DE3602724C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warnvorrichtung für Atem­ schutz- und Tauchgeräte zur Anzeige des zur Neige gehenden Atemgas-Vorrates in mitgeführten Atemgasflaschen, wobei ein federbelastetes, vom Flaschendruck gesteuertes Ventil bei Unterschreiten eines bestimmten Flaschendruckes die Atemgaszufuhr zum Benutzer zumindest drosselt und dieses Ventil sodann aus seiner Drossel- oder Geschlossen­ stellung in die Offenstellung rückführbar ist.

Bei Atemschutz und Tauchgeräten besteht grundsätzlich das Bedürfnis, den Benutzer zu warnen, wenn der Vorrat in der Atemgasflasche einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Als Maßstab für den Gasvorrat wird der Druck im Hoch­ druckkreis, also zwischen Gasflasche und Druckminderer her­ angezogen.

Bekannte Warnvorrichtungen, wie sie eingangs beschrie­ ben worden sind, arbeiten in der Weise, daß bei nach­ lassendem Flaschendruck ein in der Gas-Zuführleitung zum Benutzer eingebautes Ventil allmählich in die Schließstellung geht. Dadurch nimmt der Einatemwider­ stand für den Benutzer immer stärker zu, bis er schließ­ lich gezwungen ist, das Ventil manuell wieder in die Offenstellung zurückzuführen. Das Ventil bleibt in dieser Stellung stehen und der Benutzer kann dann mit normalem Einatemwiderstand weiteratmen. Durch die er­ zwungene Umschaltung des Ventils weiß er, daß er jetzt aus der Gasreserve atmet und die Gasflasche nach einer bestimmten Zeit wechseln muß, vergleiche DE-OS 34 26 143.

Nachteilig an dieser Warnvorrichtung ist die manuelle Ventilumschaltung. Ist der Benutzer nämlich zu diesem Zeitpunkt nicht voll reaktionsfähig, sei es, daß er ohn­ mächtig ist oder daß er verschüttet ist und die Hände nicht benützen kann, so schreitet die als Warnung ge­ dachte Erhöhung des Einatemwiderstandes fort. Der Be­ nutzer erstickt, obwohl noch eine nicht unerhebliche Restgasmenge in der Gasflasche enthalten ist.

Aus diesem Grund sind derartige Warnvorrichtungen für die Feuerwehr in Deutschland verboten. Dort wird statt dessen eine akustische Warneinrichtung verwendet, etwa indem das Atemgas durch eine Signalpfeife strömt, wenn der Flaschendruck ein bestimmtes Maß unterschreitet. Eine derartige akustische Warnvorrichtung ist jedoch für Tauchgeräte nicht geeignet.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Warnvorrichtungen besteht darin, daß durch unbeabsichtigtes Anstoßen die Warneinrichtung abgeschaltet wird. Beträgt dabei der Flaschendruck noch über 100 bar, so schaltet sich die Warnvorrichtung automatisch wieder ein. Bei einem ge­ ringeren Flaschendruck jedoch nicht mehr. Der Benutzer atmet dann die Flasche ohne Vorwarnung leer, was zu lebensgefährlichen Situationen führen kann.

Daneben ist durch die DE-A 23 44 150 ein Atemschutzgerät mit automatischer Einschaltung der Warneinrichtung bekannt. Sinkt bei diesem Gerät der Vorratsdruck unter einen vorge­ gebenen Wert, so schließt sich das bis dahin für die Atem­ gasströmung verantwortliche Regelventil und statt dessen öffnet sich ein sogenanntes Alarmventil. Damit der Benut­ zer dies erkennt, ist das Alarmventil so ausgelegt, daß es bei jedem Einatmen unter Schnappwirkung schlagar­ tig öffnet, so daß der Benutzer einen plötzlichen Druck­ stoß wahrnimmt. Diese sich wiederholenden Druckstöße sind jedoch für den Nutzer äußerst unangenehm: er spürt zu­ nächst einen verstärkten Einatemwiderstand, bis das Alarm­ ventil aufgeht, und danach nimmt der Druck schlagartig zu. Diese Druckcharakteristik steht in krassem Gegensatz zu dem atemphysiologisch gewünschten Verhalten. Hinzu kommt, daß die Benutzer von Atemschutzgeräten während ihres Ein­ satzes unter erhöhter Anspannung und Streß stehen, so daß sich die beschriebene Druckcharakteristik besonders nega­ tiv auswirkt. Der Benutzer ist praktisch nicht mehr in der Lage, den Restgasvorrat ungestört auszunützen.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die eingangs beschriebene Warnvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie bei gleichbleibender Eignung sowohl für Atemschutz- wie auch für Tauchgeräte ohne die bisher notwendige manuelle Abschaltung aus­ kommt. Dabei soll der Benutzer weiterhin durch erhöhten Einatemwiderstand über den zur Neige gehenden Atemgas­ vorrat informiert werden. Befindet er sich jedoch in einer Notlage, soll er ohne manuelles Tätigwerden die Gasflasche leeratmen können. Außerdem soll auch ein versehentliches Abschalten der Warnvorrichtung ausge­ schlossen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das genannte Ventil in Wirkverbindung mit einem Schaltkolben steht, daß dieser Schaltkolben durch eine Feder im Öffnungssinn belastet ist und daß ein den Schaltkolben im Schließsinn belastender Druck­ raum mit dem in Strömungsrichtung hinter dem Ventil sich einstellenden Druck beaufschlagt ist.

Auf diese Weise ergibt sich eine nur kurzfristige Erhöhung des Einatem-Widerstandes. Denn die sich hinter dem zugehenden Ventil einstellende Druckab­ nahme pflanzt sich in den Druckraum über dem Schalt­ kolben fort. Der Druck ist daher nicht mehr in der Lage, den Schaltkolben entgegen der auf ihn wirkenden Federkraft in der zurückgeschobenen Position zu halten, vielmehr drückt die Feder den Schaltkolben im Öffnungs­ sinn des Ventiles und damit das Ventil selbst in die Offenstellung. Der Benutzer wird also wie bisher durch Erhöhung des Einatemwiderstandes auf den nachlassenden Atemgasvorrat aufmerksam gemacht, er braucht jedoch keine Hebel oder dergleichen umzulegen, um den Atem­ widerstand wieder zu normalisieren.

Da ein manueller Betätigungshebel für das Umschalten des Ventils nicht mehr notwendig ist, besteht auch keine Gefahr mehr, daß die Warnvorrichtung durch ver­ sehentliches Anstoßen oder Hängenbleiben unbemerkt abgeschaltet wird.

Für die Einwirkung des Schaltkolbens auf das Ventil bieten sich verschiedene konstruktive Möglichkeiten. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Schaltkolben als Stößel ausgebildet und in Schließrichtung des Ventils in dessen koaxialer Verlängerung angeordnet ist. Dadurch entfallen Übersetzungshebel, und man kommt auch zu einer sehr kompakten Bauweise.

Um Atemgasverluste aus der Warnvorrichtung gering zu halten, empfiehlt es sich, daß der Schaltkolben in seiner zurückgezogenen Ruhestellung den Druckraum zur Umgebung hin abdichtet. Dazu können übliche Dichtungs­ ringe verwendet werden.

Damit die auf den Schaltkolben einwirkende Feder keine so hohe Druckkraft ausüben muß, empfiehlt es sich, daß der Schaltkolben in seiner vorgeschobenen, das Ventil offenhaltenden Stellung den Druckraum gegenüber dem hinter dem Ventil sich einstellenden Druck abdichtet.

Schließlich kann es zweckmäßig sein, daß der Schalt­ kolben mit einem manuell zu betätigendem Griff in ein­ seitiger Wirkverbindung im Sinne einer Ventilöffnung steht. Dadurch ist einerseits von außen sofort die Stellung des Schaltkolbens sichtbar. Zum anderen ist jederzeit eine manuelle Notbetätigung möglich. Durch eine entsprechend groß dimensionierte Druckfläche des Schaltkolbens kann sichergestellt werden, daß ein manuelles Umschalten nur dann möglich ist, wenn der Druck im Atemkreis nur noch geringfügig über 1 bar liegt. Ein unbeabsichtigtes Umschalten ist also ausgeschlossen.

Das Ventil selbst kann wahlweise in den Hochdruck- oder in den Mitteldruck-Kreis eingebaut sein. Bei der erst­ genannten Alternative spart man einen Leitungsanschluß.

Der Anmeldungsgegenstand wird in der nachfolgenden Beschreibung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung dargestellt; dabei zeigt

Fig. 1 eine in den Hochdruck-Kreis eingebaute Warnvorrichtung im Längsschnitt bei gefüllter Atemgasflasche,

Fig. 2 die gleiche Vorrichtung in der Reserve­ schaltung,

Fig. 3 eine in den Mitteldruck-Kreis eingebaute Warnvorrichtung im Längsschnitt.

Wie die Figuren zeigen, ist in einem Ventilgehäuse 1 ein Ventil 2 und koaxial darüber ein Schaltkolben 3 angeordnet. Das Ventil 2 weist einen Ventilkegel 2 a auf und wird durch eine Druckfeder 4 in Richtung auf den Ventilsitz 5 belastet. Dieses Ventil ist in die Hochdruck­ leitung des Atemschutz- oder Tauchgerätes eingebaut. Die zu- und abgehende Leitung ist jeweils mit dem Symbol HD bezeichnet.

Der Ventilkegel 2 a läuft nach oben in einer Verlängerung 2 b aus, die in einer O-Ringdichtung 6 gegenüber der Um­ gebung abgedichtet ist. Entsprechend ist auch der an der anderen Seite des Ventilkegels 2 a befindliche Ventil­ schaft durch eine O-Ringdichtung 7 gegenüber der Umge­ bung abgedichtet. Wesentlich ist, daß der Ventilquerschnitt an der Dichtung 6 kleiner als an der Dichtung 7 ist, so daß der Hochdruck im Ventilraum eine Kraftkomponente nach unten, entgegen der Feder 4 erzeugt. Die Stärke der Feder 4 ist so bemessen, daß das Ventil 2 bei einem Druck oberhalb von etwa 40 bar in der gezeichneten Offenstellung gehalten wird.

Der Stellkolben 3, der eine vergleichsweise große Kolbenfläche aufweist, wird durch eine Druckfeder 8 nach unten, also im Öffnungssinn des Ventils 4 belastet. Gegenüber der Feder 8 weist der Schaltkolben 3 einen koaxialen Stößel 9 auf, der sich bis nahe zu dem Ventilfortsatz 2 b erstreckt. Dieser Stößel 9 ist durch eine O-Ringdichtung 10 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Er durchquert einen Druckraum 11, der durch einen Kanal 12 an die Hochdruckleitung angeschlossen ist, jedoch in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Ventil 2. Dabei mündet der Verbindungskanal 12 nicht unmittelbar in den Druckraum 11, sondern erst über eine Gehäuseeinschnürung 13. Mit dieser Gehäuseeinschnürung 13 korrespondiert ein in den Stößel 9 eingelassener O-Dichtungsring 14.

Auf der dem Druckraum 11 gegenüberliegenden Seite liegt der Schaltkolben 3 an einem Dichtring 15 an und erzeugt dadurch einen Abschluß des Druckraumes 11 gegenüber der Umgebung.

Schließlich ist noch der Zwischenraum 16 zwischen dem Ventilfortsatz 2 b und dem Stößel 9 über einen Kanal 17 an die Umgebung angeschlossen.

Die Funktion ist folgende: Sinkt der Flaschendruck unter einen vorgegebenen Wert, etwa 40 bar, ab, so vermag die Feder 4 das Ventil 2 in die Geschlossenstellung zu schieben. Der Benutzer atmet dann von dem hinter dem Ventil befindlichen Gasvorrat, der relativ gering ist. Der Druck nimmt dadurch rasch ab. Ist im Atemkreis der Umgebungsdruck erreicht, so beginnt der Benutzer einen sich rasch erhöhenden Einatem­ widerstand zu spüren, weil der Druck in der Atemmaske unter den Umgebungsdruck abfällt. Dieser abnehmende Druck macht sich auch im Druckraum 11 über dem Schaltkolben 3 bemerkbar. Er ist nicht mehr in der Lage, der Feder 8 das Gleichgewicht zu halten, so daß der Schaltkolben 3 nach unten gedrückt wird. Er stößt dann am oberen Ende des in der Geschlossen­ stellung befindlichen Ventiles 2 an und drückt dieses in die Offenstellung zurück.

Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei dringt der O-Dichtungsring 14 des Stößels 9 in die Einschnürung 13 ein und führt dort zu einer Abdichtung. Dies hat zur Folge, daß der sich durch die Öffnung des Ventils 2 wieder schlagartig erhöhende Druck im Hochdruckkreis nicht mehr auf die relativ große Fläche des Schaltkolbens 3, sondern nur noch auf die kleinere Querschnittsfläche des Stößels 9 wirkt. Man kann dadurch eine relativ schwache Druckfeder 8 verwenden, um den Schaltkolben 3 weiterhin in der vorgeschobenen, das Ventil 2 in der Offenstellung haltenden Position zu halten.

Evtl. Undichtigkeiten des Systems gelangen über den Kanal 17 in das Innere eines Balges 18. Von dort können sie über ein Rückschlagventil 19, das durch den elastisch angedrückten Balgrand gebildet wird, ins Freie entweichen.

Schließlich ist in Fig. 1 noch ein Hebel 20 zur Notbetätigung des Ventils dargestellt. Dieser Hebel 20 ist schwenkbar am Ventilgehäuse gelagert und drückt über einen Nocken auf das obere Ende einer zentralen Verlängerung des Schaltkolbens 3. Dadurch läßt sich notfalls auch von Hand das Ventil 2 jeder­ zeit in die Offenstellung drücken. Eine versehentliche Be­ tätigung durch Anstoßen oder Hängenbleiben des Hebels 20 ist unkritisch, weil er durch die große wirksame Kolbenfläche des Schaltkolbens 3 sofort wieder in die Ruhestellung zurück­ geschwenkt würde.

Ebenso ist es ausgeschlossen, daß der Hebel 20 durch unbe­ absichtigtes Anstoßen das Ventil 2 in die Geschlossenstellung drückt, da die Wirkverbindung zwischen dem Hebel 20 und dem Schaltkolben 3 nur Druckkräfte überträgt.

Fig. 3 zeigt dasselbe Prinzip mit dem einzigen Unterschied, daß das Ventil 2 nicht die Hochdruckleitung, sondern die Mitteldruckleitung drosselt bzw. schließt. Da die Steuerung des Ventils jedoch nach wie vor in Abhängigkeit des Flaschen­ druckes erfolgt, ist hier eine zusätzliche O-Ringdichtung 21 zwischen dem Hochdruckbereich des Ventilschaftes und dem Mitteldruckbereich des Ventilkegels notwendig. Die wirksame Ventilfläche im Bereich der Dichtung 21 muß kleiner als die im Bereich der Dichtung 7 gewählt werden, damit der zwischen diesen beiden Dichtungen einströmende Hochdruck eine Kraft­ komponente nach unten, also im Öffnungssinn des Ventils er­ zeugt.

Claims (7)

1. Warnvorrichtung für Atemschutz- und Tauchgeräte zur Anzeige des zur Neige gehenden Atemgas-Vorrates in mit­ geführten Atemgasflaschen, wobei ein federbelastetes, vom Flaschendruck gesteuertes Ventil bei Unterschreiten eines bestimmten Flaschendruckes die Atemgaszufuhr zum Benutzer zumindest drosselt und dieses Ventil sodann aus seiner Drossel- oder Geschlossenstellung in die Offen­ stellung rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ventil (2) in Wirkverbindung mit einem Schalt­ kolben (3) steht, daß dieser Schaltkolben (3) durch eine Feder (8) im Öffnungssinn des Ventils (2) belastet ist und daß ein den Schaltkolben (3) im Schließsinn belastender Druckraum (11) mit dem in Strömungsrichtung hinter dem Ventil (2) sich einstellenden Druck beauf­ schlagt ist.

2. Warnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkolben (3) als Stößel ausgebildet und in Schließrichtung des Ventils (2) in dessen koaxialer Ver­ längerung angeordnet ist.

3. Warnvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaltkolben (3) in seiner zurückgeschobenen Ruhestellung den Druckraum (11) zur Umgebung hin abdichtet.

4. Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkolben (3) in seiner vorgeschobenen, das Ventil (2) offenhaltenden Stellung den Druckraum (11) gegenüber dem hinter dem Ventil (2) sich einstellenden Druck abdichtet.

5. Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkolben (3) mit einem manuell zu betätigenden Griff (20) in einseitiger Wirk­ verbindung im Sinne einer Ventilöffnung steht.

6. Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) in den Hochdruck- Kreis eingebaut ist.

7. Warnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) in den Mitteldruck-Kreis eingebaut ist.