DE2648141A1

DE2648141A1 - Tieftauchsystem mit geschlossenem atemgaskreislauf

Info

Publication number: DE2648141A1
Application number: DE19762648141
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Dr Gelhaus; Wolfgang Dr Ing Lubitzsch
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1976-10-23
Filing date: 1976-10-23
Publication date: 1978-04-27
Also published as: NO773593L; GB1562750A; NO144104B; NO144104C; FR2368403B1; SE7711827L; JPS5383298A; IT1089474B; FR2368403A1; US4195628A; DE2648141C2

Description

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Drägerwerk Aktiengesellschaft

2400 Lübeck, Moislinger Allee 53-55

Tief tauchsystem mit geschlossenem Atemgaskreislauf

Die Erfindung betrifft ein Tieftauchsystem mit geschlossenem Atemgaskreislauf über die Tauchkammer sum Taucher und zurück mit in dem Leitungssystem oberhalb der Wasseroberfläche angeordneter COp-Bindungsanlage, Op-Versorgung und oberhalb der Wasseroberfläche befindlicher Atemgasfördereinrichtung.

Atemphysiologische Gründe erfordern für das Tieftauchen die Verwendung von Gasgemischen, z.B. Sauerstoff-Helium. Bedingt durch den hohen Heliumpreis und häufig schwierige Transportbedingungen und Lagerbedingungen ist eine Atemgasversorgung in einem verlustlosen geschlossenen Kreislauf eine zweckmäßige Lösung. Dabei ist man aus Gründen der Sicherheit für den Taucher bereit, auf dessen Autonomie zu verzichten und ihn zur Atemgasversorgung mittels Versorgungsschläuchen mit der Tauchkammer und darüber hinaus mit einem großen Kreislauf mit an der Oberfläche stationierten Atemgasversorgungseinrichtungen zu verbinden.

Bekannt ist ein Tief tauchsystem für schlauchversorgte Tieftauchgeräte mit geschlossenem Atemkreislauf, bei

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dem ein Raum einer an der Oberfläche aufgestellten Dekonripressionskammer, die unter Wasser befindliche Tauchkammer und der Atemkreislauf des vom Taucher getragenen Tauchgerätes in einem "großen Kreislauf" miteinander verbunden sind. Die Atemgasumwalzeinrichtung ist dabei in der Dekompressionskammer untergebracht. Der Innenraum der Dekompressionskammer steht dabei unter einem Druck, der dem Tauchtiefendruck entspricht. Von der Dekompressionskammer strömt das Atemgas durch in der Atemgasversorgungsanlage angeordnete CO_?-Absorber zur Tauchkammer, tritt teilweise in diese ein und wird teilweise weiter zum Taucher geleitet. Dabei sind die Schläuche des Tauchgerätes über Anschlüsse in der Tauchkammer angekoppelt. Das vom Tauchgerät über die Tauchkammer zurückgeleitete Atemgas tritt wieder in den Raum der Dekompressionskammer ein. Die Atemgasversorgungs- und die Überwachungseinrichtung zur Aufrechterhaltung des gewünschten Sauerstoff-Partialdruckes, zur Absorption von C0„, sowie zur Messung des CO„-Gehaltes sind an der Oberfläche außerhalb des Druckbereiches installiert.

Durch die Anordnung der Atemgasumwalzeinrichtung innerhalb der Deck-Dekompressionskammer ist die Zugänglichkeit der Gasumwälzeinrichtung erschwert, die Wärmeabfuhr schwierig, außerdem ist für die Benutzung der Deck-Dekompressionskammer eine Wärme- und Geräuschbelästigung unvermeidbar. Aus Gründen der Sicherheit sollte man bemüht sein, elektrische Energie aus bemannten Druckkammern fernzuhalten. Eine laufende Überwachung ist nur in Betriebspausen möglich. Die Abhängigkeit des Tieftauchsystems von der Dekompressionskammer macht eine Versorgung der Taucher und der Dekompressionskammer mit einpm optimalen Gasgemisch unmöglich, weil der Tau-

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eher im Wasser aus Sicherheitsgründen mit Gasen mit höherem Sauerstoff-Partialdruck versorgt werden sollte als der Taucher in der Dekompressionskammer, und weil möglicherweise sich gleichzeitig in der Dekompressionskammer aufhaltende Taucher mit einem Atemgemisch unter einem anderen Druck versorgt werden müssen. (G. Haux "Tauchtechnik", Band I, Springer-Verlag 1969).

In einem weiteren bekannten Tauchsystem mit geschlossenem Atemkreislauf wird der Taucher von einer Tauch— kammer als Arbeitsbasis eingesetzt. Er ist über diese durch eine Atemgasversorgungsleitung mit einem an der Oberfläche befindlichen Versorgungssystem verbunden. In der Reihenfolge der Durchströmung gelangt das vom Taucher zurückgeleitete Atemgas an der Oberfläche in einen Sammelbehälter, der auch als Pulsationsdämpfer und Wasserabscheider dient. Der Innendruck liegt unterhalb des beim Taucher herrschenden Wasserdruckes. In ihm wird der Sauerstoffgehalt überwacht und durch Zugabe konstant gehalten. Von dort gelangt das Atemgas zu zwei in einem geschlossenen Kessel angeordneten und mit nachgeschalteten Schalldämpfern ausgerüsteten Pumpen. Die erste saugt das Atemgas vom Taucher über den Sammelbehälter an und drückt es in den Kessel. Dabei wird es wieder auf den Tauchkammerdruck gebracht. Die zweite entnimmt das Atemgas dem Kessel und drückt es über außerhalb gelegene COp-Absorber in einen Speicherbehälter, von wo es wieder dem Taucher zufließt. Der Druck im Innern des Speicherbehälters liegt oberhalb des beim Taucher herrschenden Wasserdruckes, damit der Leitungsarmaturenwiderstand überwunden werden kann. An beiden Pumpen sind als Bypass Sicherheitsventile an-

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geordnet. Sie sorgen für eine gleichmäßige Belastung der Pumpen, indem die nach außen nicht benötigte Fördermenge im Kreislauf innerhalb des Kessels umgewälzt wird. Das vom Speicherbehälter kommende Atemgas gelangt über ein Rückschlagventil und ein Drosselventil in den Taucherhelm. Von dort kehrt es über ein Sicherheitsventil und einen Vordruckregler sowie einen in der Tauchkammer angeordneten Wasserabscheider zum Sammelbehälter zurück. Für Notfälle ist die Tauchkammer mit einem Gasvorrat zur Versorgung des Tauchers versehen.

Nachteilig bei diesem bekannten Tauchsystem ist, daß der Kessel mit den Pumpen auf dem Druck der Tauchkammer - d.h. etwa dem beim Taucher herrschenden Druck gehalten wird. Dazu werden zwei Pumpen benötigt, was einen erhöhten Aufwand bedeutet. Durch die Anordnung der Pumpen in einem druckfesten Kessel ist die Abfuhr der Kompressionswärme sowie der Verlustwärme des Antriebs behindert. Die laufende Überwachung ist schwierig. Sie kann praktisch nur während Betriebspausen, in denen der Kessel drucklos gemacht werden muß, erfolgen. (GB 13 95 934).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tieftauchsystem zu schaffen, das in einfacher Bauweise leicht zu steuern ist und leicht an neue Bedingungen angepaßt werden kann. Ferner soll es leicht in bestehende Tauchkammersysteme integrierbar und wartungsfreundlich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Atemgasfördereinrichtung ein, die zur Umwälzung des Atemgasvolumens des Atemgaskreislaufes notwendige Druckdifferenz erzeugender Verdichter und ein Teil des geschlossenen Leitungssystems ist.

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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der direkt in das Leitungssystem eingebaute, frei zugängliche Verdichter in einfacher Weise die Umwälzung des Atemgasgemisches im Atemgaskreislauf übernimmt. Durch das geringe Eigenvolumen bleibt das gesamte Umwälzvolumen gering. Es ist damit schnell und ohne Verzögerung den wechselnden Bedürfnissen anpaßbar. Eine spezielle Saugpumpe wird nicht benötigt. In der technischen Ausbildung ist das Tieftauchsystem durch seine Einfachheit leicht in bestehende Kammersysteme integrierbar. Die freie Zugänglichkeit des Verdichters macht die Wartung einfach. Sie kann praktisch ohne Unterbrechung des Tauchbetriebes durchgeführt werden. Darüber hinaus ergeben sich weitere Vorteile gegenüber einer Installation in einer Druckkammer. Eine Stromdurchführung oder Trenntransformation sind nicht erforderlich. Erhöhte Plantschverluste im Antriebssystem für den Verdichter treten nicht auf, da der Verdichterantrieb keinem Gas mit erhöhter Dichte ausgesetzt ist. Für den Elektromotor ist eine Kühleinrichtung nicht erforderlich. Die Kühlung des Verdichters ist einfach zu bewerkstelligen. Das bedeutet, daß das Kompressionsverhältnis großzügig gewählt werden kann, was eine einfache und sichere Druckregelung und Kreislaufführung erlaubt und auch die Verwendung lungenautomatischer Systeme gestattet. Eine spezielle Kammer zur Aufnahme des Verdichters ist nicht erforderlich, was Gewichts-und Preisvorteile bedeutet.

In Ausbildung der Erfindung verbindet ein Bypass in seinem Cffnur.gsquerschnitt durch den Druck in dem Leitungssystem vor dem Einlaßstutzen oder hinter dem Auslaßstutzen gesteuert, den Einlaßstutzen und den Auslaßstutzen des Verdichters miteinander. Damit ist in

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technisch vorteilhaft einfacher Weise möglich, daß der Taucher seinen Atemgasbedarf und Spülgasbedarf ohne Beeinträchtigung seines Wohlbefindens durch sich ändernde Drücke oder Widerstände im Atemgasstrom ganz nach Wunsch einstellen kann.

In weiterer Ausbildung ist an das Leitungssystem vor dem Taucherhelm über einen Druckminderer mit einem Hinterdruck, kleiner als der Druck in dem Leitungssystem vor dem Taucherhelm, ein Gasspeicher angeschlossen. Mit dieser Ausrüstung sind in vorteilhafter Weise und sicherer Funktion Möglichkeiten gegeben, bei etwaigen technischen Schwierigkeiten Hilfen zu geben, die dem Taucher auch dann ein Weiterarbeiten oder ein Auftauchen ermöglichen. Mit dieser Einrichtung wird entweder ein etwaiger Atemgasverlust ausgeglichen oder aber es kann im offenen System weitergearbeitet werden.

Zur Überwachung der Atembarkeit des Atemgases sind in einer 3ypass-Leitung in dem Leitungssystem oberhalb der Wasseroberfläche eine COp-Kontrolleinrichtung und eine Op-Kontrol!einrichtung angeordnet. Damit ist in sicherer und unkomplizierter Weise möglich, den COp- und Op-Partialdruck des Atemgases zu messen.

In weiterer Ausbildung ist in dem Leitungssystem ein Druckminderer angeordnet, der vom Tauchtiefendruck angesteuert wird. Dieser Druckminderer erlaubt in einfacher Weise die tiefenunabhäng^ige Atemgasmengenregelung am Taucher und eine sichere Druckregelung im Gesamtsystem.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden durch das Ausführungsbeispiel und die Zeichnung deutlich. Da-

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bei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Tieftauchsystems,

Fig. 2 das Sauerstoff-Regelsystem

Der Taucher, der von einer Tauchkammer 25 als Arbeitsbasis aus eingesetzt wird, wird durch einen von der Tauchkammer 25 und dem Deckdekompressionssystem 38 unabhängigen Atemgaskreislauf mit Atemgas versorgt. Die Versorgung des Tauchers erfolgt im geschlossenen Kreislauf von der Oberfläche aus. Der Kreislauf besteht aus einem Verdichter 1, einem Ölabscheider 8, einem Aktivkohlefilter 9, einem Rückschlagventil 49, einem Pulsationsdämpfer 11, einem O„-Regelsystem 12, einem COp-Absorber 10, einer Durchflußstrecke 53, einem Rückschlagventil 52, einem Druckminderer 50, einem Dosierventil 3, einem Taucherhelm 4, einem Sicherheitsventil 37, einem Vordruckregler 5, einem Wasserabscheider 32, einem PuI-sationsdämpfer 11 und dem Leitungssystem 2, das diese Einzelelemente miteinander verbindet. Der Verdichter 1 besitzt zur Druckhaltung eine kontinuierlich arbeitende Regelung im Bypass 7. Das Sauerstoff-Regelsystem 12 sorgt für den Ersatz des durch den Taucher verbrauchten Sauerstoffes. Es besteht aus 0„-Sensoren 13, die den Sauerstoff-Partialdruck des Kreislaufgases beispielsweise im entspannten Zustand messen, einem Soll-Ist-Vergleicher 14, einem Verstärker 15 sowie einer 0„-Dosiereinrichtung 16.

In Fig. 2 ist der Aufbau des Sauerctoff-Regelsystems 12 wiedergegeben. Der in den großen Atemkreislauf hineinzudosierende Sauerstoff ist in einer Sauerstoff-

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flaschenbatterie 39 gespeichert, wird über ein Flaschenventil 40 entnommen und der Op-Dosiereinrich— tung 16 über die Op-Hochdruckleitung 41 zugeführt. Die Op-Dosiereinrichtung 16 besteht aus den Elementen Druckminderer 42, Op-Leitung 43, 0_-Drossel 44, Op-Leitung 45, Steuerleitung 46, Vordruckregler 47 und Op-Leitung 48. Der Druckminderer 42 reduziert den Sauerstoff druck in der 0 .,-Flaschenbatterie 39 auf einen konstanten Druck in der Op-Leitung 43.

Mit diesem konstanten Druck wird der Sauerstoff der 0_-Drossel 44, die über die Steuerleitung 46 verstellt werden kann, zugeführt. Der Druck hinter der Ο»—Drossel 44 wird über den Vordruckregler 47 konstant gehalten. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß der dem Atemgaskreislauf über die Op-Leitung 48 zugeführte Sauerstoff bezüglich seines Massenstromes in weiten Bereichen vom Systemdruck hinter dem Op-Stellglied bzw. dem Vorratsdruck in der Op-Flaschenbatterie 39 unabhängig wird. Weiterhin wird mit dieser Anordnung erreicht, daß das Druckgefälle zwischen der Op-Hochdruckleitung 41 und der Op-Leitung 48 sehr klein gehalten werden kann, so daß trotz eines hohen Gegendruckes im Atemgaskreislauf und somit auch in der Op-Leitung 48 bei großen Tauchtiefen der Op-Vorrat in der Op-Flaschenbatterie 39 optimal ausgenutzt werden kann.

Der Op-Gehalt des Atemgases wird durch eine Op-Kontrol!einrichtung 35, 58 kontrolliert. Der Sensor 35 dieses Meßsystems bestimmt beispielsweise den Op-Partialdruck des Atemgases unter Tauchtiefendruck, der mit dem Anzeigegerät 58 angezeigt wird. Der Sensor 35 ist an der Oberfläche in einer Bypass-Lei-

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tung 54 angeordnet. In dieser Bypass-Leitung 54 kann mit einer geeigneten Anordnung von Druckreglern und Ventilen 55 der gleiche Druck eingestellt werden, wie er beim Taucher herrscht. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß an der Oberfläche gemessen werden kann und daß eine Umrechnung des gemessenen Partialdruckes vom Meßdruck auf den Tauchtiefendruck entfällt. In der gleichen Bypass-Leitung 54 ist der Sensor 22 für eine CO^-Kontrolleinrichtung 22, 59 eingebaut. Der Meßwert wird mit dem Anzeigegerät 59 angezeigt.

Das Atemgas wird durch den Verdichter 1 auf einen Betriebsdruck gebracht, der um einen ausreichenden Betrag über dem Tauchtiefendruck, unter dem der Taucher arbeitet, liegt. Das so verdichtete Gas wird durch das Leitungssystem 2 und den Druckminderer 50 in der Tauchkammer 25 zum Taucher geführt und über das Dosierventil 3 in den Taucherhelm 4, in dem der Taucher frei atmet, geleitet. Der Druckminderer 50 wird vom Tauchtiefendruck angesteuert. Er erleichtert die Einstellung des Atemgasstromes und vereinfacht die Druckhaltung im Leitungssystem. Die in den Taucherhelm geführte Atemgasmenge ist so groß, daß der CO„-Gehalt im Helm den physiologisch maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Das Atemgas verläßt den Taucherhelm 4 über das Sicherheitsventil 37 und den Vordruckregler 5. Sicherheitsventil 37 und Vordruckregler 5 sind vom Umgebungsdruck angesteuert und sorgen dafür, daß der Helminnendruck stets um einen niedrigen, aber konstanten Wert über dem Umgebungsdruck der Tauchtiefe liegt, unabhängig von der Tiefe und davon, wie groß der Atemgasstrom durch den Taucherhelm am Dosierventil 3 eingestellt ist. Das Sicherheitsventi1 37 sorgt dafür, daß auch bei Versagen des Vordruck-

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reglers 5 im Taucherhelm 4 kein unzulässig hoher Unterdruck zur Umgebung entstehen kann.

Über die Gasrückleitung 6 als Teil des Leitungssystems 2, das mit dem Einlaßstutzen 17 des Verdichters 1 verbunden ist, wird das den Taucherhelm 4 verlassende Atemgas dem Verdichter 1 zugeleitet. Dieses Gas wird bis zum Verdichter 1 nur so weit entspannt, daß ein ausreichendes Druckgefälle für die sichere Funktion des Vordruckreglers 5 am Taucherhelm 4 und zur Überwindung sonstiger Leitungswiderstände vorhanden ist. Der sich so ergebende Druck am Einlaßstutzen 17 wird im Verdichter 1 auf einen einstellbaren Druckwert erhöht.

Die Regelung des Bypasses 7 am Verdichter 1 erfaßt den Druck am Einlaßstutzen 17 über den Fühler 19. Dieser Meßwert wird im Vergleicher 20 mit dem eingestellten Sollwert verglichen.

Bei Unterschreitung des Sollwertes im Einlaßstutzen 17, d.h. bei zunehmendem Schließen des Dosierventils 3 am Taucher, wird der Bypass 7 geöffnet, so daß der Atemgasdurchsatz aus den Teilströmen über das Leitungssystem 2 plus den Atemgasdurchsatz über den Bypass 7 stets gleich dem Atemgasdurchsatz durch den kontinuierlich arbeitenden Verdichter 1 ist.

3ei vorgewähltem Druck am Einlaßstutzen 17 wird sich je nach Atemgasmenge im Gesamtsystem ein bestimmter Druck am Auslaßstutzen 18 einstellen. Ist dieser Druck für den Kreislaufbetrieb zu niedrig, muß Atemgas in entsprechender Menge aus einem Gasspeicher 21 in Form einer Flaschenbattnrie in den Atemgaskreislauf

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zugegeben werden. Dies kann beispielsweise über einen Druckminderer 23 erfolgen, dessen Hinterdruck so eingestellt ist, daß er dem gewünschten Betriebsdruck entspricht.

Hiermit kann auch ein etwaiger Gasverlust und damit verbundener Druckabfall auf der Hochdruckseite des Systems automatisch ausgeglichen werden.

Weiterhin ist es auf diese Weise möglich, ohne besondere Bedienungsmaßnahmen bei Ausfall des Verdichters den Taucher auch im offenen System weiter mit Atemgas aus dem Gasspeicher 21 an der Oberfläche zu versorgen, wobei das Rückschlagventil 49 dafür sorgt, daß kein Atemgas über den Verdichter 1 oder den Bypass 7 zur Niederdruckseite strömt. Gleicherweise wie aus dem Gasspeicher 21 an der Oberfläche kann der Taucher auch aus einem Gasspeicher 24 an der Tauchkammer 25 und einem entsprechenden Druckminderer 26 versorgt werden.

Der COp-Absorber 10 besteht aus zwei parallel geschalteten Kolonnen 31, so daß während des Betriebes ein Wechsel der Absorberfüllung möglich ist. Wasserabscheider 32 sind in der Tauchkammer 25 und an der Oberfläche angeordnet. Sie sollen vermeiden, daß weder Kondenswasser noch Wasser aus dem Taucherhelm 4 in das Kompressor- oder Gasaufbereitungssystem gelangt. Das O~-Regelsystem 12 kann z.B. kontinuierlich arbeiten. Hierbei kann die Messung beispielsweise unter Atmosphärendruck durchgeführt werden. Hierzu wird dem Atemgaskreislauf eine pro Zeiteinheit konstante Menge entnommen und an einem 0„-Sensor 13 vorbeigeführt. Der gemessene Wert wird anschließend mit dem Sollwert, der dem Sauerstoffgehalt des Atemgases entspricht, verglichen. Entsprechend der Soll-Ist-Wert-Abweichung wird die 0,,-Dosier-

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einrichtung 16 betätigt, die unabhängig von Vor- und Hinterdruck den Sauerstoff entsprechend dem Verbrauch des Tauchers in den Kreislauf hineindosiert.

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Claims

Patentansprüche

( 1./Tieftauchsystem mit geschlossenem Atemgaskreis- ^—' lauf über die Tauchkammer zum Taucher und zurück mit in dem Leitungssystem oberhalb der Wasseroberfläche angeordneter CO^-Bindungsanlage, 0„-Versorgung und oberhalb der Wasseroberfläche befindlicher Atemgasfördereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemgasfördereinrichtung ein, die zur Umwälzung des Atemgasvolumens des Atemgaskreislaufes notwendige Druckdifferenz erzeugender Verdichter (1) und ein Teil des geschlossenen Leitungssystems (2) ist.
2. Tieftauchsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass (7) in seinem Öffnungsquerschnitt durch den Druck in dem Leitungssystem (2) vor dem Einlaßstutzen (17) gesteuert, den Einlaß - (17) und den Auslaßstutzen (18) des Verdichters (1) miteinander verbindet.
3. Tieftauchsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass (7) in seinem Öffnungsquerschnitt durch den Druck in dem Leitungssystem (2) hinter dem Auslaßstutzen (18) gesteuert, den Einlaß- (17) und den Auslaßstutzen (18) des Verdichters (1) miteinander verbindet.
4. Tieftauchsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Leitungssystem (2) vor dem Taucherhelm (4) über einen Druckminderer (23, 26) mit einem Hinterdruck, kleiner als der Druck in dem Leitungssystem (2) vor dem Taucherhelm (4), ein Gasspeicher (21, 24) angeschlossen ist.

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5. Tieftauchsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bypass-Leitung (54) in dem Leitungssystem (2) oberhalb der Wasseroberfläche eine CO„-Kontrol!einrichtung (22, 59) angeordnet ist.
6. Tieftauchsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypass-Leitung (54) oberhalb der Wasseroberfläche eine 0_-Kontrollexnrichtung (35, 58) angeordnet ist.
7. Tieftauchsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leitungssystem (2) ein
Druckminderer (50) angeordnet ist, der vom Tauchtiefendruck angesteuert wird.

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