DE19729965A1 - Atemgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Atemgerät, insbesondere Tauchgerät zur Versorgung eines Tauchers mit Atemluft, mit einem Preßluftbehälter, einem dem Preßluftbehälter zu­ geordneten Behälterventil und einem Atemregler, wobei ein Strömungspfad für die Atemluft von dem Preßluftbehälter über das Behälterventil zu dem Atemregler gebil­ det ist.

Atemgeräte der in Rede stehenden Art, die den Aufenthalt in einer Umgebung er­ möglichen, die keine normale Atmung gestattet, weil entweder kein Sauerstoff (Weltraum) zu wenig Sauerstoff (Hochgebirge, Bergbau), Sauerstoff vermischt mit nicht atembaren Gasen oder Stoffen (bei Bränden, Giftgas und flüchtigen Lösungs­ mitteln) oder nur in gelöster Form (in Wasser) vorhanden ist, sind aus der Praxis be­ kannt. Die bekannten Atemgeräte sind insbesondere und hier beispielhaft beschrie­ ben im Sport- und Berufstauchen gebräuchlich. Als oberflächenunabhängige Sy­ steme weisen die Atemgeräte Preßluftbehälter auf, in denen der Taucher die Atem­ luft mitführt. Dabei ist ein Druck von 200 bar bis 300 bar in den Preßluftbehältern mit bis zu 20 Litern Inhalt üblich. Mit Hilfe eines an das Behälterventil angeschlossenen Atemreglers - auch Lungenautomat genannt - erhält der Taucher bei jedem Atemzug eine entsprechende Menge Luft mit dem der Tauchtiefe angepaßten Druck. Die Atemregler sind meist zweistufig aufgebaut.

Beim Befüllen eines Preßluftbehälters mittels Kompression erwärmt sich die durch den Behälter aufgenommene Luft. Im Laufe der Lagerung des Preßluftbehälters kühlt sich die Luft aufgrund eines Temperaturausgleichs mit der Umgebung wieder ab. Während des Betriebs eines Atemgerätes kühlt sich die aus dem Preßluftbehälter austretende Luft während ihrer Entspannung weiter ab. Ist die Abkühlung der Atem­ luft dann größer als die Erwärmung durch das Umgebungswasser, besteht die Ge­ fahr, daß der Atemregler einfriert. Dieses Einfrieren wird durch ein Tauchen in kalten Gewässern und/oder ein Tauchen bei voller Flasche in großer Tiefe begünstigt. Ein weiterer Faktor, der zu einem Einfrieren des Atemreglers führen kann, ist ein zu ha­ stiges Atmen durch den Taucher und/oder eine nicht ausreichend trockene Luft. Das Vorliegen dieser Umstände stellt keine Seltenheit dar.

Das Einfrieren des Atemreglers ist die gefürchtetste technische Komplikation im Kaltwasser und führt immer wieder zu tödlichen Unfällen. Dies hat zu einem enormen Entwicklungsaufwand bei den Atemgerätherstellern geführt, wobei das Problem des Einfrierens des Atemreglers derzeit noch nicht zufriedenstellend gelöst ist. Die von den Atemgerätherstellern vorgeschlagenen Lösungen umfassen dabei insbesondere eine Fertigung der Atemregler aus Materialien, die einem Einfrieren entgegenwirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Atemgerät der ein­ gangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß ein sicherer Be­ trieb mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Erfindungsgemäß wird die voran stehende Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Atemgerät derart ausge­ bildet, daß dem Preßluftbehälter, dem Behälterventil, dem Atemregler oder dem Strömungspfad eine Vorwärmeinrichtung für die Atemluft zugeordnet ist.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, daß ein Einfrieren des Atemreglers dann verhindert werden kann, wenn die Temperatur der Atemluft erst gar nicht in einen Bereich gelangt, in dem ein Einfrieren des Atemreglers ermöglicht ist. Demzufolge werden keine Maßnahmen ergriffen, die beispielsweise die Ausge­ staltung des Atemreglers an sich betreffen, sondern wird direkt die Atemluft hinsicht­ lich ihrer Temperatur beeinflußt. Dabei ist in weiter erfindungsgemäßer Weise einer der Komponenten des Atemgerätes - dem Preßluftbehälter, dem Behälterventil, dem Atemregler oder dem Strömungspfad - auf überraschend einfache Weise eine Vor­ wärmeinrichtung für die Atemluft zugeordnet. Mittels der erfindungsgemäßen Vor­ wärmeinrichtung wird die Atemluft auf einem Temperaturniveau gehalten, das das Einfrieren des Atemreglers verhindert.

Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Atemgerät ein Atemgerät realisiert, bei dem ein sicherer Betrieb mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Im Hinblick auf eine einfache Integration der Vorwärmeinrichtung auch in ein her­ kömmliches Atemgerät könnte die Vorwärmeinrichtung eine integrale Einheit mit dem Preßluftbehälter, dem Behälterventil oder dem Atemregler bilden. Damit wäre insbe­ sondere ein einfaches Nachrüsten herkömmlicher Atemgeräte mit der Vorwärmeinrichtung lediglich durch den Austausch einer der genannten Komponen­ ten ermöglicht.

Zur Gewährleistung eines möglichst kompakten Aufbaus des Atemgerätes könnte die Vorwärmeinrichtung bei integraler Ausbildung mit dem Preßluftbehälter oder dem Behälterventil in dem Preßluftbehälter angeordnet sein. Dies würde gleichzeitig eine besonders geschützte Anordnung der Vorwärmeinrichtung im Hinblick auf die Gefahr einer mechanischen Beschädigung im Gebrauch oder auf Temperatureinflüsse von außen ergeben.

Im Hinblick auf eine besonders sichere und stabile Anordnung der Vorwärmeinrich­ tung im Bereich des Strömungspfads, d. h. zwischen den Hauptkomponenten des Atemgerätes - Preßluftbehälter, Behälterventil und Atemregler -, könnte der Strö­ mungspfad zwischen dem Preßluftbehälter und dem Behälterventil und/oder dem Behälterventil und dem Atemregler durch ein Rohr gebildet sein. Zum Verbinden des Rohrs mit den jeweiligen angrenzenden Komponenten könnte das Rohr DIN- oder INT-Anschlüsse aufweisen.

In einer besonders sicheren Ausgestaltung könnte die Vorwärmeinrichtung sogar in dem Rohr angeordnet sein. Auch hierbei ist einerseits ein Schutz gegen mechani­ sche Beschädigung oder Temperatureinflüsse von außen gewährleistet und ist ande­ rerseits ein einfacher Austausch bzw. ein einfaches Nachrüsten der Vorwärmein­ richtung in herkömmliche Atemgeräte ermöglicht.

Im Hinblick auf eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise der Vorwärmeinrich­ tung, könnte die Vorwärmeinrichtung durch einen Atmungsvorgang aktivierbar sein. Mit anderen Worten wird der Arbeitsbeginn der Vorwärmeinrichtung lediglich dann eingeleitet, wenn Luft aus dem Preßluftbehälter entnommen wird und damit ein Ent­ spannen und Abkühlen der Luft erfolgt. In weiter vorteilhafter Weise könnte die Vor­ wärmeinrichtung nur während des Einatmens arbeiten, d. h. nur für die Zeitdauer, in der eine Abkühlung der Atemluft durch Expansion erfolgt. Damit ist eine atemabhän­ gige und an die Erfordernisse eines Atemgerätes automatisch angepaßte Arbeits­ weise der Vorwärmeinrichtung realisiert.

In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte die Vorwärmeinrichtung ein durch die aus dem Preßluftbehälter ausströmende Atemluft angetrieben es Turbinenrad mit Turbinenschaufeln umfassen. Durch ein derartiges Turbinenrad, das in einem Rohr der oben beschriebenen Art angeordnet sein könnte, wäre eine wie oben beschrie­ ben atemabhängige Arbeitsweise realisiert. Hierzu könnte das Turbinenrad einen elektrischen Generator antreiben. Der Antrieb des Generators könnte dann über eine zwischen dem Turbinenrad und dem Generator angeordnete Kardanwelle erfolgen. Als besonders einfach ausgestaltete Wärmeübertragungseinrichtung könnte die Vor­ wärmeinrichtung ein mit dem Generator elektrisch gekoppeltes Widerstandsheiz­ element aufweisen. Bei einem Atmungsvorgang bzw. bei einer Luftentnahme aus dem Preßluftbehälter würde das Turbinenrad automatisch angetrieben und würde ein elektrischer Strom über den Generator erzeugt werden, so daß über das Wider­ standsheizelement eine Erwärmung der Atemluft erfolgen könnte. Die derart er­ wärmte Atemluft verhindert ein Einfrieren des Atemreglers, wobei sich die erwärmte Atemluft in dem Atemregler oder in der ersten Stufe des Atemreglers auch wieder abkühlen könnte, ohne daß ein Einfrieren des Atemreglers zu befürchten wäre.

Die Turbine wirkt während ihres Betriebs wie ein mechanischer Widerstand, also druckmindernd.

Die Abkühlung der Atemluft durch die Entspannung nach Austritt aus dem Preßluft­ behälter ist bei vollen Behältern aufgrund des dann herrschenden hohen Innendrucks am größten und läßt bei Leerung des Behälters kontinuierlich nach. Entsprechend läßt die Heizleistung der Turbine bei Leerung des Behälters und damit verringertem Druck und verringertem Antrieb der Turbine nach. Je größer also der Austrittsdruck aus dem Preßluftbehälter und damit der Abkühleffekt ist, um so größer ist auch die Heizleistung der Vorwärmeinrichtung mit Turbine. Bei geringerem Druck und damit geringerer Abkühlung läßt auch die Heizleistung der Turbine automatisch nach. Da­ mit ist eine automatische Regelung der Heizleistung an die Erfordernisse hinsichtlich der Stärke der Abkühlung realisiert. Im Idealfall ist die Temperatur der Atemluft, die in den Atemregler bzw. in die erste Stufe des Atemreglers strömt, konstant gehalten.

Bei fortschreitender Leerung des Preßluftbehälters wird die Turbine immer weniger stark angetrieben, wodurch sich die druckmindernde Wirkung der Turbine reduziert so daß letztlich der gesamte Luftvorrat aus dem Preßluftbehälter zur Verfügung steht.

In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte das Widerstandsheizelement ein Drahtgeflecht sein. Die Maschendichte des Geflechts könnte dabei den jeweiligen Anforderungen an Luftdurchsatz und Wärmeleistung angepaßt werden.

Im Hinblick auf eine besonders wirksame Erwärmung bei gleichzeitig möglichst ge­ ringer Hinderung des Luftstroms zur atmenden Person könnte das Drahtgeflecht an der Innenseite des Rohrs angeordnet sein. Damit wäre gleichzeitig eine besonders stabile Anordnung des Drahtgeflechts realisiert.

In kostengünstiger Weise könnte das Drahtgeflecht aus Kupfer sein. Hierbei sind je­ doch auch andere Materialien denkbar, die je nach individuellen Erfordernissen aus­ gewählt werden können.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Turbinenantrieb könnte die Vorwärmeinrichtung einen Akkumulator umfassen. Damit wäre eine atmungsunabhängige Betriebsweise der Vorwärmeinrichtung ermöglicht. Der Akkumulator könnte in besonders sicherer und dabei praktischer Weise dem Preßluftbehälter zugeordnet sein. Damit wäre der Akkumulator bei Tragen des Preßluftbehälters auf dem Rücken des Benutzers sicher untergebracht, ohne den Benutzer an Aktivitäten jeglicher Art zu hindern.

Bei einem zusätzlichen Vorsehen des Akkumulators zu dem Turbinenantrieb könnte der Akkumulator über das Turbinenrad und den Generator aufladbar sein. Dabei wäre es möglich, den Akkumulator lediglich dann aufzuladen, wenn die Turbine zwar durch einen Atmungsvorgang angetrieben ist, es jedoch nicht erforderlich ist, den er­ zeugten Strom zur Erwärmung der Atemluft zu verwenden. Dies wäre beispielsweise bei Tauchgängen möglich, bei denen die Wassertemperatur wechselt, so daß zu manchen Zeiten eine Erwärmung der Atemluft erforderlich ist und zu anderen Zeiten nicht. Hierzu könnte die Vorwärmeinrichtung einen Temperaturfühler zur Messung der Temperatur der Atemluft in dem Strömungspfad aufweisen. Je nach durch die Temperatur des Umgebungswassers beeinflußter Atemlufttemperatur könnte dann entweder ein Aufladen des Akkumulators oder ein Erwärmen der Atemluft oder auch beides erfolgen. Damit wäre die Verteilung des durch die Turbine und den Generator erzeugten elektrischen Stroms besonders ökonomisch im Sinne eines Regelkreises realisiert.

Bei einem Vorsehen des Akkumulators zusätzlich zu dem Turbinenantrieb könnte der Akkumulator in besonders flexibler Weise mit einem von dem Widerstandsheiz­ element separaten Heizelement gekoppelt sein. Damit wäre ein unabhängiges Er­ wärmen der Atemluft und damit eine erhöhte Sicherheit hinsichtlich des Einfrierens des Atemreglers gewährleistet.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allge­ meinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Atemgerätes.

In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Atemge­ rätes gezeigt. Das Atemgerät dient der Versorgung eines Tauchers mit Atemluft und weist einen Preßluftbehälter 1, ein dem Preßluftbehälter 1 zugeordnetes Behälter­ ventil 2 und einen Atemregler 3 auf. Der Atemregler 3 ist zweistufig mit einer ersten Stufe 12 und einer zweiten Stufe 13 aufgebaut. Zwischen dem Preßluftbehälter 1 und dem Behälterventil 2 sowie zwischen dem Behälterventil 2 und dem Atemregler 3 ist ein Strömungspfad 4 für die Atemluft gebildet. Die Strömung der Atemluft erfolgt in Richtung des Pfeils 14 zu dem Taucher.

Zur Verhinderung des Einfrierens des Atemreglers 3 bei Betrieb des Atemgerätes in kaltem Wasser aufgrund der Abkühlung der Atemluft nach ihrer Expansion nach Austritt aus dem Preßluftbehälter 1 ist dem Strömungspfad 4 zwischen dem Behäl­ terventil 2 und dem Atemregler 3 eine Vorwärmeinrichtung 5 für die Atemluft zuge­ ordnet. Die Vorwärmeinrichtung 5 könnte jedoch auch dem Preßluftbehälter 1, dem Behälterventil 2 oder dem Atemregler 3 zugeordnet sein. Auch ist eine Anordnung der Vorwärmeinrichtung 5 zwischen dem Preßluftbehälter 1 und dem Behälterventil 2 denkbar. Mit einer derartigen Vorwärmeinrichtung 5 ist ein sicherer Betrieb des Atemgerätes mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht.

Die hier in der einzigen Figur gezeigte Vorwärmeinrichtung 5 ist in einem den Strö­ mungspfad 4 zwischen dem Behälterventil 2 und dem Atemregler 3 bildenden Rohr 6 angeordnet. Die Vorwärmeinrichtung 5 weist ein Turbinenrad 7 auf, welches über eine Kardanwelle 9 einen Generator 8 zur Erzeugung elektrischen Stroms antreibt. Der erzeugte elektrische Strom dient zur Aufheizung eines Widerstandsheizelements 10 in Form eines Drahtgeflechts 11.

Während eines Atemvorgangs des Tauchers tritt Luft aus dem Preßluftbehälter 1 aus und kühlt sich aufgrund ihrer Expansion im Strömungspfad 4 ab. Diese ausströ­ mende Luft treibt während ihrer Strömung zum Taucher hin das Turbinenrad 7 und damit über die Kardanwelle 9 den Generator 8 an. Das Turbinenrad 7 wird somit le­ diglich während des Einatmens durch den Taucher angetrieben. Folglich wird die Atemluft nur dann über das Widerstandsheizelement 10 erwärmt, wenn eine Erwär­ mung aufgrund des Einatmens durch den Taucher erforderlich ist. Damit ist ein automatischer und wirtschaftlicher Betrieb der Vorwärmeinrichtung 5 realisiert.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, daß das zuvor rein willkürlich ge­ wählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims (20)

1. Atemgerät, insbesondere Tauchgerät zur Versorgung eines Tauchers mit Atemluft, mit einem Preßluftbehälter (1), einem dem Preßluftbehälter (1) zugeordne­ ten Behälterventil (2) und einem Atemregler (3), wobei ein Strömungspfad (4) für die Atemluft von dem Preßluftbehälter (1) über das Behälterventil (2) zu dem Atemregler (3) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Preßluftbehälter (1), dem Behälter­ ventil (2), dem Atemregler (3) oder dem Strömungspfad (4) eine Vorwärmeinrichtung (5) für die Atemluft zugeordnet ist.

2. Atemgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmein­ richtung (5) eine integrale Einheit mit dem Preßluftbehälter (1), dem Behälterventil (2) oder dem Atemregler (3) bildet.

3. Atemgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ wärmeinrichtung (5) bei integraler Ausbildung mit dem Preßluftbehälter (1) oder dem Behälterventil (2) in dem Preßluftbehälter (1) angeordnet ist.

4. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad (4) zwischen dem Preßluftbehälter (1) und dem Behälterventil (2) und/oder dem Behälterventil (2) und dem Atemregler (3) durch ein Rohr (6) gebildet wird.

5. Atemgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) DIN- oder INT-Anschlüsse aufweist.

6. Atemgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ wärmeinrichtung (5) in dem Rohr (6) angeordnet ist.

7. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (5) durch einen Atmungsvorgang aktivierbar ist.

8. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (5) nur während des Einatmens arbeitet.

9. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (5) ein durch die aus dem Preßluftbehälter (1) ausströmende Atemluft angetriebenes Turbinenrad (7) mit Turbinenschaufeln umfaßt.

10. Atemgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (7) einen elektrischen Generator (8) antreibt.

11. Atemgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Generators (8) über eine zwischen dem Turbinenrad (7) und dem Generator (8) an­ geordnete Kardanwelle (9) erfolgt.

12. Atemgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ wärmeinrichtung (5) ein mit dem Generator (8) elektrisch gekoppeltes Widerstands­ heizelement (10) aufweist.

13. Atemgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wider­ standsheizelement (10) ein Drahtgeflecht (11) ist.

14. Atemgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (11) an der Innenseite des Rohrs (6) angeordnet ist.

15. Atemgerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (11) aus Kupfer ist.

16. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (5) einen Akkumulator umfaßt.

17. Atemgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator dem Preßluftbehälter (1) zugeordnet ist.

18. Atemgerät nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator über das Turbinenrad (7) und den Generator (8) aufladbar ist.

19. Atemgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator mit einem von dem Widerstandsheizelement (10) separaten Heizelement gekoppelt ist.

20. Atemgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (5) einen Temperaturfühler zur Messung der Temperatur der Atemluft in dem Strömungspfad (4) aufweist.