DE2151279B2

DE2151279B2 - Ventilgesteuertes Gasmischgerät für Taucheratmungsgeräte

Info

Publication number: DE2151279B2
Application number: DE2151279A
Authority: DE
Inventors: Goesta H. Tsawwassen B.C. Fahlman (Kanada); Gunnar Vaellingby Lundborg; Johan Eric Hayden Lidingoe Westberg
Original assignee: AGA AB
Current assignee: Interspiro AB
Priority date: 1970-10-15
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1973-09-27
Also published as: GB1362540A; SE344721B; JPS5649794B1; FR2110018A5; DE2151279A1; DE2151279C3; US3788311A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein ventilgesteuertes Gasmischgerät zur selbsttätigen Steuerung des Mengenverhältnisses der zu mischenden Atemgase für Tauchcratmungsgeräte in Abhängigkeit von der Tauchtiefe, das zwischen die Druckregler für die aus Druckbehältern strömenden Gase, Luft bzw. Inertgas als Hauptgits und Sauerstoff als Zusatzgas, nebst einem Druckausgleicher einerseits und eine mit dem Atmungsgerät verbundene Gasmischkamnier anderseits eingeschaltet ist.

Durch ein solches Gerät wird die Versorgung eines Tauchers mit Atemgas geregelt Dabei ist unter »Atemgas« je nach der Tauchtiefe eine ganz unterschiedliche Gasmischung zu verstehen. Bis zu einer Tauchtiefe v_On etwa 10 m genügt die Zuführung normaler Luft, während bei größeren Tauchtiefen mehr oder weniger Zusatzgas, d. h. in der Regel Sauerstoff, zugemischt werden muß. Für noch größere Tauchtiefen kommt als Hauptgas ein Inertgas, beispielsweise Helium, dem als Zusatzgas Sauerstoff zuzumischen ist, in Frage. Zur Änderung der dem Taucher zugeführten Gasmenge dient bei den bisher bekannten Geräten ein von Hand mittels einer Einstellschraube einstellbarer oder auch von einer selbst-

t5 tätig arbeitenden Dosiereinrichtung gesteuerter Druckregler.

Das Tauchen in Wasser bringt es mit sich, daß das vom Taucher eingeatmete Gas einen gegenüber dem Atmosphärendruck höheren Druck aufweisen muß.

so Wird Luft als Atemgas verwendet, dann führt dies insofern zu einer Verkürzung der zur Verfügung stehenden Tauchzeit, als der Taucher nach längerem Aufenthalt in Tauchtiefen über 10 m nur in Etappen wieder auftauchen kann. Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ergab sich, daß der Stickstoff aus der Luft vom Blut in einer von der Zeit abhängigen Menge aufgenommen wird. Der Sättigungsgrad ist dem Partialdruck proportional. Sinkt dieser Druck beim Wiederaufsteigen des Tauchers ab, gibt das Blut den Stickstoff wieder ab. Wenn der Partialdruck des Stickstoffes zu groß (beispielsweise 1,6 ata) ist und das Aufsteigen des Tauchers anschließend zu schnell erfolgt, dann bilden sich im Blut Gasblasen, die das Leben des Tauchers gefährden. Um dies zu vermeiden, muß das Wiederaufsteigen so langsam, d. h.

in Etappen erfolgen, daß der Stickstoff aus dem Blut ohne Gasblasenbildung allmählich entweichen kann.

Es ist bekannt, daß der leiztgenannte Mangel

durch die Verwendung eines Gemisches von Luft und Sauerstoff als Zusatzgas, dessen Anteil mit der Tauchtiefe verändert wird, verringert und in nicht zu großen Tauchtiefen sogar ganz behoben werden kann. Die Zurnischung des Zusatzgases führt zu einer Herabsetzung des Partialdruckes des Stickstoffes. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der Gefahr einer Sauerstoffvergiftung nur begrenzt anwendbar, nämlich bis der Partialdruck des Sauerstoffes einen Wert von 1,8 ata erreicht. Die nachteilige Wirkung des Stickstoffes läßt sich deshalb nur bis zu einer Tauchtiefe von etwa 24 m ganz beheben, wogegen nach Tauchvorgängen in größere Tiefen das Auftauchen nach wie vor in Etappen durchgeführt werden muß, wenn auch in geringerem Ausmaße als bei einer Versorgung des Tauchers nur mit Luft.

Die Sauerstoffzumischung hat nach Vorstehendem mit einem in Abhängigkeit von der Tauchtiefe unterschiedlichen Anteil zu erfolgen, wobei das eingangs genannte Steuergerät zur selbsttätigen richtigen Zumischung des Sauerstoffes oder eines sonstigen Zus;üzgases dient. Nachteilig ist bei einem solchen, z. R. in der deutschen Offenlegungsschrift 1 506 320 beschriebenen Gerät jedoch dessen komplizierter Aufbau mit mehreren, je eine Kurvenscheibe steuernden Membranventilen, wobei die Kurvenscheiben über jeweils einen Getriebe- oder Gestängeniechanismus ein zugeordnetes Regulierventil für den Gasstrom steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die selbsttätige richtige Zumischung des Sauerstoffes zur

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Luft oder einem Inertgas in Abhängigkeit von der Tauchtiefe auf einfachere Weise zu gewährleisten.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem eingangs erwähnten Gerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es als Doppelventil in Form eines Zylinders mit einem auf der einen Seite durch den Gasdruck und auf der anderen Seite durch den Druck des umgebenden Mediums imd einer Druckfeder beaufschlagten Steuerkolben ausgebildet ist.

Ein solches, durch einen beiderseits beaufschlagten Steuerkolben gesteuertes Doppelventil ist außerordentlich einfach aufgebaut und umfaßt über die genannte Druckfeder hinaus lediglich einen einzigen, zusammenhängend beweglichen Steuerteil für beide Ventile, woraus sich zugleich eine sehr zuverlässige und genaue

Wirkung ergibt.

Durch die schwedische Auslegeschrht 305 720 ist zwar beieks ein Gerät zur Steuerung der Gasmischung für Taucheratmungsgeräte, welches ein Doppelventil aufweist, bekanntgewoiden. Dieses Doppelventil gestattet jedoch keine selbsttätige Ventilsteuerung und ist desnalh yuch nicht durch den Druck des umgebenden Mediums beaufschlagt. Vielmehr wird ein an seinen beiden Enden zugleich die Abschlußkörper der beiden Ventile bildender Steuerkolben über eine Spindel von Hand eingestelli. Die vorliegende Erfindung konnte deshalb durch diese vorbekannte Konstruktion nicht nahegelegt werden.

Damit dem Taucher auf jeden Fall ständig Hauptgas zur Verfügung steht, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem vom Hauptgas beaufschlagten Teil des Druckausgleichen und der Gasmischkammer eine das Doppelventil umgehende Verbindungsleitung mit einer Drosselsteile vorgesehen, über die dem Taucher stets eine gewisse Hauptgasmenge zugeführt wird.

Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive, insbesondere das Doppelventil betreffende Einzelheiten des erfindungsgemäßen Gasmischgerätes. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise <

veranschaulicht; es zeigt

Fig. 1 ein das optimale Mischungsverhältnis zwischen Sauerstoff und Stickstoff in Abhängigkeit von der Tauchtiefe veranschaulichendes Diagramm,

F i g. 2 eine Ausführungsform des Gasmischgerätes in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine konstruktive Auiführungsform des Gasmischgerätes nach Fig. 2, im Schnitt.

Das in F i g. 1 dargestellte Diagramm zei»t über der die Tauchtiefe H_m wiedergebenden Abszisse einen bis auf 100°_;o Sauerstoff ansteigenden Zumischungsgrad von Sauerstoff zu Stickstoff. Die Kurve O veranschaulicht den in Abhängigkeit von der Tauchtiefe höchstzulässigen Sauerstoffanteil, bei dem gerade noch keine Vergiftungserscheinungen auftreten, während die außerdem dargestellte Kurve N in Abhängigkeit von der lauchtiefe den höchstzulässigen Stickstoff anteil des Gasgemisches veranschaulicht, bei dem gerade noch ein fortlaufendes Auftauchen (ohne Etappen) möglich

ist.

Das Diagramm enthält weiterhin eine dick ausgezogene Kurve mit Abschnitten /I, /J und C, die das einer Tauchtiefe jeweils zugeordnete optimale Mischungsverhältnis O₂ZN₂ veranschaulicht. Der einer Tauchtiefe bis etwa 10 m zugeordnete Abschnitt A entspricht dem normalen Mischungsverhältnis von Luft, welche in dieser geringen Tauchtiefe am einfachsten und ohne jede physiologische Bedenken verwendet werden kann. ^^J^

10 und 24 m zugeordnete Abschnitt* veri^a

dem dortigen Verlauf der Kurve:N bisi zurKre _&_

stelle zwischen dieser Kurve ^u"^d^ ^„ehmender

sem Bereich wird der ^^^X^nU wie es Tauchtiefe in ^em solchen Maße ™f _eines

mit Rücksicht auf die Kurve Λ'zur _Dabei

Auftauchens in Etappen gerade ™* f *^g _Maximuin, ergibt sich jedoch bei 24 m Tauchtiefe ein wax

„ weil bei einer weiteren Steigen«« des O₂ A^ ^ Gefahr einer Sauerstoffvergiftung §^eS^eDen _{alb an de}n

Abschnitt B nach größeren Tauchtt« _Q

schnitt C an, der dem dortigen N ^^{ut a} _{ffanteil mit}

folgt. Wie ersichtlich muß dSagrg^ ^_Γ weiter zunehmender T^Stvergiftungen auszuveningert werden, um ^balf ™"" °_B _nacn größeren schließen. Da der an den Ab*h™ttÄ nach g^ ^ Tauchtiefen hin anschließende J^ _{{tauchen aus}

über dem Abschnitt C' ^^Tauchzriten auch di«en größeren Tiefen he ,lange _mäß

als Atemgas notwendig ware. _Zejten

Die für ein yederaufstegn jmzuha ^^

sind in verschiedenen ^kaimten _des Tauchers gelegt. Erfolgt die Aj^^^ _Kurve ABC 3o mit einem Gasgemisch entsprechena ^^

gemäß F i g. 1, dann können ⁰V" _werden.

angegebenen Zeiten betrachth* herabg^ ^ ^ ^ In F i g. 1 'st entlang der Abszisse ^

Kurve ABC gültigen TauchtieienskaU » ₃₅ weitere Tauch.iefenskala W« d«js ^^ _g Tauchen mit reiner Luft ^zu£?™ _hervor% daß ein beispielsweise, wie bereits ^^₅₇₁₁ einer Tauch-Wiederaufsteigen ohne Etapper nur bis - _γοη

tiefe von 10m möglich^st Be. emer 1 _M]schungs.

Luft gehalten

werden.

*s Nimmt man einen Aufenthalt von einer Stunde in einer Tauchtiefe von 25 m an, so muß für das etappenweise Wiederauftauchen einerseits bei einer Versorgung des Tauchers mit reiner Luft und andersei's bei

^.,_t Tnnchers mit einem Gasgemisch

folgende Zeit aufgewen-

Erster Tauchgang.
6o Zweiter Tauchgang
am gleichen Tag .

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Gasmischgerät 65 wird das normalerweise aus Luft bestehende Hauptgas 1 von einem (nicht dargestellten) Luftverdichter oder Ci'uckluftbehältcr her einem von Hand einstellbaren Druckregler 11 zugeführt, während ein norma-

lerweise aus Sauerstoff bestehendes, von einem Sauerstoffbehälter her zugeführtes Zusatzgas 2 einem weiteren, vom austrittsseitigen Druck des Druckreglers 11 her geregelten Druckregler 21 zugeführt wird. Das Hauptgas 1 gelangt vom Druckregler 11 über ein an der einen Seite eines Druckausgleichers 3 befindliches Ventil 12 zu einem Ventil 13, das Bestandteil eines nachstehend noch näher beschriebenen Doppelventils 4 ist. Vom Ventil 13 gelangt das Hauptgas weiterhin zu einer Gasmischkammer 5.

Das Zusatzgas 2 gelangt über den Druckregler 21 und ein an der anderen Seite des Druckausgleichers 3 befindliches Ventil 22 zu dem anderen Ventil 23 des Doppelventils 4. Von dort gelangt es ebenfalls zur Gasmischkammer 5, in welcher das Hauptgas (,Luft) und das Zusatzgas (Sauerstoff) gemischt werden, woraufhin das Gasgemisch über einen Auslaß 6 in üblicher, nicht dargestellter Weise zum Taucheratmungsgerät weitergeleitet wird.

Die Handeinstellung des Druckreglers 11 dient zur Einstellung der dem Taucher zugeführten Gasmenge. Der Druckregler 11 ist außerdem über eine Leitung L₁ durch den am Auslaß 6 herrschenden Gasdruck und anderseits über eine zugleich zur Beaufschlagung des Druckreglers 21 dienende Leitung L₁ von seinem austrittsseitigen Druck beaufschlagt. Der Beaufschlagung des Druckreglers 21 über die Leitung L₂ wirkt dessen weitere Beaufschlagung durch seinen eigenen austrittsseitigen Druck über eine weitere Leitung L₃ entgegen. Durch eine solche Steuerung des Druckreglers 21 ist es ausgeschlossen, daß dem Taucher etwa nur reiner Sauerstoff zugeführt wird.

Der Druckausgleicher 3 weist einen Zylinder 31 mit einem darin geführten Kolben 32 auf, der einerseits über eine Leitung L₁ vom Hauptgasdruck und anderseits über eine Leitung L₅ vom Druck des Zusatzgases beaufschlagt ist. Er ist über beiderseits von ihm ausgehende Kolbenstangen mit den beiden Ventilen 12 und 22 verbunden, die damit in der Hauptgasleitung und in der Zusatzgasleitung für einen Druckausgleich sorgen.

Das Doppelventil 4 besteht gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Zylinder mit einem darin geführten Steuerkolben 42, der einerseits im Zylinderteil 44 über eine von der Leitung L₁ abgezweigte Leitung L₆ vom Druck des dem Taucher zugeführten Gasgemisches und anderseits im Zylinderteil 41 über eine Leitung L₇ von dem das Gasmischgerät umgebenden Umgebungsdruck sowie durch eine Federkraft beaufschlagt ist. Der Kolben 42 ist durch beiderseits von ihm ausgehende Kolbenstangen sowohl mit dem Ventil 13 als auch mit dem Ventil 23 verbunden, wodurch das Mischungsverhältnis der Gasmischung in Abhängigkeit vom Druck des Gasgemisches am Auslaß 6 selbsttätig geregelt wird. Da der Druck des dem Taucher zugeführten Gasgemisches der jeweiligen Tauchtiefe proportional ist. erfolgt die Regelung des Mischungsverhältnisses der beiden Gase somit in Abhängigkeit von der jeweiligen Tauchtiefe.

Damit jederzeit die fortlaufende Zuführung einer gewissen Luftmenge zum Taucher gesichcu ist, ist das Ventil 13 von einer Umgehungsleitung L₈ umgangen, in der sich eine Drossel S₁ befindet.

Die vom Taucher erreichte jeweilige Tiefe kann von diesem an einem an den Auslaß 6 angeschlossenen, in m geeichten Druckmeßgerät 7 abgelesen werden.

Damit dem Taucher gewünschtenfalls und insbesondere für den etwaigen Fall, daß das Gasmischgerät aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte, reines Hauptgas (Luft) zugeführt werden kann, ist noch eine in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Zuführungsleitung L₉ vorgesehen, in der ein bei Nichtgebrauch geschlossenes Ventil V₁ vorgesehen ist. Bei geöffnetem Ventil K₁ werden zweckmäßig in der Hauptgasleitung bzw. in der von der Gasmischkammer 5 ausgehenden Austrittsleitung befindliche weitere Ventile K₂ und K₃ ge- schlossen.

Bei der in F i g. 3 dargestellten konstruktiven Ausführungsform des Gerätes gemäß F i g. 2 sind großenteils dieser entsprechende, mit gleichen Bezugszahlen wie in F i g. 2 gekennzeichnete Bestandteile verwendet.

Wie ersichtlich, sind in F i g. 3 die beiden Druckregler 11 und 21 als Membrandruckregler ausgebildet, wobei die Membrane des Druckreglers II einerseits außer vom ankommenden Hauptgasdruck noch durch eine Federkraft und anderseits außer von dem in der

ao Leitung L₁ herrschenden Gasdruck noch durch eine weitere Feder beaufschlagt ist, deren Vorspannung durch ein von außen bedienbares Handrad 111 einstellbar ist. Die Membrane des Druckreglers 21 ist an der Eintrittsstelle des Zusatzgases (Sauerstoff) noch

as durch eine Federkraft beaufschlagt, während die andere Seite der Membrane entsprechend F i g. 2 über die Leitung L₂ vom austrittsseitigen Druck des Druckreglers 11 beaufschlagt ist.
Der Steuerkolben' 42 des Doppelventils 4 ist in

Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 auf seiner einen über die Leitung L₇ an den Umgebungsdruck angeschlossenen Seite zusätzlich durch eine Federkraft beaufschlagt. Anderseits des Steuerkolbens 42 schließt hier axial jedoch eine an diesem festgelegte Schieberhülse 43 an, die dicht in einem an den Zylinderteil 41 für den Kolben anschließenden Zylinderteil geringeren Durchmessers 44 geführt ist. Der Zylinderteil 44 weif* in seiner Längsrichtung etwa gleichmäßig verteilt vier voneinander getrennte ringnutförrnige Ausnehmungen 441. 442, 443 und 444 auf, von denen die vom Steuerkolben 42 am weitesten abgelegene Ausnehmung 441 mit der vom DruckausgleicherS ausgehenden Hauptgasleitung und die benachbarte Ausnehmung 442 mit der üasmischkammer 5 verbunden ist. Die darauffolgende Ausnehmung 443 ist an die vom Druckausgleicher 3 ausgehende Zusatzgasleitung und die dem Steuerkolben 42 nächstgelegene Ausnehmung 444 wiederum an die Gasmischkammer 5 angeschlossen.

Das Innere der Schieberhülse 43 ist durch eine mittlere Zwischenwand 430 in zwei Schieberkammern 43 a und 43Z) unterteilt, von denen die gegenüber dem Steuerkolben 42 äußere Schieberkammer 43 a an ihrem äußeren Ende offen ist. Die Schieberkammer 436 ist demgegenüber an ihrem äußeren Ende durch den dort dicht anschließenden Steuerkolben 42 geschlossen.

In der zylindrischen Wand der Schiebsrhülse 43 befinden sich im Bereich der Schieberkammer 43 a zwei Steuerschlitze 431 und 432, die beide zur Zusammenwirkung mit der Ausnehmung 442 bestimmt sind, während die Schieberhülse 43 im Bereich der Schieberkammer 436 zwei weitere Steuerschütze 433 und 434 aufweist, von denen die erstgenannte mit der Ausnehmung 443 und die letztgenannte mit der Ausnehmung 444 zusammenwirkt. Durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Schieberhülse 43 ergeben sich von den genannten Steuerschlitzen zu den genannten Ausnehmungen entsprechend größer oder kleiner

die der satzgases beaufschlagt, der dem Druck der Gas

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des

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Zusatzgas

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventilgesteuertes Gasmischgerät zur selbsttätigen Steuerung des Mengenverhältnisses der zu mischenden Atemgase für Taucheratmungsgeräte in Abhängigkeit von der Tauchtiefe, das zwischen die Druckregler für die aus Druckbehältern strömenden Gase, Luft bzw. Inertgas als Hauptgas und Sauerstoff als Zusatzgas, nebst einem Druckausgleicher einerseits und eine mit dem Atmungsgerät verbundene Gasmischkammer anderseits eingeschaltet ist,dadurch gekennzeichnet, daß es als Doppelventil (4) in Form eines Zylinders (41, 44) mit einem auf der einen Seite (44) durch den Gasdruck und auf der anderen Seite (41) durch den Druck des umgebenden Mediums und einer Druckfeder beaufschlagten Steuerkolben (42) ausgebildet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (42) auf der Seite des Gasgemisches eine an ihrem freien Ende offene Schieberhülse (43) mit einer Zwischenwand (430) trägt, die dicht in einem an den dem Kolben zugeordneten Zylinderteil (41) anschließenden Zylinderteil (44) geringeren Durchmessers geführt ist. der in axialem Abstand mit ringnutförmigen Ausnehmungen (441, 442) für den Ein- und Auslaß des Hauptgases (1) und mit ringnutförmigen Ausnehmungen (443, 444) für den Ein- und Auslaß des Zusatzgases (2), die jeweils vom Druckausgleicher (3) zur Gasmischkammer (5) strömen, versehen ist, und daß die an dem freien Ende durch die Zwischenwand (430) gebildete offene Schieberkammer (43a) den Ausnehmungen (441. 442) für das Hauptgas zugeordnete Steuerschlitze (431, 432) und die durch die Zwischenwand (430) am kolbenseitigen Ende gebildete geschlossene Schieberkammer (43Λ) den Ausnehmungen (443, 444) für das Zusatzgas zugeordnete Steuerschlitze (433, 434) aufweist, wobei mittels der Steuerschlitze (431, 432; 433, 434) jeweils die zugeordneten Leitungen für Haupt- und Zusatzgas verbindbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vom Hauptgas (1) beaufschlagten Teil des Druckausgleichers (3) und der Gasmischkammer (5) eine das Doppelventil (4) umgehende Verbindungsleitung (L₈) mit einer Drosselstelle (S₁) vorgesehen ist.

4. Gerät nach Anspruch ] bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischkammer (5) in an sich bekannter Weise zugleich als Gerät zur Anzeige des Mengenverhältnisses der in ihm zusammenströmenden Atemgase ausgebildet ist.