DE2265397C2

DE2265397C2 - Steuergerät mit einem Druckminderventil für Atemgeräte

Info

Publication number: DE2265397C2
Application number: DE2265397A
Authority: DE
Inventors: David Edwin Santa Barbara Calif. Shonerd
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1971-05-10
Filing date: 1972-05-09
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2139364A5; US3762604A; IT958827B; DE2222634A1; GB1388724A; CA1008335A; JPS5038436B1; DE2222634B2; DE2222634C3

Description

Die Erfindung betriff! ein Steuergerät mit einem Druckminderventil für Atemgeräte, das einen zwischen Hochdruck-Eingang und Niederdruck-Ausgang federnd vorgespannten und längsverschiebbaren Stufenkolben aufweist, wobei der Hochdruck-Eingang einen Zapfen mit Längsbohrung besitzt, die einen ersten Druckraum bildet, und mit einem zweiten Druckraum an der kleinen Kolbenfläche des Stufenkolbens, der mit dem ersten Druckraum und einem dritten Druckraum an der großen Kolbenfläche des Stufenkolbens verbunden ist.

Tragbare Atemgeräte gibt es in vielen Ausführungsformen, die den verschiedenen Anwendungsfällen angepaßt sind. Insbesondere die Feuerwehren oder andere Katastrophenschutz-Organisationen benutzen Atemgeräte, die an Preßluftflaschen ο. dgl. angeschlossen werden und auf diese Weise lange andauernde Tätigkeiten in schädlicher Atmosphäre ermöglichen. Für derartige Atemgeräte ist das eingangs erwähnte Steuergerät bestimmt, das aus der DE-OS 17 08 117 bekannt ist. Das dort beschriebene Reduzierventil bildet die erste Stufe eines zweistufigen Reduziersystems, das die Aufrechterhaltung eines konstanten Mitteldrucks unabhängig von dem in der zugehörigen Luftflasche herrschenden Druck sichern soll. Die anschließende Druckreduktion auf den Umgebungsdruck wird in der zweiten Stufe vorgenommen, so daß an die Konstanz des Mitteldruckes keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden.

Offenbar ebenfalls für die Druckredu^ierung auf einen Mitteldruck ist der in der DE-AS 11 51 997 beschriebene membrangesteuerte Druckminderer bestimmt, bei dessen Konstruktion Wert darauf gelegt wurde, eine Auswirkung von Druckstoßen am Eingang auf den Ausgang zu verhindern. Dieses bekannte Gerät

ίο ist nicht für die Verwendung in tragbaren Atemgeräten bestimmt und aus den einleitend genannten Gründen hierfür auch nicht gut geeignet.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Steuergerät der eingangs genannten Art als einstufiges Reduziersystem für Atemgeräte auszubilden, das an seinem Niederdruck-Ausgang einen konstanten Druck aufweist, der im wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht, wobei das Steuergerät einfach, leicht und preiswert aufgebaut sein sollte.

Bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stufenkolben den Zapfen abgedichtet umgibt, wobei das Innere des Stufenkolbens zusammen mit dem stirnseitigen Ende des Zapfens den zweiten Druckraum bildet, dessen Volumen kleiner als das des dritten Druckraumes ist, daß in der Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum und dem dritten Druckraum ein Ventil liegt, das von einer an dem stirnseitigen Ende des Zapfens vorgesehenen Messerkante und der kleinen Kolbenfläche des Stufenkolbens gebildet ist, daß der dritte Druckraum über eine Drosselbohrung mit dem Niederdruck-Ausgang des Steuergeräts in Verbindung steht, daß die Längsbohrung des Zapfens vor der dem Stufenkolben zugekehrten Stirnseite endet und über Querbohrungen mit dem zweiten Druckraum verbunden ist und daß die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum und dem dritten Druckraum von einer die kleinere und die größere Kolbenfläche des Stufenkolbens verbindenden Längsbohrung gebildet ist.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß stromabwärts von dem dritten Druckraum eine Drosselbohrung mit dem Niederdruck-Ausgang in Verbindung steht und damit in besonders einfacher Weise sicherstellt, daß sich einerseits ein ausreichender Druck zur richtigen Betätigung des Stufenkolbens in der dritten Kammer aufbaut und dadurch gleichzeitig eine stetige Ausgangsströmung erzeugt wird. Man kommt auf diese einfache Weise mit nur einer Reduzierstufe aus, urn den im Atemgas-Behälter vorhandenen Hochdruck von etwa 250 bar, der im Laufe der ca. zehnminütigen Ausströmzeit auf einen Wert von etwa 17 bar absinkt, niederdruckseitig in einen im wesentlichen konstanten Druck von etwa 14 ± 1,4 bar herabzusetzen. Da das erfindungsgemäße Gerät für einen potentiellen Notfall ständig getragen werden soll, ist es besonders wichtig, daß es ein möglichst geringes Gewicht besitzt und kompakt ist. Dies wird durch das einstufige Reduziersystem ebenso erreicht wie ein gegenüber einem zweistufigen System verringerter Platzbedarf und kleineres Gewicht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des Steuergerätes und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das Steuergerät in vergrößertem Maßstab.

Das Steuergerät 26 besitzt ein Metallgehäuse 35 mit zahlreichen Öffnungen, Bohrungen und Kanälen. Es ist

beispielsweise für einen Betriebsdruck von mindestens 350 bar ausgelegt und damit an den üblichen Druck tragbarer Atemgas-Behälter angepaßt An das Metallgehäuse 35 ist ein Metallröhrchen 36 angeschweißt, das an seinem freien Ende eine Gasverschrnubung 37 zum Anschluß an eine Atemgas-Quelle aufweist. Die Innenbohrung des Metallröhrchens 36 steht über verschiedene innere Kanäle im Metallgehäuse 35 einerseits mit einem Einlaß 51 in Verbindung sowie andererseits mit einem Druckminderventil 29.

Ober den Einlaß 51 kann die an das Metallröhrchen 36 angeschlossene Atemgas-Quelle gefüllt werden. Um ein Ausströmen von Atemgas durch den Einlaß 51 zu verhindern, ist ein Kugelventil 44 vorgesehen.

Im Verlauf der inneren Kanäle im Metallgehäuse 35 zwischen dem Metallröhrchen 36 und dem Druckminderventil 29 ist eine Membran 39 angeordnet, die den Durchtritt von Atemgas zum Druckminderventil sperrt. Um das Atemgerät im Notfall sofort einsetzen zu können, ist ein Schnellauslöser vorgesehen. Er weist einen durch eine Feder 54 vorgespannten Schlagbolzen 56 auf, der im Bereich der Membran 39 angespitzt ist und an seinem anderen Ende mit einem Querloch 61 zur Aufnahme eines Sicherungsstiftes 59 versehen ist. Zur Betätigung dieses Schnellauslösers wird der Sicherungsstift 59 aus dem Querloch 61 herausgezogen, worauf der Schlagbolzen unter der Wirkung der Feder 54 mit seinem angespitzten Ende die Membran 39 durchstößt, so daß das Atemgerät zum Druckminderventil 29 strömen kann.

Das Druckminderventil 29 besitzt einen Zapfen 71. der in die Gewindebohrung 69 eingeschraubt und mit einer Axialbohrung versehen ist, die einen ersten Druckraum 72 darstellt und über eine Querbohrung 73 mit einem kleinen zweiten Druckraum 74 in Strömungsverbindung steht. Dieser Druckraum 74 wird zwischen einem Teil der Außenoberfläche des Zapfens 71 und einem Teil einer Innenbohrung in einem beweglichen Stufenkolben 76 gebildet. Das Ende des zylindrischen Oberteils des Zapfens 71 ist zur Bildung einer Messerkante 77 konisch vertieft. Mittels einer Schraubkappe 75, die außen auf den Zapfen 71 aufgeschraubt ist, werden der bewegliche Stufenkolben 76 fixiert und eine Schraubenfeder 78 vorgespannt. An der oberen Stirnfläche des Stufenkolbens 76 befindet sich ein zum Teil in den Kolben, zum Teil in die Schraubkappe eingearbeiteter dritter Druckraum 79, welcher sich fast über die gesamte Stirnfläche des Kolbens 76 erstreckt.

Mittels eines Mutter 27 ist eine den Niederdruck-Ausgang 81 bildende Auslaßverschraubung mit einem konischen Endstück 82 an der Schraubkappe 7 befestigt. Das konische Endstück 82 liegt hierbei gasdicht an einer entsprechenden Innenwand der Schraubkappe 75 an. Eine kleine Drosselbohrung 83 in der Auskßverschraubung verengt deren Gas-Durchströmquerschnitt.

Strömt Gas durch den ersten Druckraum 72 und die Querbohrung 73 im Zapfen 71 in den zweiten Druckraum 74 ein, so gelangt es an der Messerkante 77 vorbei in den relativ größeren dritten Druckraum 79 hinein. Da der Abflußquerschnitt aus dem Druckraum 79 durch die kleine Drosselbohrung 83 begrenzt ist baut sich innerhalb des dritten Druckraumes 79 ein Druck auf, welcher auf die große Stirnfläche des Stufenkolbens 76 wirkt. Übersteigt der Druck die Vorspannung der Schraubenfeder 78, so reduziert sich der Abstand zwischen der Messerkante 77 und der gegenüberliegenden kleinen Kolbenfläche. Eine Verengung des Durchströmquerschniues zwischen Messerkante 77 und der

ίο kleinen Kolbenfläche bewirkt, daß der Gasdruck im dritten Druckraum 79 absinkt Im Betrieb stellt sich schnell ein Gleichgewicht zwischen dem Innendruck im Raum 79 und der Kompression der Druckfeder 78 ein, und der Innendruck im Druckraum 79 bleibt im wesentlichen konstant Das bedeutet, daß auch die Gas-Durchströmmenge durch die kleine Drosselbohrung 83 im wesentlichen konstant bleibt Die Fläche, auf die der Gasdruck innerhalb des kleinen zweiten Druckraumes 74 einwirken kann, ist begrenzt, so daß der Wert des hohen Gasdruckes innerhalb des Druckminderventils 29 nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf den Niederdruck im dritten Druckraum 79 hat.

Das Volumen des dritten Druckraums beträgt weniger als 0,16 cm³, und der Durchmesser der Drosselbohrung 83 beträgt üblicherweise 0,25 mm. Bei diesen Abmessungen baut sich der niedrige Betriebsdruck innerhalb des d -itten Druckraumes 79 sehr schnell auf. Das kleine Volumen dieses Druckraumes 79 erlaubt in Verbindung mit der Drosselbohrung 83 die Verwendung nur einer einzigen Druckreglerstufe; es ist keine Doppelstufe notwendig, man kann also Kosten, Gewicht und Volumen sparen.

Somit bildet das Druckminderventil 29 einen konibinierten Druck- und Durchflußregler, der an seinem Niederdruck-Ausgang 81 einen über einen weiten Druckbereich seines Eingangs hinweg im wesentlichen konstanten Niederdruck-Gasstrom liefert. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel sinkt während des Betriebes der Gasdruck in der Atemgas-Quelle von etwa 250 bar im Laufe einer etwa 10 Minuten langen Betriebszeit auf einen Wert von etwa 17 bar ab. Über diesen weiten Eingangsdruck-Bereich hinweg fließt ein im wesentlichen konstanter Gasstrom aus der Auslaßverschraubung in den Innenraum einer zum Atemgerät gehörigen Haube, um die Atmung des Benutzers aufrechtzuerhalten. Versuche haben gezeigt, daß sich am Niederdruck-Ausgang 81 des Druckminderventils 29 leicht ein Druck von 14 ± 1,4 bar aufrechterhalten läßt.

so während der Eingangsdruck von 350 bar auf 17.5 bar absinkt Das bedeutet einen im wesentlichen konstanten Ausgangsdruck in der Haube, während der Eingangsdruck sich über einen Bereich von 20 zu 1 hinweg verändert. Hätte jedoch der Druckabfall an der Drosselbohrung 83 ein Verhältnis von 20 zu 1, so müßte der Gasstrom anfangs extrem hoch sein, um am Ende der Gesamtbenutzungszeit noch auszureichen, und ein weiterer Nachteil wäre, daß die Gesamtbenutzungszeit des Atemgerätes stark verkürzt würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuergerät mit einem Druckminderventil fur Atemgeräte, das einen zwischen Hochdruck-Eingang und Niederdruck-Ausgang federnd vorgespannten und längsverschiebbaren Stufenkolben aufweist, wobei der Hochdruck-Eingang einen Zapfen mit Längsbohrung besitzt, die einen ersten Druckraum bildet, und mit einem zweiten Druckraum an der kleinen Kolbenfläche des Stufenkolbens, der mit dem ersten Druckraum und einem dritten Druckraum an der großen Kolbenfläche des Stufenkolbens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (76) den Zapfen (71) abgedichtet umgibt, wobei das Innere des Stufenkolbens zusammen mit dem stirnseitigen Ende des Zapfens (71) den zweiten Druckraum (74) bildet, dessen Volumen kleiner als das des dritten Druckraumes (79) ist, das in der Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum (74) und dem dritten Druckraum (79) ein Venti! (76, 77) liegt, das von einer an dem stirnseitigen Ende des Zapfens (71) vorgesehenen Messerkante (77) und der kleinen Kolbenfläche des Stufenkolbens (76) gebildet ist, daß der dritte Druckraum (79) über eine Drosselbohrung (83) mit dem Niederdruck-Ausgang (81) des Steuergeräts in Verbindung steht, daß die Längsbohrung (72) des Zapfens (71) vor der dem Stufenkolben (76) zugekehrten Stirnseite endet und über Querbohrungen (73) mit dem zweiten Druckraum (74) verbunden ist und daß die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum (74) und dem dritten Druckraum (79) von einer die kleinere und die größere Kolbenfläche des Stufenkolbens (76) verbindenden Längsbohrung gebildet ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stufenkolben (76) vorspannende Feder (78) auf einem Querflansch des Zapfens (71) abgestützt ist.