DE2049747A1 - Unterwasser atemgerat - Google Patents

Description

DIPL.-INfr. Μ.·Ο.. DIPL.. PHVC. ON. DI^L.-ΡΗΥβ. STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATeNTANWAtTE IN STUTTGART

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8. Oktober 1970

Mine Safety Appliances Company
201 North Braddock Avenue
PITTSBURGH, Pennsylvania 15208/USA

Unt erwas s erat emgerät

Die Erfindung betrifft ein Unterwasseratemgerät mit einem Kanister mit Einlaß- und Auslaßöffnungen. Bei dem stetig ansteigenden Interesse für Unterwasserforschungen und Arbeiten unter Wasser ergibt sich auch ein ansteigender Bedarf für bessere Unterwasseratemgeräte. Dabei müssen solche Faktoren wie Kosten, Gewicht, Einfachheit bzw. einfacher Aufbau, Zuverlässigkeit und die Fähigkeit einer ununterbrochenen Vei'v/endung über längere Zeiträume in Betracht gezogen v/erden. Es gibt mehrere unterschiedliche
UnterwasserateniGysteme, wobei jedoch für Arbeiten in beträchtlichen bzw. größeren Tiefen daü halbgeschlossene System eines der besten darstellt. Die bis jetzt verwendeten Apparate und
Geräte dieser· Art waren jedoch unnötig kompliziert und teuer; sie erlaubten es weiterhin dem Taucher nicht, längere 2eit in

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tiefem Wasser zu verbringen, und zwar wegen der unzureichenden Ausnutzung der Atemgase. All dies ist eine Folge des grundlegenden Problems bei Tieftauehern, nämlich der SauerstoffVergiftung. Sowie sich der Taucher in das Wasser begibt und der Wasserdruck anzusteigen beginnt,steigt auch der Sauerstoffpartialdruck in dem Atemkreislauf. Erreicht dieser Partialdruck Vierte zwischen Ij 5 und 2 Atmosphären, dann ist es wahrscheinlich bzw. möglich, ^ daß Krämpfe und andere Ausfallserscheinungen aufgrund der Sauerstoffvergiftung auftreten, woraufhin dann auch der Tod eintreten kann.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sicheren Sauerstoffpartialdruck aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig von der Tiefe, in welcher der Taucher arbeitet und ohne Reduzierung eines ausreichenden SauerstoffVorrates, so daß der Taucher während seines Arbeitens am Leben erhalten wird.

-Weiterhin liegen der Erfindung noch die Teilaufgaben zugrunde, ein Unterwasseratemgerät zur Verfügung zu stellen, welches in sich geschlossen und unabhängig ist und von dem Taucher getragen werden kann, welches relativ einfach und kompakt ist und ohne Einbuße an Sicherheit bis zu beträchtlichen Tiefen verwendet werden kann, welches sich automatisch auf Änderungen der Tiefe einstellt und diese kompensiert und welches ausreichend Sauerstoff zur Verfügung stellt, ohne eine SauerstoffVergiftung hervorzurufen, und welches weiterhin wirtschaftlich in der Anwendung ist.

Die Erfindung löst die gestellten Aufgaben bei einem Unterv.'as^sergerät der eingangs beschriebenen Art dadurch,daß zwischen dem Ein- und Auslaß des Kanisters eine Schicht einer sauerstofferzeugenden und kohlendioxydabsorbierenden Chemikalie vorgesehen ist, daß ein Mundstück jeine das Mundstück mit ävm Kanisterein-

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laß und eine das Mundstück mit dem Kanisterauslaß verbindende Leitung und ein mit einer der Leitungen und mit einem normalerweise geschlossenen Auslaßrückschlagventil verbundener Atemsack vorgesehen ist, daß weiterhin ein eine Mischung aus Sauerstoff und einem verdünnenden Gas enthaltener Drucktank vorgesehen ist, welcher einen Auslaß und ein den Auslaß mit der Atemeinlaßleitung verbindendes Bedarfsventil aufweist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar in perspektivischer Anordnung _s wobei Teile des von dem Taucher getragenen Atemgerätes weggebrochen sind. Im folgenden soll anhand dieser Zeichnung Aufbau und Wirkungsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert werden.

Ein mit 1 bezeichneter, vorzugsweise rechteckförmiger Kanister ist mit Bändern 2 ausgerüstet, um auf dem Rücken des Tauchers getragen zu werden. Im Inneren des Kanisters befinden sich in senkrechter Erstreckung zwei Unterteilungen 3 und k nahe den beiden Seitenwänden des Kanisters, und bilden auf diese Art Seitenräume 5 und 6, die an ihren oberen Enden mit öffnungen 7 und 8 versehen sind. Jeder der Unterteilungen 3 und 4 ist von einem Filter und einem Schirm gebildet; der relativ große Raum zwischen den Unterteilungen ist mit einer körnigen bzw. granulierten Schicht 9 einer Chemikalie angefüllt, welche Sauerstoff erzeugt und Kohlendioxyd absorbiert, wenn der Benutzer des Atemapparates in die Chemikalie ausatmet. Als am besten geeignete Chemikalie hat sich KO erwiesen, obwohl es andere Alkalxmetallsuperoxyde

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gibt, die ebenfalls verwendet werden können, beispielsweise Natriumsuperoxyd. Auch Lithiumperoxyd und Natriumperoxyd sind geeignet und erbringen zufriedenstellende Ergebnisse. (Ein ökonomisches System wird durch die Verwendung solcher Chemikalien erreicht, bei denen die Sauerstoffproduktion proportional zu der Rate des Atmungsaustausches, also entsprechend dem Atmungsquotienten verläuft.) Die in der ausgeatmeten Luft enthaltene Feuchtig- W keit aktiviert die Chemikalie zur Erzeugung von Sauerstoff, wobei die Sauerstofferzeugung fast im Gleichgewicht mit dem Sauerstoff verbrauch des Tauchers liegt. ^;.

Ein übliches Mundstück 11, welches auch in Form einer Maske ausgebildet sein kann, ist über flexible Einatem- und Ausatemschläuche 12 und 13 mit den öffnungen in dem oberen Teil der Kanisterseitenkammern verbunden, übliche Regulier- bzw. Rückschlagventile sind weiterhin vorgesehen, um einen Strömungsfluß nur in einer Richtung zu erlauben. Der AAisatemschlauch ist mit einem Fitting bzw. Verbundstück 14 verbunden, wodurch er mit einem über der Brust des Tauchers hängenden Ausatemsack 15 in Verbindung steht. Dieser Sack ist mit -einem normalerweise geschlossenen Ausatemrückschlagventil .16 ausgestattet. Der andere Schlauch weist ein ähnliches Verbundstück 17 auf, wodurch er mit einem Einatmungssack 18 verbunden ist. In jede der Seitenkammern J und 8 erstreckt sich schließlich eine an ihrem unteren Ende offene steife Röhre 19 nach unten, wobei das offene Ende vorteilhafterweise in Kammermitte angeordnet ist. Ea befinden sich deshalb auf diese Weise, ungeachtet, ob der ' Taucher aufrechtsteht oder sich in einer Stellung mit dem Kopf nach unten befindet, die offenen Endteile der Röhren 19 immer über einem eventuell in die Kanisterkammern eingedrungenen Wasserinhalt.

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Die offenen Enden jeder Röhre können in einen tassenförmigen Teil 20 auslaufen, wobei die öffnung des tassenförmigen Teils sich in Richtung auf die angrenzenden Schirm- und Filterelemente öffnet. Falls erwünscht, braucht auch nur ein Atemsack verwendet zu werden. Wenn der Taucher in den Kanister ausatmet, bewirkt die in seinem Atem enthaltene Feuchtigkeit, daß die Chemikalie Sauerstoff erzeugt. Zur gleichen Zeit wird das ausgeatmete Kohlendioxyd entfernt. Wird eine Chemikalie, wie beispielsweise KO₂ verwendet, dann ergibt sich die Möglichkeit, daß mehr Sauerstoff erzeugt als verbraucht wird. Die gereinigte Luft zuzüglich des erzeugten Sauerstoffs wird eingeatmet. Ein geringer Anteil der ausgeatmeten Luft entweicht aus dem halbgeschlossenen Kreislauf durch das Auslaß (Druck)-Ventil 16. Dieses Ventil ist ausreichend belastet bzw. vorgespannt, um es den Atemsäcken zu erlauben sich aufzublähen, es ist andererseits jedoch normalerweise durch den Druck des umgebenden Wassers geschlossen.

Bei dem bis jetzt beschriebenen Apparat ist es wahrscheinlich, daß der Partialdruck des Sauerstoffes in dem Atemkreislauf ansteigt, wenn der Taucher durch das Wasser nach unten abtaucht und der Umgebungsdruck ansteigt. Mit dem Ansteigen des Sauerstoffpartialdruckes vergrößert sich jedoch auch die Gefahr einer Sauerstoffvergiftung, welche, wenn der Taucher tief genug steht, sogar bis zur Todesfolge gehen kann. Entsprechend der Erfindung wird diese gefährliche Möglichkeit verhindert, und zwar durch Einbau einer Druckflasche bzw. eines Drucktankes 22 mit einem eine Verdünnung bewirkenden Gas, vorzugsweise mit Helium, in den Atemapparat. Ein weiterer Zweck dieses zusätzlichen Gases liegt darin, das Druckgleichgewicht des Systems bei fortschreitender Tiefe auszugleichen. Dieser zusätzliche Tank kann an dem Boden des Kanisters angebracht sein und ist mit einem Auslaßventil 23 versehen.

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Das Auslaßventil ist über einen Bedarfsregler bzw. ein Bedarfsventil 24 mit dem Einatemschlmich 13 verbunden. Eine solche Verbindung kann dadurch vorgenommen werden, daß der Auslaß des Bedarf sventiles mit Hilfe einer Röhre 25 mit der Kanisterseitenkammer 6 verbunden wird, in welche der Einlaßatemschlauch mündet.

Um einen geringen Sauerstoffvorrat vorzusehen, welcher den ^ Taucher auch dann am Leben erhalten kann, wenn die primären Sauerstoffquellen ausfallen, enthält das Gas in dem Tank Sauerstoff in geringer Konzentration, abhängig von der Tiefe,in welcher der Taucher zu arbeiten hat. Beispielsweise kann die Gasmischung nur etwa 3 % Sauerstoff enthalten bei einer Tiefe von etwa 30 m. Soll der Taucher in noch größere Tiefen hinabtauchen, dann wird sogar noch weniger Sauerstoff verwendet. Jedesmal wenn der Taucher einatmet, verursacht er eine Druckreduktion in dem Einatmungssack 18 und in der damit verbundenen Kanisterkammer 6, wodurch der Bedarfsregler bzw. das Bedarfsventil 24 zu einer öffnung veranlaßt wird und eine impulsartige Gasmischung aus dem Tank dem Atemsystem zugeführt wird. Der Bedarfsregler liefert also mengen- ! mäßig in einem Maße in die Mischung, welches angenähert proportional zu der Arbeitsrate ist. Steigt also der Taucher nach unten, dann nimmt der prozentuale Anteil des Sauerstoffes in dem Atemgas, welches in dem Atemgaskreislauf fließt, ab, und zwar aufgrund der verdünnenden Wirkung der zugefügten Gasmischung und der fortwährenden Entleerung des überschüssigen Sauerstoffes und der ausgeatmeten Luft durch das Auslaßventil, wobei jedoch der tatsächlich Betrag des Sauerstoffes innerhalb des Kreislaufes relativ konstant bleibt, so daß der von dem Taucher mit jedem Atemzug eingeatmete Sauerstoffbetrag im wesentlichen ebenfalls

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gleich ist. Die prozentuale Reduktion des Sauerstoffs hält jedoch den Sauerstoffpartialdruck davon ab, sich bis zu einem gefährlichen Punkt hin aufzubauen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß für die Gasmischung aus dem Tank eine das Bedarfsventil umgebende Leitung 27 vorgesehen ist; diese Bypaßleitung wird von einem von Hand betätigten Nadelventil 28 gesteuert. Dieses Nadelventil kann so eingestellt werden, daß ein ununterbrochenes Einsickern bzw. Eindringen von Gas aus dem Tank in die Kanisterkammer 6 stattfindet, so daß stets ein Minimumvorrat an Sauerstoff für den Taucher verfügbar ist, auch dann, wenn die Chemikalie aus irgendwelchen Gründen keinen Sauerstoff mehr erzeugt. Die Bypaßleitung erlaubt dem Taucher auch, das Ausmaß der Atemsäcke zu bestimmen, indem er diese mehr oder weniger aufbläst.

Sowie sich der Taucher nach oben in Richtung auf die Wasseroberfläche bewegt, nimmt auch der Wasserdruck, welcher die Neigung hatte, das Auslaßventil 16 geschlossen zu halten, ab, wodurch es immer mehr Luft in dem Atemkreislauf ermöglicht wird, auszuströmen, so daß der prozentuale Gehalt an Sauerstoff in dem Kreislauf allmählich ansteigt, bis er den Normalwert an der Meeresoberfläche erreicht hat.

Die in der Tiefe verwendete Sauerstoffverbindung würde wesentlich unterhalb dem 2O3tigen Anteil liegen, welcher notwendig ist, um den Taucher auf Meereshöhe zu versorgen. Während des Aufstieges könnte mit Hilfe einer anderen, nicht dargestellten Sauerstoffflasche Sauerstoff zugefügt werden. Vorzugsweise wird jedoch so

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verfahren, daß das Aufbereitungssystem mit Helium abgeschaltet wird, so daß es der normalen Sauerstoffüberproduktion der Chemikalie ermöglicht wird, den höheren, bei geringeren Tiefen notwendigen Prozentsatz an Sauerstoff bereit zu stellen.

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   \J Unterwasseratemgerät mit einem Kanister mit Ein- und Auslaßleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ein- und Auslaß des Kanisters (1) eine Schicht einer sauerstofferzeugenden und kohlendioxydabsorb'ierenden Chemikalie (9) vorgesehen ist, daß ein Mundstück (11), eine (14) das Mundstück mit dem Kanistereinlaß (12) und eine das Mundstück mit dem Kanisterauslaß verbindende Leitung (13) und ein mit einer der Leitungen und mit einem normalerweise geschlossenen Auslaßrückschlageventil (16) verbundener Atemsack (15) vorgesehen ist, daß weiterhin ein eine Mischung aus Sauerstoff und einem verdünnenden Gas enthaltener Drucktank (2) vorgesehen ist, welcher einen Auslaß und ein den Auslaß mit der Atemeinlaßleitung (13) verbindendes Bedarfsventil (24) aufweist.

   2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von Hand einstellbare Verbindungs- und Stellglieder (27» 28) zur Umgehung des Bedarfsventiles (24) vorgesehen sind, um ein ununterbrochenes Ausströmen eines begrenzten Gasstromes der Sauerstoffmischung mit dem verdünnenden Gas aus dem Tank in die Atemeinlaßleitung zu ermöglichen.

   3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemikalie, in'dem Kanister im Abstand zu den Seitenteilen gehalten ist, wodurch entgegengesetzt angeordnete Seitenkammern (5, 6) gebildet werden, und daß die Einlaß·* und Aualaßöff-

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   nungen des Kanisters mit den Oberteilen der Kammern (5> 6) in Verbindung stehen.

   H. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Atemleitungen in die Seitenkammern (5> 6) erstrecken und an ihren unteren Teilen mit Öffnungen (20) versehen sind, die etwa in Kammermitte angeordnet sind.

   5. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Bedarfsventiles (24) mit der Kanisterkammer (6) in Verbindung steht, die die Auslaßöffnung (8) des Kanisters (1) enthält.

   6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemsack (15) ein mit der Ausatemleitung (14) verbundener Ausatemsack ist.