DE4118666C2 - Verfahren zur Steuerung der Atemgasversorgung von Tauchern und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Atemgasversorgung von Tauchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2.

Bei bisher bekannten Steuerungen zur Atemgasversorgung von Tauchern werden Steuermembranen für Atemgaszufuhr- Ventileinrichtungen und Atemgasabfuhr-Ventileinrichtun­ gen vom jeweiligen Umgebungsdruck beaufschlagt. Die Ventile werden dabei durch Federn in Ruhestellung gehalten. Bei größeren Tiefen ist der Taucher gezwungen, mit erheblichen Druckdifferenzen, erzeugt durch den jeweiligen Einatem- und Ausatemvorgang, die Membranen einschließlich damit verbundener Steuermechanismen zur Betätigung der Ventile zu bewegen. Dieses führt zu erheblichen Atemwiderständen, die um so größer werden, je tiefer der Taucher arbeitet. Die dabei vom Taucher durch den Atmungsvorgang zu überwindenden Atemwider­ stände erreichen bei höheren Umgebungsdrücken unzuläs­ sige Werte, die einerseits die Arbeitsfähigkeit des Tauchers unter Wasser oder in Habitats erheblich ein­ schränken und andererseits in den Bereich der Gesund­ heitsgefährdung des Tauchers selbst kommen.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der US 4,289,126 bekannt. Das Verfahren und die Vorrichtung weisen den Nachteil auf, daß als Referenzdruck zum Schließen des Zufuhrventils der Atemraumdruck verwendet wird, so daß dieser Druck nicht wählbar ist. Das Abfuhrventil wird vom umgebenden Wasserdruck und dem Druck im Atemraum gesteuert, so daß hier eine gewisse Überdruckhöhe im Atemraum vorhanden sein muß, um dieses Ventil zu öffnen. Zudem wird das ausgeatmete Atemgas an die Umgebung des Tauchers abgegeben und kann somit nicht mehr aufgearbeitet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Atemgasversorgung von Tauchern so zu verbessern, daß ein schnelles und sicheres Arbeiten sowohl des Zufuhr- als auch des Abfuhrventiles gesteuert vom Atemraumdruck möglich ist.

Gelöst wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des Anspruches 1 und bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß lediglich der Atemimpuls als Steuergröße genutzt wird, um mit Hilfe des vorgegebenen Referenzdruckes das Zufuhrventil zu schließen.

Auf gleiche Weise wird für den Ausatemvorgang der erforderliche Atemwider­ stand und damit die dabei aufzubringende Atemarbeit für den Taucher verringert.

Auch für den Ausatemvorgang kann somit der Atemimpuls als Steuergröße genutzt werden. Mit Hilfe des vorge­ gebenen Referenzdruckes wird das Abfuhrven­ til geschlossen, so daß auch beim Ausatemvorgang der vom Taucher bevorzugte Atem­ rhythmus nicht gestört wird.

Der Referenzdruck zur Betätigung des Zufuhrventils und des Abfuhrventils kann vor­ teilhafterweise so gewählt werden, daß er kleiner als der Druck im Atemraum ist, es ist jedoch auch möglich, den Referenzdruck größer als den Druck im Atemraum zu wählen.

Die Einrichtung hat den Vorteil, daß sie lediglich als Steuergröße den Atemimpuls nutzt, um mit Hilfe des vorwählbaren Referenzdruckes das Zufuhrventil und das Abfuhrventil zu schließen, so daß die Steuerung dieser Ventile nahezu unabhängig von der Tiefe und Atemfrequenz des Tauchers erfolgt und die dafür benötigte Atemgasmenge äußerst gering ist, so daß der Atemwiderstand ebenfalls gering ist und die erforderliche Atemarbeit, die der Taucher aufbringen muß, nahezu die im ungetauchten Zustand ist. Ein weite­ rer Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß diese zusätzlich zu den eingangs genannten, im Stand der Technik bekannten konventionellen Einrichtungen und Verfahren verwendet werden kann, so daß dadurch die Vorteile der konventionellen Steuerungsverfahren und konventionellen Einrichtungen mit der erfindungsgemäßen Einrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kombi­ nierbar sind.

Ein weiterer anderer wesentlicher Vorteil der erfindungs­ gemäßen Einrichtung besteht darin, daß alle Komponenten der Einrichtung, bis auf den Atemraum, der beispiels­ weise durch ein Mundstück, das der Taucher in seinem Munde aufnimmt, gebildet werden kann, in einer abgesetzt angeordneten Tauchkammer untergebracht werden können, so daß das normalerweise dafür erforderliche Raumvolumen den Taucher in seiner Beweglichkeit nicht behindern kann, was von großem Vorteil ist.

Das Zufuhrventil und das Abfuhrventil wird vorzugsweise jeweils mittels einer druckbeauf­ schlagbaren, durch eine Feder vorgespannten Membran in Abhängigkeit des auf sie wirkenden Druckes gesteuert. Der zur Steuerung der Membran dienende, druckbeaufschlagbare Raum ist hermetisch abgeschlossen gegenüber dem ventileigenen Raum zur Zuführung bzw. Abführung des Atemgases.

Vorteilhafterweise wird der Druck im Atemgaszufuhrkreis als Referenzdruck in der Referenzdruckleitung herange­ zogen, bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch der Druck im Atemgasabfuhrkreis als Referenz­ druck in der Referenzdruckleitung herangezogen. Es ist schließlich aber auch vorteilhafterweise möglich, als Referenzdruck einen von dem Atemgaszufuhrkreis als auch dem Atemgasabfuhrkreis unabhängigen Druck von einer unabhängigen Druckquelle her heranzuziehen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige nachfolgende schematische Zeichnung anhand eines Aus­ führungsbeispieles beschrieben. Diese zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Einrich­ tung zur Steuerung der Atemgasversorgung.

Die Einrichtung 10 umfaßt im wesentlichen einen Atemgas­ zufuhrkreis 11 und einen Atemgasabfuhrkreis 12, die von einer hier nicht gezeigten gesonderten Atemgasquelle mit Atemgas gespeist werden bzw. in eine hier nicht gezeigten gesonderten Atemgassenke hineingeführt werden. Quelle und Senke können Teil eines geschlossenen Atemgaskreislaufes sein, auf den hier nicht weiter eingegangen wird.

Der Atemgaszufuhrkreis 11 mündet in ein Zufuhrventil 13, das über seinen Auslaß mit einem Atemraum 15 verbunden ist, der beispielsweise durch ein Mundstück einer Taucheinrichtung oder dergleichen gebildet werden kann. Der Atemraum 15 steht jedenfalls unmittelbar mit dem Mund des Tauchers in Verbindung.

Der Atemraum 15 ist weiterhin mit einem Einlaß eines Abfuhrventils 14 verbunden, dessen Auslaß an den Atemgasabfuhrkreis 12 angeschlossen ist.

Der Atemraum 15 steht mit einer Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung 16 in Verbindung, die sowohl einen Überdruck im Atemraum 15 vorbestimmbarer Größe und einen Unterdruck vorbestimmbarer Größe erfassen kann. Es sind aber auch Ausgestaltungen in der Einrichtung 10 möglich, bei denen jeweils eine gesonderte Druckerfas­ sungs- und Steuerungseinrichtung 16 für die Erfas­ sung eines Überdrucks und die Erfassung eines Unter­ drucks vorgesehen sind. Über eine Wirkverbindung 24, 25 steht die Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung 16 jeweils mit einem Steuerventil 18 und 19 in Verbindung, so daß die Steuerventile 18, 19 jeweils in Abhängigkeit des im Atemraum 15 erfaßten Unterdrucks und Überdrucks von einer Ruhestel­ lung 180 in eine Arbeitsstellung 181 übergehen bzw. von einer Ruhestellung 190 in eine Arbeitsstellung 191.

Das Steuerventil 18 ist über eine Steuer­ leitung 22 mit dem Zufuhrventil 13 verbun­ den, während das Steuerventil 19 über eine Steuerleitung 23 mit dem Abfuhrventil 14 verbunden ist. Die Ruheeingänge beider Steuerventile 18, 19 sind über eine Referenzdruckleitung 20 an eine Referenzdruckquelle 26 angeschlossen. Die Arbeitsstellungseingänge der Steuerventile 18 und 19 sind über eine Referenzdruckausgleichsleitung 21 an den Atemraum 15 angeschlossen.

Das Zufuhrventil 13 und das Abfuhrventil 14 zeigen einen grundsätzlich identischen Aufbau. Sie weisen eine Membran 130, 140 auf, die mittels einer Feder 131, 141 vorgespannt ist und die somit die Ventilteller 132, 142 in Öffnungsstel­ lung (Arbeitsstellung) erhält. Wird im Raum über der Membran 130, 140 mittels eines über die Steuerleitungen 22, 23 zugeführten Unterdrucks gegenüber dem Druck, der in den eigentlichen Ventilen 13, 14 herrscht, ein Druck erzeugt, wird die Kraft der Feder 131, 141 überwun­ den, befinden sich die Ventilteller 132, 142 in Ruhestellung, und zwar entgegen der Kraft der jeweiligen Federn 131, 141.

Die Steuerventile 18, 19 befinden sich zunächst in Ruhestellung, so daß das von der Referenz­ druckquelle 26 erzeugte Vakuum über die Leitungen 20 und 22 sowie 23 an das Zufuhrventil 13 und das Abfuhrventil 14 gelangt und diese in Ruhe­ stellung gehen und die Ventilteller 132, 142 schließen. Atemgas steht nun über dem Atemgaszufuhrkreis 11 mit einem Vordruck gegenüber der Umgebung von ca. 5- 10 bar an dem Einlaß des Zufuhrventils 13 an. Über den Atemraum 15 erzeugt der Taucher beim Einatmen einen negativen Differenzdruck gegenüber seiner Umge­ bung. Die Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung 16 erfaßt den Differenzdruck und schaltet bei Unter­ schreitung eines vorwählbaren Sollwertes über seinen Steuerausgang und die Wirkverbindung 24 das Steuerventil 18. Infolgedessen bewegt sich das Steuerven­ til 18 aus seiner Ruhestellung 180 in seine Arbeitsstellung 181. Der Referenzdruck (Unterdruck), der während der Ruhestellung 180 im Dom 133 des Zufuhrven­ tils 13 anlag, wird somit über die Steuer­ leitung 22 und die Referenzdruckausgleichsleitung 21 in den Atemraum 15 hinein ausgeglichen und die Feder 131 drückt die Membran 130 in eine Offen-Position mit der Folge, daß der Ventilteller 132 geöffnet wird. Atemgas aus dem Atemgaszufuhrkreis 11 fließt solange zum Taucher, bis dieser aufhört über den Atemraum 15 einzuatmen. Dadurch wird der Sollwert überschritten und das Steuerventil 18 geht wieder in seine Ruhestellung 180 zurück. Es kann sich nachfolgend wieder über die Referenzdruck­ leitung 20 und die Steuerleitung 22 Referenzdruck im Dom 133 ausbilden, so daß die Membran 130 und damit der Ventilteller 132 in die Schließposition übergeht.

Beim Ausatmen erzeugt der Taucher einen positiven Differenzdruck gegenüber seiner Umgebung. Die Drucker­ fassungs- und Steuerungseinrichtung 16 erfaßt somit den positiven Differenzdruck im Atemraum 15 und steuert über die Wirkverbindung 25 nach Erfassung des vorbestimmbaren Sollwertes das Steuerventil 19. Dieses bewegt sich aus seiner Ruhestellung 190 in seine Arbeitsstellung 191. Der Referenzdruck, der sich über die Leitungen 20 und 23 im Dom 143 über der Membran 140 in dem Abfuhrven­ til 14 aufgebaut hat, wird über die Referenz­ druckausgleichsleitung 21 ausgeglichen, so daß nachfol­ gend die Feder 141 die Membran 140 und somit den Ventilteller 142 in Offenstellung drückt. Atemgas fließt somit solange über das Abfuhrventil 14 über den Atemgasabfuhrkreis 12 zur Atemgassenke, bis der Taucher aufgehört hat, auszuatmen. Wird der Überdrucksollwert im Atemraum 15 dann unterschritten, was von der Druckerfa­ ssungs- und Steuerungseinrichtung 16 erfaßt wird, wird von dieser über die Wirkverbindung 25 das Steuer­ ventil 19 wieder in seine Ruhestellung 190 überführt. Nachfolgend kann sich wieder der von der Referenzdruckquelle 26 an der Einrichtung 10 anliegende Referenzdruck über die Referenzdruckleitung 20 sowie die Steuerleitung 23 im Dom 143 einstellen, so daß die Membran 140 und damit das Ventil 142 in Schließposition übergeführt wird.

Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend automatisch, solange der Taucher seinen Atemvorgang ausführt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die im Blockschaltbild schematisch dargestellte Einrichtung 10 lediglich das Prinzip darstellt. Es ist möglich und in vielen Fällen auch sinnvoll, die Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung 16, die Steuerventile 18, 19 und gegebenenfalls auch das Zufuhrventil 13 sowie das Abfuhrventil 14 abgesetzt vom Atemraum 15 anzuordnen und über Schläuche, die bis zu 40 m lang sein können, zu verbinden, d. h. die Komponenten der Einrichtung 10, bis auf den Atemraum 15, nicht in unmittelbarer Nähe des Tauchers anzuordnen, so daß dieser in seiner Bewegungsfreiheit nicht behindert wird.

Diese funktionale und lokale Trennung des Einbauortes dieser Komponenten unabhängig vom eigentlichen Atemzen­ trum erlaubt zudem eine bessere ergonomische Gestaltungs­ möglichkeit der Tauchausrüstung einerseits und der Einrichtung andererseits.

Bezugszeichenliste

10 Einrichtung
11 Atemgaszufuhrkreis
12 Atemgasabfuhrkreis
13 Zufuhrventil
130 Membran
131 Feder
132 Ventilteller
133 Dom
14 Abfuhrventil
140 Membran
141 Feder
142 Ventilteller
143 Dom
15 Atemraum
16 Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung
18 erstes Steuerventil
180 Ruhestellung
181 Arbeitsstellung
19 zweites Steuerventil
190 Ruhestellung
191 Arbeitsstellung
20 Referenzdruckleitung
21 Referenzdruckausgleichsleitung
22 Steuerleitung
23 Steuerleitung
24 erste Wirkverbindung
25 zweite Wirkverbindung
26 Referenzdruckquelle

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung der Atemgasversorgung von Tauchern, bei dem in einem Atemraum (15) beim Einatemvorgang ein sich bildender Unterdruck vorbestimmbarer Größe erfaßt wird, daß infolge des erfaßten Unterdrucks ein in geschlossener Stellung (Ruhestellung) gehaltenes, an einen Atemgaszufuhrkreis (11) angeschlossenes Zufuhrventil (13) durch ein erstes Steuerventil (18) mit einem Arbeitsdruck angesteuert wird, um das Zufuhrventil (13) in eine geöffnete Stellung (Arbeitsstellung) zu überführen zur Zufuhr von Atemgas in den Atemraum (15) und nach Abschluß des Einatemvorganges infolge des im Atemraum (15) erfaßten Normaldrucks vorbestimmbarer Größe das Zufuhrventil (13) mittels des ersten Steuerventils (18) mit einem Referenzdruck angesteuert wird, um das Zufuhrventil (13) in die geschlossene Stellung (Ruhestellung) zu überführen und beim Ausatemvorgang ein sich bildender Überdruck vorbestimmbarer Größe im Atemraum (15) erfaßt wird und ein durch einen Referenzdruck in geschlossener Stellung (Ruhestellung) gehaltenes Abfuhrventil (14) in eine geöffnete Stellung (Arbeitsstellung) überführt wird, um das verbrauchte Atemgas aus dem Atemraum (15) abzuführen und nach Abschluß des Ausatemvorganges infolge des im Atemraum (15) vorhandenen Normaldrucks das Abfuhrventil (14) in die geschlossene Stellung (Ruhestellung) überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an einen Atemgasabfuhrkreis (12) angeschlossene Abfuhrventil (14) beim Ausatemvorgang infolge des erfaßten Überdrucks im Atemraum (15) durch ein zweites Steuerventil (19) mit dem Arbeitsdruck angesteuert und in die geöffnete Stellung (Arbeitsstellung) überführt wird und nach Abschluß des Ausatemvorganges infolge des im Atemraum (15) erfaßten Normaldrucks über das zweite Steuerventil (19) mit dem Referenzdruck angesteuert wird, um das Abfuhrventil (14) in die geschlossene Stellung (Ruhestellung) zu überführen, daß als Referenzdruck der bei erfaßtem Normaldruck im Atemraum (15) mittels der Steuerventile (18, 19) zur Ansteuerung des Zufuhrventils (13) und des Abfuhrventils (14) dient, ein Druck kleiner oder größer als der Druck im Atemraum (15) verwendet wird und daß als Arbeitsdruck, der je nach erfaßtem Unter- oder Überdruck im Atemraum (15) entweder zur Ansteuerung des Zufuhrventils (13) oder zur Ansteuerung des Abfuhrventils (14) dient, der Druck im Atemraum (15) verwendet wird.

2. Einrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Atemraum (15), einem mit dem Atemraum (15) verbundenen, über eine Steuerleitung (22) mit Druck ansteuerbarem Zufuhrventil (13), an das ein Atemgaszufuhrkreis (11) angeschlossen ist und einem mit dem Atemraum (15) verbundenen Abfuhrventil (14) für das verbrauchte Atemgas, mit einer mit dem Atemraum (15) verbundenen Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung (16), die über eine erste Wirkverbindung (24) an ein erstes Steuerventil (18) angeschlossen ist, welches mit der Steuerleitung (22) des Zufuhrventils (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfuhrventil (14) an einen Atemgasabfuhrkreis (12) angeschlossen ist und über eine Steuerleitung (23) von einem zweiten Steuerventil (19) mit Druck ansteuerbar ist, wobei das zweite Steuerventil (19) mit Druck ansteuerbar ist, wobei das zweite Steuerventil (19) mit der Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung (16) über eine zweite Wirkverbindung (25) verbunden ist und die Steuerventile (18, 19) mit einer Referenzdruckleitung (20) und einer mit dem Atemraum (15) in Verbindung stehenden Referenzdruckausgleichsleitung (21) verbunden sind, wobei die in Ruhestellung (180, 190) befindlichen Steuerventile (18, 19) die Referenzdruckleitung (20) mit der Steuerleitung (22) des Zufuhrventils (13) und der Steuerleitung (23) des Abfuhrventils (14) verbinden, um diese Ventile (13, 14) geschlossen zu halten, und die Steuerventile (18, 19), gesteuert durch die Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtung (16) je nach erfaßtem Unter- oder Überdruck im Atemraum (15), in Arbeitsstellung (181, 191) die Referenzdruckausgleichsleitung (21) entweder mit der Steuerleitung (22) des Zufuhrventiles (13) oder mit der Steuerleitung (23) des Abfuhrventiles (14) verbinden, um diese Ventile (13, 14) in Abhängigkeit vom Druck im Atemraum (15) zu öffnen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrventil (13) und das Abfuhrventil (14) jeweils mittels einer druckbeaufschlagbaren, durch eine Feder (131, 141) vorgespannten Membran (130, 140) in Abhängigkeit des auf sie wirkenden Druckes steuerbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Atemgaszufuhrkreis (11) als Referenzdruck in der Referenzdruckleitung (20) herangezogen wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Atemgasabfuhrkreis (12) als Referenzdruck in der Referenzdruckleitung (20) herangezogen wird.