgewinnung bei einfacher Handhabung für den Taucher mit einem Maximum sowohl an Funktionssicherheit als auch an Ausbeute und Effektivität gewährleistet ist, wobei eine zuverlässige Versorgung des Tauchers in kleinen wie auch größeren Tiefen garantiert und die Atemgasrückgewinnung auf einer selbstständigen und transportablen Lösung basiert.

Diese Aufgabe wird durch ein Schwimmtauchgerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Lehre der Erfindung wird mithin ein Gaskreislaufsystem mit einem neuen ergänzt, wobei gewissermaßen eine Art nachfolgend zu erläuterndes "Druck-Pendel-Speicher-System" entsteht. Hierbei zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß das Schwimmtauchgerät – ähnlich wie konventionelle Tauchgeräte mit halb geschlossenem Kreislauf – mit einer Überdosierung der Atemgasergänzung funktioniert und über Einatembeutel sowie Ausatembeutel verfügt, wobei am Ausatembeutel ein Überdruckventil installiert ist. Anstatt jedoch einen Teil des vom Taucher abgelassenen Atemgases über dieses Überdruckventil infolge der vorgenannten Überdosierung in gewissen Abständen ins umgebende Wasser entweichen zu lassen, wird dieser Teil des Atemgases von einem Verdichter abgesaugt, gereinigt und in einem zweiten Mischgasbehälter unter Hochdruck gespeichert, dann wieder verwendet.

Auf diese Art und Weise entsteht ein völlig geschlossener Kreislauf, bei dem die Ausnutzung des teuren Inertgas(Helium)-Sauerstoft-Gasgemisches hundertprozentig und somit verlustlos ist; die Gasversorgung kann bei diesem System grundsätzlich durch fertiges Gasgemisch auf Konstantdosierungsbasis erfolgen, also mechanisch und nicht elektronisch; die potentiell benutzte Elektronik spielt nur eine untergeordnete Rolle, was die Sicherheit beim Tauchen enorm steigert. Die Anreicherung des Atemgasgemisches mit Sauerstoff gemäß dem zulässigen Sauerstoff-Partialdruck kann auch auf Konstantdosierungsbasis erfolgen, und eine selbstmischende Automatik wird nur eine untergeordnete Rolle spielen.

Da der Verdichter von ein oder zwei Gleichstrom-Elektromotoren mit einer Gesamtleistung von zwei Kilowatt bis drei Kilowatt bei 12/24 Volt betrieben wird, welche Elektromotoren ihrerseits von einer oder mehreren Batterien mit Stromkapazitäten zwischen hundert Amperestunden und 600 oder mehr Amperestunden versorgt werden, wird die Tauchzeit des Tauchers nicht mehr von der mitgeführten Menge an Atemgas abhängig sein, sondern von der vorhandenen Stromkapazität. Auf diese Weise ergeben sich Tauchzeiten von einigen Stunden in Tiefen von 700 Metern bis 800 Metern und von 24 oder mehr Stunden in kleineren Tiefen unter der Voraussetzung, daß die Kohlendioxid-Filter regelmäßig ersetzt werden.

Der Taucher kann immer zusätzlich durch Kabel mit Strom von der Oberfläche, von einem Unterwasserfahrzeug oder von einer Unterwasserstation versorgt werden, was viel günstiger als eine Schlauchversorgung ist. Der Unterschied besteht darin, daß der Taucher diese Verbindung zu jeder Zeit abschalten sowie später anschalten kann und daß die Kabelversorgung viel leichter und kompakter sowie zugleich auch sicherer als Schlauchversorgung ist.

Bei der Erfindung entstehen viele andere Vorteile: Der Verdichter und die Elektromotoren werden ölgekühlt, die dabei entstehende Wärme wird mittels eines Wärmetauschers für eine Heißwasserherstellung benutzt; damit werden der Taucher, das Atemgas und das Schwimmtauchgerät warm gehalten, was beim Tieftauchen enorm wichtig ist.

Mittels einer zusätzlichen Ausrüstung von ein oder zwei Elektroantriebsmotoren mit einer Gesamtleistung von 0,3 Kilowatt bis 0,5 Kilowatt bei 12/24 Volt wird eine schnelle Fortbewegung des Tauchers mit einer Geschwindigkeit von vier Knoten bis sechs Knoten und mit einer Reichweite von dreißig Kilometern bis 200 Kilometern ermöglicht, je nach mitgeführter Batteriestromkapazität; des weiteren besteht die Möglichkeit einer ständigen Benutzung von Licht-, Photo-, TV-, Video-, Navigations-, Sprech-, Tauchcomputer-, Deko-Stop-Computer- und anderen Ausrüstungsanlagen, kurz gesagt von allen bis jetzt bekannten Typen von elektrischen und hydraulisch-mechanischen Instrumenten und Werkzeugen.

Nicht zuletzt besteht die Möglichkeit, das Schwimmtauchgerät gemäß der vorliegenden Erfindung zu jeder Zeit auf das Prinzip sämtlicher bis jetzt bekannter Typen von Tauchgeräten umzuschalten: als offenes System, als halb geschlossenes System, als geschlossenes System mit Mischgaskreislauf, sogar als geschlossenes System mit reinem Sauerstoffkreislauf, wobei bei letzterem System alle Sicherheitsmaßnahmen betreffend Tauchen mit Sauerstofftauchgeräten zu treffen sind. Abhängig von der gestellten Einsatzaufgabe sind diese Systeme nach Belieben zu nutzen, nach Abschalten und Abschließen der Hochdruckverbindung mit dem Verdichter oder bei entsprechender Notwendigkeit – etwa nach Verbrauch der Stromkapazität oder bei Ausfall oder Beschädigung der Elektromotoren oder des Verdichters – als Notfall-System.

Das Schwimmtauchgerät ermöglicht es, einen Taucher mit verschiedenen Atemgasmischungen in Tiefen von bis zu 700 Metern bis 800 Metern für eine relativ lange Zeit frei zu versorgen, wobei sogar Reserven für Tiefen von tausend Metern und mehr bestehen; die letztgenannte Nutzung ist möglich, sobald die derzeit existierenden atemphysiologischen Grenzen von 700 Metern Tauchtiefe von der Wissenschaft beseitigt sind.

Die große Einsatzdauer ermöglicht ein Schnelltauchen ohne Tauchkammer (sogenanntes "bounce diving") in Tauchtiefen von bis zu 300 Metern bis 350 Metern und einen freien Aufstieg an die Oberfläche mit einzuhaltenden Austauchzeiten (sogenannte "Deko-Stops") oder auch einen Ausstieg aus einem Tauchfahrzeug in einer bestimmten Tiefe, zum Beispiel 300 Metern, sowie einen Arbeitsvorgang in einer Tiefe von 600 Metern bis 700 Metern einschließlich selbständiger Rückkehr. Ausgerüstet mit einer tragbaren Kabeltrommel mit Winsch hat der Taucher die Möglichkeit, auf Wunsch oder bei Notwendigkeit jederzeit eine Sprech- und Stromverbindung mit der Oberfläche herzustellen.

Die kompakte Bauweise von Schwimmtauchgeräten gemäß der Erfindung ermöglicht Tieftaucheinsätze direkt vom Strand, vom Boot, vom Schift, vom U-Boot, von der Unterwasserstation, vom Hubschrauber oder vom Flugzeug aus, sogar durch Fallschirmsprung. Das Schwimmtauchgerät kann für gewerbliche, sportliche, militärische, wissenschaftliche, archäologische oder dergleichen Zwecke benutzt werden, wobei sich für militärische und andere Einsätze grundlegend neue Perspektiven und Anwendungsfelder abzeichnen: So wird es beispielsweise zum ersten Mal möglich sein, nicht nur kleine Kundschaftergruppen für Sabotageeinsätze, sondern ganze Divisionen von mehreren Tausend Marine-Taucher-Infanteristen zu bilden, die dann Tiefenbereich bis zu 1.000 Metern beherrschen, mit einem Einsatzradius von hundert Kilometern bis 200 Kilometern operieren, alle möglichen Waffensysteme mit sich tragen und anwenden und sich mit einer großen Geschwindigkeit zwischen sechs Knoten und zehn Knoten bewegen.

Zugleich ermöglicht es die Erfindung, daß sich jede Privatperson das Schwimmtauchgerät beschafft, für sportliche, archäologische und wissenschaftliche Zwecke benutzt und große Tiefen selbst ohne großen Aufwand erreicht, um nach Schätzen zu suchen.

Die Erfindung ermöglicht die weitere Entwicklung von manchem Zweig der Meeresforschung und Industrie – zum Beispiel die direkte Manganknollengewinnung aus Wassertiefen von 700 Metern (in der Zukunft eventuell bis tausend Metern und mehr) oder die weitere Gewinnung von Erdöl und Erdgas aus diesen Tiefen.

Die Erfindung wird anhand von Figuren erläutert; es zeigt:
1 ein Funktionsschema;
2 mehrere Längs- und Querschnitte;
2a mehrere Längs- und Querschnitte;
3 eine Seitenansicht, eine Rückansicht und eine Draufsicht;
3a eine Seitenansicht, eine Rückansicht und eine Draufsicht.
Das Funktionsprinzip des völlig autonomen rückentragbaren Schwimmtauchgeräts wird anhand von 1 näher erläutert: Aus einem Mischgasbehälter (Mischgasstahlflasche) 29 strömt bei geöffnetem Ventil das Atemgas durch einen Hochdruckanschluß zu einem einstufigen Druckminderer 30, wird dort gemäß der Tauchtiefe auf überkritischen Druck bis 110 atü entspannt und durch eine Dosierungsdüse 39 direkt in einen Einatembeutel 37 (oder direkt in den Taucherhelm) eingespeist; von dort gelangt das Atemgas in die Atemorgane des Tauchers.
In der Ausatemphase strömt das Gas durch einen Ausatembeutel 11 (oder direkt aus dem Taucherhelm) in zwei Kohlendioxid-Absorptionsfilter 16 und 17 zurück, wird von dort von einer Niederdruckmembranpumpe 13 angesaugt und durch ein Rückschlagventil 35 wieder in den Einatembeutel 37 eingespeist. So wird der Kreislauf geschlossen. Die Niederdruckmembranpumpe 13 wird durch elektrische Impulse betätigt und hat die Aufgabe, das Atemgas ständig in diesem Kreislauf umzuwälzen, damit der Taucher selbst weniger Atemwiderstand und keine Behinderung der Atmung mit komprimierten Gasen verspürt.
Bei dem Schwimmtauchgerät wird überschüssiges Gas in der Größenordnung von zehn Normallitern pro Minute bis hundert Normallitern pro Minute (in Abhängigkeit von der Tauchtiefe) nicht durch das Überdruckventil 10 aus dem Gerätekreislauf in das umgebende Wasser entweichen (wie das bei halb geschlossenem System der Regelfall ist), sondern von einem Verdichter 23 angesaugt und unter einem Hochdruck von 220 atü bis 450 atü durch ein Drei-Wege-Ventil 31 in dem zweiten Mischgasbehälter 15 komprimiert und gespeichert, wobei der Mischgasbehälter 15 am Anfang leer ist.
Der Verdichter 23 ist ein Kolben-, vorzugsweise Membran-Hochdruck-Minikompressor mit einer Leistung von 220 atü bis 450 atü sowie mit einer Ansaug- und Lieferleistung zwischen zehn Litern pro Minute und hundert Litern pro Minute, betrieben von zwei Elektromotoren 21 und 24 mit einer Gesamtleistung von zwei Kilowatt bis drei Kilowatt bei 12/24 Volt. Die Elektromotoren 21 und 24 werden gespeist von einer oder mehreren Elektrobatterien 19 und 26 mit 12/24 Volt sowie mit einer Stromkapazität von hundert Amperestunden bis 600 Amperestunden oder mehr, je nach Ausführung. Die Elektrobatterien 19 und 26 können vom Blei/Säure-Typ oder vom Nickel/Kadmium-Typ oder vom Silber/Zink-Typ sein und sind in Ölboxen für den Druckausgleich untergebracht.
Der Verdichter 23 komprimiert das überschüssige Atemgas durch eine Filtereinheit 18, bestehend aus Kondensatabscheider, Ölfilter (bei Kolbenkompressor), Geruchsfilter und Nachtrocknerfilter, wobei das überschüssige Atemgas gereinigt und in dem zweiten Mischgasbehälter 15 unter einem Hochdruck von 220 atü bis 450 atü gespeichert wird.
Das Schwimmtauchgerät ist für achtzehn Haupt-Tauchtiefenbereiche konstruiert und ausgelegt. Jedem Tauchtiefenbereich ist eine bestimmte Dosierung und ein bestimmtes Mischgas zugeordnet. Die dosierte Mischgasmenge bleibt unabhängig von der Tauchtiefe konstant.
Die Gaszufuhr in den Einatembeutel 37 erfolgt automatisch oder ist wahlweise manuell regulierbar durch ein Dosierventil 39 am auf der Brust des Tauchers getragenen Kontrollpaneel 1 und kann in Abhängigkeit von der Tauchtiefe zehn Liter pro Minute (im Tauchtiefenbereich von null Meter bis fünfzig Meter) bis zu 95 bis hundert Liter pro Minute (im Tauchtiefenbereich von 600 Meter bis 700 Meter) betragen.
Die Gasgemisch-Ansaug- und -Lieferleistung des Verdichters 23 ist auch automatisch oder manuell durch die stufenweise Stromaufnahmeregulierung der beiden Elektromotoren 21 und 24 mithilfe von Drehschaltern 2 und 40 am Kontrollpaneel 1 regulierbar, wobei stufenweise Ampereaufnahmen zwischen 24 Ampere pro Stunde und 200 Ampere pro Stunde erfolgen. In Abhängigkeit von dieser Ampereaufnahme der Elektromotoren 21 und 24 kann hierdurch auch der Verdichter 23 Ansaug- und Lieferleistungen von zehn Litern pro Minute bis hundert Litern pro Minute produzieren. Diese Menge an Atemgas, die vom Verdichter 23 unter Hochdruck in dem zweiten Mischgasbehälter 15 gespeichert wird, entspricht etwa zehn Prozent bis fünfzehn Prozent der gesamten Menge an Atemgas, die ein Taucher in der entsprechenden Tiefe pro Minute braucht; das übrige Gas bleibt im geschlossenen Kreislauf, um sich zu drehen. Auf diese Art und Weise wird Strom gespart, der benötigt wird, um das Gas wieder zu komprimieren und für eine Wiederverwendung zu speichern.
Um Notfallsituationen sowie Differenzen zwischen Gaszufuhr- und Ansaugleistung des Verdichters 23 zu vermeiden, sind das Dosierventil 39 sowie die Drehschalter 2 und 40 synchronisiert. Zusätzlich ist am Ausatembeutel 11 ein Sicherheitsventil 9 angebracht, das verhindert, daß der Verdichter 23 bei einer geringeren Menge an Ausatemgas Gas aus den Lungen des Tauchers ansaugt, indem sich das Sicherheitsventil 9 schließt; zugleich besitzt das Sicherheitsventil 9 eine Abschaltautomatik, die die Elektromotoren 21 und 24 im Notfall ausschaltet. Am Einatembeutel 37 ist auch ein Lungenautomat 36 installiert, der im Notfall zusätzliches Atemgas liefert bzw. der im Ausnahmefall ein Umwandeln des ganzen Systems in ein Gerät mit offenem Kreislauf erlaubt.
In Abhängigkeit von der Tauchtiefe sowie von der benötigten Gasgemisch-Lieferleistung des Verdichters 23 bzw. vom Motor-Stromverbrauch ergeben sich Betriebs- oder Tauchzeiten zwischen drei Stunden in einer Tauchtiefe von 600 Metern bis 700 Metern bis zu 24 Stunden oder mehr in einem Tiefenbereich von null Metern bis hundert Metern, je nach der Stromkapazität der mitgeführten Elektrobatterien 19 und 26.
Der Verdichter 23 und die Elektromotoren 21 und 24 sind in einem Stahlgehäuse untergebracht und ölgekühlt. Die entstehende Wärme wird dem Taucher mittels eines Wärmetauschers 22 als Warmwasser mit einer Temperatur von 43 Grad Celsius bis 45 Grad Celsius zugeführt, um den Taucher, das Atemgas und das Schwimmtauchgerät vor der Kälte in der Tiefe zu schützen.
Das Überdruckventil 10 schaltet sich bei schnellem Auftauchen oder bei eventuellen Differenzen zwischen Gaszufuhr- und Ansaugleistung des Verdichters 23 ein.
Sobald der Mischgasbehälter 15 mit gereinigtem Atemgas vom Verdichter 23 unter einem Hochdruck von 220 atü bis 450 atü gefüllt wird, schaltet sich das Drei-Wege-Ventil 31 (automatisch oder manuell) um, und es beginnt derselbe Prozeß wieder von vorne – diesmal wird das komprimierte Atemgas aus dem Mischgasbehälter 15 auf überkritischen Druck entspannt und durch das Dosierventil 39 am Kontrollpaneel 1 in den Einatembeutel 37 oder direkt in den Taucherhelm eingespeist.
Das ausgeatmete Gas wiederum gelangt in den Ausatembeutel 11, dann in die Kohlendioxid-Absorptionsfilter 16 und 17, wird von der Niederdruckmembranpumpe 13 angesaugt und durch das Rückschlagventil 35 in den Einatembeutel 37 eingespeist. Das überschüssige Atemgas wird vom Verdichter 23 angesaugt, mittels der Filtereinheit 18 gereinigt und in dem diesmal leeren Mischgasbehälter 29 unter einem Hochdruck von 220 atü bis 450 atü gespeichert. Dieser Prozeß wird sich solange wiederholen, wie eine gewisse Batterie-Stromkapazität vorhanden ist.
Zusätzlich wird bei diesem Vorgang dem Ausatembeutel 11 durch den Druckminderer 30 und durch eine Dosierungsdüse 33 reiner Sauerstoff aus der Stahlflasche 28 auf Konstantdosierungsbasis zugeführt, so daß der Sauerstoffanteil im Gasgemisch konstant innerhalb der gewünschten zulässigen Grenzen bleibt. Ähnlich wie bei der Mischgasdosierung ist die zusätzliche Sauerstoffdosierung und -zufuhr für sechzehn Haupt-Tauchtiefenbereiche ausgelegt und konstruiert, damit Mischgasdosierung und Sauerstoffdosierung voll synchronisiert sind und damit der Sauerstoff-Partialdruck in jeder Tiefe konstant innerhalb der gewünschten Grenzen bleibt.
In einer Notfallsituation, wenn der Verdichter 23 oder die Elektromotoren 21 und 24 aus verschiedenen Gründen nicht mehr funktionieren, kann der Kreislauf lediglich von der Niederdruckmembranpumpe 13, die auf elektromagnetischem Prinzip funktioniert, oder auch von einem kleinen Elektromotor weiter betrieben werden, vorausgesetzt, es ist noch Stromkapazität in den Elektrobatterien 19 und 26 vorhanden und die Sauerstoffzufuhr aus der Stahlflasche 28 erfolgt weiter auf Konstantdosierungsbasis. Dies ist möglich, weil im gesamten Kreislaufvolumen – Einatembeutel 37 und Ausatembeutel 11, Taucherhelm 6 oder Mundstück, Einatemschläuche und Ausatemschläuche, Kohlendioxid-Absorptionsfilter und dergleichen (insgesamt etwa 25 Liter bis 30 Liter Volumen plus der entsprechende Tiefendruck, zum Beispiel 31 atü in einer Tiefe von 300 Metern, ergeben zusammen 900 Normalliter Volumen) – genügend Inertgas-Sauerstoff-Gemisch vorhanden ist, natürlich nur für eine bestimmte kurze Zeit. Danach kann das Schwimmtauchgerät vom Taucher in ein halb geschlossenes Kreislaufgerät umgewandelt werden und auf diese Weise der vorhandene Mischgasvorrat benutzt werden.
Um den Sauerstoffanteil im Atemgasgemisch zu kontrollieren, ist das Schwimmtauchgerät mit einer Sauerstoffanteilanzeige 34 und mit einer Kohlendioxidanteilanzeige 12 ausgerüstet.
Von einer Stahlflasche 27 wird dem Ausatembeutel 11 nach Bedarf in Abhängigkeit von eventuellen Verlusten zusätzlich Inertgas (Helium) durch den Druckminderer 30 und durch die Dosierungsdüse 32 zugeführt.
Um starke Strömungen überwinden zu können oder um sich horizontal oder vertikal bewegen zu können, sind als Zusatzausrüstung Elektroantriebsmotoren 20 und 25 vorgesehen, die mit einer Gesamtleistung von 0,3 Kilowatt bis 0,5 Kilowatt bei 12/24 Volt dem Taucher eine Geschwindigkeit von vier Knoten bis sechs Knoten oder mehr geben können. Je nach mitgeführter Batteriekapazität und notwendiger Wassertiefe kann die Reichweite dreißig Kilometer bis 200 Kilometer betragen, was zu einer völlig neuen Qualität des Tauchens beiträgt.
Um einen geringeren Strömungswiderstand und eine höhere Geschwindigkeit erzielen zu können, sind als Zusatzausrüstung spezielle Strömlinienschalen in verschiedenen Varianten vorgesehen, die auf dem Basisgerät zusätzlich montiert werden können.
Ein speziell entwickelter Tauchcomputer kann den Taucher unterstützen und ihm behilflich sein, um ihm ständig ein Bild von allen notwendigen Parametern zu geben – zum Beispiel von der Gaszufuhr, von der Gasdosierung, vom Gasvorrat, vom Gasdruck und vom Umgebungsdruck, von der Gastemperatur und von der Wassertemperatur, von der Tauchzeit, von den Deko-Stops, von der Ansaugleistung und von der Lieferleistung des Verdichters 23, von der Stromkapazität, vom Sauerstoffanteil und vom Kohlendioxidanteil, von der Drehzahl der Elektromotoren 21 und 24, von der Temperatur der Wasserheizung, von der Entfernung; von der Strömungsgeschwindigkeit, von der Bewegungsgeschwindigkeit, von den Navigationsparametern und von dergleichen.
Im Gehäuse des Schwimmtauchgeräts befinden sich noch zwei oder mehr Fernlichter, eine Videokamera, eine TV-Kamera und eine Photokamera, eine Amperemeteranzeige und eine Voltmeteranzeige, eine Sauerstoffanzeige und eine Kohlendioxidanzeige, eine Unterwassersprechanlage sowie Navigationsgeräte und Ortungsgeräte. Das Schwimmtauchgerät kann zusätzlich mit Kabelstrom und mit einem Glasfaserkabel verbunden sein, wobei der Vorteil darin besteht, daß der Taucher diese Verbindung jederzeit abschalten und etwas später nach Belieben wieder anschalten kann.
Es besteht die Möglichkeit, die Kohlendioxid-Absorptionsfilter unter Wasser auszuwechseln, wobei nur der eine Kohlendioxidfilter jeweils weiter funktioniert. Nicht zuletzt bei Kabel- und Videoverbindung zur Oberfläche besteht die einzigartige Möglichkeit, den Taucher direkt bei seiner Arbeit zu kontrollieren und zu beraten; bei einem eventuellen Notfall kann das Schwimmtauchgerät von der Kommandozentrale in ein sogenanntes ROV (= "Remote Operation Vehicle") direkt umfunktioniert werden und den Taucher im Falle einer Ohnmacht mittels der Elektroantriebsmotoren 20 und 25 in ein Unterwasser-Fahrzeug oder eine entsprechende Station befördern.
Das Schwimmtauchgerät kann in mehr als zehn unterschiedlichen Varianten und Modellen mit unterschiedlichen Batterie- und Stahlflaschenkapazitäten, Motor- und Verdichterleistungen, Ausmaßen, Formen und Größen in Abhängigkeit vom Verwendungszweck produziert werden. Unter Wasser hat das Schwimmtauchgerät Neutralgewicht, über Wasser eine Masse zwischen fünfzig Kilogramm und 150 Kilogramm; das Schwimmtauchgerät kann über Wasser nur mit einem kleinen Kran gehoben oder auf kleinen Rollen zum Wasser gebracht werden. Die Längenausmaße variieren zwischen 650 Millimetern und 800 Millimetern, die Breitenausmaße zwischen 450 Millimetern und 500 Millimetern, die Höhenausmaße zwischen 250 Millimetern und 300 Millimetern und ermöglichen ein Aussteigen des Tauchers durch eine Luke mit 700 Millimetern bis 900 Millimetern lichter Weite. Alle Geräteteile werden in einem stromlinienförmigen Gehäuse aus glasfaserverstärktem Polyesterharz oder Nirostahlblech untergebracht und sind gegen mechanische Beschädigung geschützt.

Claims

Auf dem Rücken tragbares, zum autonomen Atemgasgemischbereitstellen, -aufbereiten und -versorgen eines Tauchers vorgesehenes Mischgas-Schwimmtauchgerät mit zwei Mischgasbehältern (15, 29), aus denen eine bestimmte Menge eines Atemgasgemisches aus Sauerstoff und Inertgas, beispielsweise Helium, entnehmbar und einem Gaskreislaufsystem zuführbar ist, aufweisend – einen Einatembeutel (37), – einen Taucherhelm (6), – einen Ausatembeutel (11) und – mindestens einen Kohlendioxid-Absorptionsfilter (16, 17) zum Reinigen des aus dem Atemgasbeutel (11) strömenden Atemgasgemisches von Kohlendioxid (CO₂), wobei dem Gaskreislaufsystem am Anfang des Tauchganges Atemgas gemäß dem Prinzip der Überdosierung und dann auf Basis einer Konstantdosierung zugeführt wird, gekennzeichnet durch – eine Niederdruckmembranpumpe (13) zum Beschleunigen des Atemgasgemisches im Gaskreislaufsystem, – einen Verdichter (23) zum Verdichten des abgelassenen, überschüssigen Atemgasgemisches aus dem Gaskreislaufsystem, mit welchem verdichteten Atemgasgemisch der eine (15 oder 29) der beiden Mischgasbehälter (15, 29) befüllbar ist unter gleichzeitigem Entleeren des gefüllten anderen (29 oder 15) der beiden Mischgasbehälter (15, 29) in das Gaskreislaufsystem, und – ein zwischen den beiden Mischgasbehältern (15, 29) angeordnetes Drei-Wege-Ventil (31), durch welches der Verdichter (23) von dem zuvor jeweils befüllten Mischgasbehälter (15 oder 29) auf den zuvor jeweils entleerten Mischgasbehälter (29 oder 15) umschaltbar ist, so daß nun der zuvor jeweils entleerte Mischgasbehälter (29 oder 15) mit verdichtetem Atemgasgemisch befüllbar ist und der zuvor jeweils befüllte Mischgasbehälter (15 oder 29) in das Gaskreislaufsystem entleerbar ist.
Schwimmtauchgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherdruck der gefüllten Mischgasbehälter (15, 29) 2,2 × 10⁷ bis 4,4 × 10⁷ Pascal beträgt.
Schwimmtauchgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß das Atemgasgemisch im Gaskreislaufsystem zusätzlich – mit reinem Sauerstoff aus einer Stahlflasche (28) über eine Dosierungsdüse (33) gemäß dem für die jeweilige Tiefe zulässigen Sauerstoff-Partialdruck auf Konstantdosierungsbasis und – mit Inertgas aus einer Stahlflasche (27) über eine Dosierungsdüse (32) bei Vorliegen eines Inertgasverlustes anreicherbar ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckmembranpumpe (13) – durch einen Elektromagneten mittels elektrischer Impulse oder – durch einen Elektromotor, insbesondere bei einer Spannung von 12/24 Volt, betreibbar ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (23) als Kolben- oder Membran-Hochdruck-Minikompressor mit einer Ansaug- und Lieferleistung von bis 150 Litern pro Minute ausgebildet ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (23) mittels zweier Elektromotoren (21, 24) mit einer Gesamtleistung von zwei Kilowatt bis drei Kilowatt bei einer Spannung von 12/24 Volt und bei 2000 Umdrehungen pro Minute bis 3000 Umdrehungen pro Minute betreibbar ist.
Schwimmtauchgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromotoren (21, 24) von mindestens einer Elektrobatterie (19, 26) mit einer Spannung von 12/24 Volt und mit einer Ladung von 0,36·10⁶ Coulomb bis 2,16·10⁶ Coulomb oder mehr versorgbar sind.
Schwimmtauchgerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – daß die Elektrobatterie (19, 26) vom Blei/Säure-Typ oder vom Nickel/Kadmium-Typ oder vom Silber/Zink-Typ ist und – daß die Elektrobatterie (19, 26) in Ölboxen untergebracht ist.
Schwimmtauchgerät gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel für den Taucher zwei von den Elektrobatterien (19, 26) versorgbare, eine horizontale oder vertikale Bewegung des Tauchers mit einer Geschwindigkeit von vier Knoten bis sechs Knoten oder mehr und mit einer durch die vorhandene Batterieladung gegebenen Reichweite von dreißig Kilometern bis 200 Kilometern erlaubende Elektroantriebsmotoren (20, 25) mit einer Gesamtleistung von 300 Watt bis 500 Watt oder mehr bei einer Spannung von 12/24 Volt installiert sind.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (23) und die beiden Elektromotoren (21, 24) in einem Stahlgehäuse untergebracht und ölgekühlt sind, wobei die entstehende Wärme mittels eines Wärmetauschers (22) zum Erwärmen von Wasser nutzbar ist, welches erwärmte Wasser mit einer Temperatur von etwa 45 Grad Celsius bis etwa 50 Grad Celsius dem Taucher selbst zuführbar ist und zum Erwärmen des Atemgasgemisches sowie des Schwimmtauchgeräts nutzbar ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, – daß am Einatembeutel (37) ein Rückschlagventil (35) zum Unterdrücken eines Ansaugens von Gas aus der Lunge des Tauchers durch den Verdichter (23) bei Vorliegen einer nicht ausreichenden Menge an Atemgasgemisch und – daß am Ausatembeutel (11) ein mit einer auch die Elektromotoren (21, 24) des Verdichters (23) ausschaltenden Ausschaltautomatik versehenes Sicherheitsventil (9) zum Unterdrücken eines Ansaugens von Gas aus der Lunge des Tauchers durch den Verdichter (23) bei Vorliegen einer nicht ausreichenden Menge an Atemgasgemisch installiert ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, – daß am Einatembeutel (37) ein Lungenautomat (36) zum Bereitstellen von zusätzlichem Atemgasgemisch im Bedarfsfalle und – daß am Ausatembeutel (11) ein Überdruckventil (10) zum Abführen von überschüssigem Atemgasgemisch in das umgebende Wasser im Bedarfsfalle installiert ist.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein vom Taucher betätigbares Kontrollpaneel (1) zum Kontrollieren und Steuern bestimmter Funktionen des Schwimmtauchgeräts, wie etwa der Konstantdosierung des Atemgasgemisches, der Konstantdosierung der Zufuhr reinen Sauerstoffs, der Dosierung der Zufuhr des Inertgases, des Vorrats an Atemgasgemisch, des Vorrats an Sauerstoff, des Vorrats an Inertgas, der Ansaug- und Liefermengenleistung des Verdichters (23), der Ansaugfrequenz der Niederdruckmembranpumpe (13), der Drehzahlen und der Stromaufnahme der dem Verdichter (23) zugeordneten Elektromotoren (21, 24), der Drehzahlen und der Stromaufnahme der Elektroantriebsmotoren (20, 25), der Temperatur des erwärmten Wassers, der Nutzung der und des Vorrats an Elektrizitätsladung, des Einschaltens und Ausschaltens von Fernlichtern, einer Video- und Sprechanlage.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Taucher mittels eines dem Schwimmtauchgerät zugeordneten Tauchcomputers laufend Informationen hinsichtlich notwendiger Tauchparameter vermittelbar sind, wie etwa der Zufuhr des Atemgasgemisches, der Dosierung des Atemgasgemisches, des Vorrats an Atemgasgemisch, des Atemgasgemischdrucks und des Umgebungsdrucks, der Temperatur des Atemgasgemisches, der Temperatur des Wassers, der Tauchzeit, der Dekompressionsstops, der Ansaug- und Liefermengenleistung des Verdichters (23), der vorhandenen Elektrizitätsladung, des Sauerstoffanteils, des Kohlendioxidanteils, der Drehzahl der Elektromotoren (21, 24; 20, 25), der Temperatur und der Liefermenge des erwärmten Wassers, der Entfernungs-, Strömungs- und Bewegungsgeschwindigkeit, von Navigationsparametern.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Kabeltrommel mit Winsch am Schwimmtauchgerät montierbar ist, mit deren Hilfe der Taucher jederzeit aus jeder Tiefe eigeninitiativ eine Sprech-, Strom- und Videoverbindung mit der Oberfläche oder mit einer Kommandozentrale mittels eines aufblasbaren, mit Blitzlicht und mit Antenne bestückten Auftriebskörpers für leichte Entdeckung aufnehmen kann.
Schwimmtauchgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich am Schwimmtauchgerät montierbare, leichte, durchsichtige, aus Acrylglas gefertigte, zweiteilig, nämlich als abnehmbares Vorderteil und als am Schwimmtauchgerät befestigtes Hinterteil ausgebildete Stromlinienschalen für weniger Strömungswiderstand und für höhere Geschwindigkeit vorgesehen sind.