DE60203064T2

DE60203064T2 - Druckregler

Info

Publication number: DE60203064T2
Application number: DE60203064T
Authority: DE
Inventors: Francis Xavier Kay
Original assignee: FXK Patents Ltd
Current assignee: Luxfer Gas Cylinders Ltd
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: US20030000529A1; EP1262402B1; EP1262402A3; DE60203064D1; EP1262402A2; ATE289938T1; AU4064602A; US6729331B2; AU783530B2; GB0112958D0

Description

DIE VORLIEGENDE ERFINDUNG BETRIFFT einen Druckregler, insbesondere zur Verwendung als ein Atembedarfsventilsystem in zum Beispiel einem Tauch-, Bergungs-, Rettungs- und Wiederbelebungsgerät.
Es gibt viele Fälle, in denen das Atembedürfnis von einer Quelle von Luft oder anderem atemfähigen Gas, die/das unter einem hohen Druck in einem Zylinder oder einer Flasche gespeichert wird, abhängt. Die speziellen Speicherdrücke von genannten Gasen variieren entsprechend der Art des Gases und der besonderen Anwendung, aber, als eine allgemeine Regel, kann der Druck des gespeicherten Gases zwischen 1,2 × 10⁷ Pa (1.800 psi) und 3,1 × 10⁷ Pa (4.500 psi) variieren. Um den Druck des gespeicherten Gases auf ein brauchbares Niveau zu bringen, ist gewöhnlich ein Hochdruckregler an dem Zylinder montiert, um einen Ausgangs(Stell-)Druck in der Größenordnung von 4,1 × 10⁵–7,2 × 10⁵ Pa (60–105 psi), in Abhängigkeit von der Anwendung und der besonderen Gestaltung des Herstellers, bereitzustellen. Die Ausgabe auf mittlerem Niveau von der Hochdruckeinheit oder Einheit erster Stufe wird bei einer gewissen Form von Atemventilsystem eingesetzt.
Genanntes Atemventilsystem oder Atembedarfsventil kann mit einer Membran versehen sein, die typischerweise eine Art von Einlaßventil aktiviert, um eine Strömung mit dem Gasdruck auf mittlerem Niveau, die von dem Hochdruckregler zugeführt wird, zum Mund des Benutzers zu ermöglichen. Das Einlaßventil in vielen etablierten Ausführungsformen ist ein unausgeglichenes Tellerventil, das gegen den Zuführdruck durch die Wirkung einer leichten Feder geschlossen gehalten und durch Durchbiegung der Membran, die gegen die Feder wirkt, geöffnet wird. Zum Erzielen einer Leistungsverstärkung bei dieser Gestaltungsform wird herkömmlicherweise ein langer Hebel benutzt, um das Einlaßventil zu betätigen, wobei der Stoß aufgrund der Durchbiegung der Membran übertragen wird. Bekannte Varianten schließen die manuelle Einstellung der Ventilöffnung und/oder des Öffnungsdrucks ein, um für unterschiedliche Betriebsanforderungen und -bedingungen geeignet zu sein.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Ausführungsform mit Hebelbetätigung besteht darin, daß aufgrund von unvermeidbaren Schwankungen in der Fertigungstoleranz in zahlreichen Komponenten eine gewisse selektive Montage und Einstellungen notwendig sind, um die Funktion der Ventileinheit derart abzustimmen, daß sie innerhalb akzeptierbarer Leistungsgrenzen liegt.
Die GB 2298026 beschreibt eine alternative Anordnung für ein Atemventilsystem, in der das Einlaßventil ein druckentlastetes Modul ist. Das Modul enthält ein Einlaßtellerventil, das nahezu vollständig ausgeglichen ist, wie dies bei Herstelltoleranzen und -bedingungen guter Qualität angemessen ist, so daß das Tellerventil durch den Stoß aufgrund der Durchbiegung einer geeignet dimensionierten Membran, ohne daß irgendeine Form von Hebelanordnung notwendig ist, direkt geöffnet werden kann.
Zum direkten In-Gang-Setzen des Öffnens des Einlaßventils ist in der Anordnung der GB 2298026 die Membran gegenüber dem Einlaßventil angeordnet und diesem zugewandt, so daß, bei Durchbiegung, die Membran gegen den Schaft des Einlaßtellerventils gezwungen wird, um den Schaft axial zu bewegen und demzufolge das Ventil zu öffnen. Wenn sich das Ventil in einer offnen Position befindet, prallt somit ein Teil der Druckfluidströmung durch das Ventil auf die Unterseite der Membran, dazu neigend, die Membran in einer Richtung weg vom Ende des Tellerventilschafts durchzubiegen, und somit dazu neigend, das Einlaßventil zu schließen, so daß es eine negative Rückkopplungswirkung gibt. Für bestimmte Anwendungen, wie zum Beispiel Tauchen, besteht eine Forderung nach einer relativ hohen maximalen Inhalationsgasströmung, mit einem vorab festgelegten Inhalationssog, so daß die oben beschriebene negative Rückkopplungswirkung beträchtlich ist, und es kann ein Punkt erreicht werden, wodurch, unabhängig davon, wieviel Saugkraft auf die Membran ausgeübt wird, praktisch keine Änderung des an den Benutzer abgegebenen Gasmassenstroms stattfinden kann. Dies liegt daran, daß, je größer die Gasströmung durch das Einlaßventil ist, desto größer die Reaktionskraft auf die Membran ist, dazu neigend, das Einlaßventil zu schließen und den Gasmassenstrom zu reduzieren.
Die GB 775314 beschreibt ein Atemgerät, das ein Atembedarfsventil enthält, das eine erste Kammer mit einem Atemanschlußrohr, das sich davon erstreckt, und einen Hochdruckeinlaßkanal umfaßt, der mit der ersten Kammer über ein Einlaßventil in Verbindung steht, das durch einen Ventilschaft des Einlaßventils betätigbar ist, der mit einer Membran in Eingriff steht, die die erste Kammer von einer zweiten Kammer trennt, die Umgebungsdruck ausgesetzt ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der Ventilschaft des Einlaßventils erstreckt sich durch einen Schlitz in einer Prallplatte, die zwischen der Membran und dem Teil der ersten Kammer liegt, der mit dem Atemanschlußrohr verbunden ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bedarfsventilsystem bereitzustellen, das das oben beschriebene Problem des selbstbegrenzenden Drucks lindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Druckregler zur Verwendung als ein Atembedarfsventil in zahlreichen in sich geschlossenen Atemgeräten, umfassend eine erste Kammer mit einem Atemanschlußrohr, das sich von genannter erster Kammer erstreckt, einen Einlaßkanal, wobei der Einlaßkanal mit dem Auslaß einer Druckgasversorgung verbindbar ist, ein Einlaßventil, das im Einlaßkanal positioniert und so vorgespannt ist, daß es die erste Kammer von der Druckgasversorgung absperrt, worin das Öffnen des Einlaßventils durch den Stoß aufgrund der Durchbiegung einer Membran in Bewegung gesetzt werden kann, die so positioniert ist, daß sie die erste Kammer von einer zweiten Kammer trennt, und so daß die Durchbiegung der Membran, die erforderlich ist, um das Einlaßventil zu öffnen, durch Entfernen von Gas aus genannter erster Kammer über genanntes Atemanschlußrohr erzielt werden kann, eine zwischen der Membran und dem Einlaßkanal positionierte Prallplatte, die negative Rückkopplung mit dem Durchfluß durch die erste Kammer reduziert, indem sie verhindert, daß ein Teil der Druckgasströmung, die durch das offene Einlaßventil entlassen wird, darauf trifft, und demzufolge die Membran in einer Richtung durchbiegt, die dazu neigt, das Einlaßventil zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Venturi-Rohr von einer Öffnung in der Prallplatte weg von der Membran und entlang des Atemanschlußrohres erstreckt, so daß, bei Entfernen von Gas aus der ersten Kammer entlang des Atemanschlußrohres der Druck im Spalt zwischen der Prallplatte und Membran vom Venturi-Rohr entsprechend reduziert wird.
Für Ventilanwendungen mit niedrigem Druck ist bekannt, Atemventilsysteme vorzusehen, die eine gebogene Membran verwenden. Der aktive Teil der Membran kann relativ dünn und flexibel hergestellt werden, was eine empfindliche Membran ergibt, die für ein genaues Bedarfsventil bei geringem Druck wesentlich ist. Die Verwendung einer gebogenen Membran weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß, anders als bei einer flachen Membran, die effektive Fläche einer gebogenen Membran leicht berechenbar ist, und sie über ihren Bewegungsarbeitsbereich konstant ist. Dieses Merkmal sorgt für eine funktionale Vorhersagbarkeit, die für Regleranwendungen bei niedrigem Druck wesentlich ist.
Ein Problem bei der Verwendung von Membranen in einer Atembedarfsventilanwendung und insbesondere, wenn empfindliche Membranen, wie zum Beispiel gebogene Membranen, verwendet werden, besteht darin, daß für ein Mittel zum Klemmen und Abdichten des umlaufenden Abdichtungsflansches der Membran gesorgt wird, ohne die Membran den Wirkungen von Spannungsversatz auszusetzen, die wahrscheinlich Materialverformung in dem Membrankörper verursachen.
Herkömmlicherweise ist der Abdichtungsflansch lediglich zwischen zwei Flächen geklemmt. In einer bekannten Entwicklung kann eine oder können beide der Klemmflächen mit einer Reihe von ringförmigen Nuten versehen sein, in die ein Teil des elastomeren Materials fließt, das das Flanschgebiet der Membran bildet. Der Materialstrom in diese Nuten dient dazu, das Flanschgebiet der Membran zu ergreifen und das Maß von Abdichtung um den Rand der Membran zu erhöhen. Die Nuten können jedoch nur einen Teil des elastomeren Stroms in das Flanschgebiet der Membran aufnehmen und der Rest des Stroms aus elastomerem Material, durch die Klemmung verursacht, geht in den Hauptkörper der Membran, was den Körper der Membran verformen und die Empfindlichkeit des Ansprechens der Membran beeinträchtigen kann.
Dementsprechend ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Membran eine gebogene Membran, wobei die Membran in der Hauptkammer derart montiert ist, daß sie für eine flüssigkeitsdichte Abdichtung um den Membranrand sorgt, während sie den gebogenen Abschnitt der Membran von Verformungseffekten aufgrund von Randklemmung oder Abdichtungskräften isoliert.
Unten werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittsansicht von einer ersten Ausführungsform eines Atembedarfsventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine Querschnittsansicht von einer zweiten Ausführungsform eines Atembedarfsventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 eine Teilschnittansicht der Membranmontageanordnung in den Atembedarfsventilen der 1 und 2 zeigt,
4 eine Querschnittsansicht von einem allgemeinen Bedarfsventilsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 einen Querschnitt durch das Einlaßventilmodul in den Bedarfsventilen der 1, 2 und 4 zeigt.
Das in 1 gezeigte Atembedarfsventil umfaßt einen Körper 2, eine Abdeckung 16 und eine zwischen dem Körper 2 und der Abdeckung 16 geklemmte Membran 6. Eine erste Kammer 31 ist zwischen der Membran 6 und dem Körper 2 definiert und ein Atemanschlußrohr 7 erstreckt sich von dieser ersten Kammer für eine Verbindung mit einer Gesichtsmaske oder dergleichen, um letztere mit Atemgas zu versorgen. Das Atemanschlußrohr 7 kann mit einem Mundstück ausgestattet sein oder könnte alternativ mit einer Halbmaske oder Ganzmaske (der Klarheit halber nicht gezeigt) verbunden sein.
Zwischen der Membran 6 und der Abdeckung 16 ist eine zweite Kammer 39 definiert, die mit einem Gasauslaßmittel in Verbindung steht. Somit ist diese zweite Kammer 39 von der ersten Kammer durch die Membran 6 und durch einen Flansch 4 (siehe unten) getrennt.
Der Körper 2 weist einen Einlaßanschluß 30 zum Anschließen an eine Druckatemgasversorgung, nicht gezeigt, auf und der Einlaß steht mit einem Einlaßgang 29 in Verbindung. Eine Gewindebohrung in dem Körper 2 erstreckt sich vom Einlaßgang 29 zu genannter erster Kammer und ein Einlaßventilmodul, mit ähnlicher Form wie das in der GB 2298026 beschriebene Ventilmodul, ist in die Gewindebohrung geschraubt.
Wie unten ausführlicher erläutert wird, enthält das Einlaßventilmodul 1 ein Einlaßventilelement 36, das den obengenannten Flansch 4 trägt und bewirkt, daß das vom Gang 29 durch Durchbiegung der Membran 6 zu genannter erster Kammer gelassen wird, wenn der Flansch 4 nach unten (bei Betrachtung in 1) bewegt wird, und bewirkt, daß die Zuführung von Gas vom Gang 29 zu genannter erster Kammer durch die Membran 6 beendet wird, wenn sich der Flansch nach oben (bei Betrachtung in 1) bewegen kann.
Unter Bezugnahme auf 5 umfaßt das Einlaßventilmodul 1 ein druckentlastetes Einlaßventil in Form eines Tellerventils, wobei das Modul einen Ventilkörper 34, der mit der Hauptgewindebohrung in dem Körper 2 in Schraubeingriff steht, und das Ventilelement 36 umfaßt, das eine Schulter 36a aufweist, die mit einem Wulstsitz um einen Ventilkanal 35 in abdichtendem Eingriff steht, um die erste Kammer 31 (1) auf der Seite mit niedrigem Druck des Ventilelements 36 gegen die Druckgasversorgung auf der Seite mit hohem Druck des Ventilelements 36 abzudichten. Das Ventilelement 36 kann in Richtung auf den Ventilsitz 37 durch eine leichte Feder 38 vorgespannt sein oder, wenn das Ventil sehr leicht und steuerbar unausgeglichen ist, kann das Vorspannmittel einfach die Nettodruckdifferenz zwischen den Seiten mit hohem und niedrigem Druck des Ventilelements sein. Das Einlaßventilmodul 1 unterscheidet sich von dem in der GB 2298026 beschriebenen nur darin, daß es ferner eine Gleitkappe 32, einteilig mit dem Körper 34, enthält, die, wenn sich das Ventilelement 36 in der offenen Position befindet, die Druckgasströmung aus dem Gang 29 durch radiale Löcher 33, die am oberen Ende des hohlen Ventilkörpers 34 angeordnet sind, in die erste Kammer 31 umlenkt.
Das Ventilelement 36 des Ventilmoduls 1 weist einen Schaft 3 auf, der sich vom Ventilelement und in die erste Kammer 31 entlang einer Mittelachse A der Schraubgewindebohrung im Körper 2 erstreckt, wobei der Schaft 3 den Flansch 4 an seinem Ende fern vom Körper 34 des Ventilmoduls trägt.
Die Membran 6 weist eine zentrale Öffnung auf, die einen Auslaßkanal 10 bildet, und die Membran 6 weist einen elastomeren Ring auf, der den Auslaßkanal 10 umgibt und einen Sitz 5 bildet, der die Oberseite des Flansches 4 abdichtend eingreifen kann.
Im Gebrauch atmet der Benutzer durch das Atemanschlußrohr 7 ein, wodurch Atemgas aus der Kammer 31 entfernt wird. Die folgende Nettodruckdifferenz über die Membran bewirkt eine Durchbiegung der Membran 6 in Richtung zum Einlaßventilmodul 1, das wiederum den Ventilsitz 5 gegen den Flansch 4 zwingt und bewirkt, daß sich der Flansch 4 mit dem Schaft 3 und dem Tellerventilelement hinabbewegt, wodurch das Einlaßventil 1 geöffnet wird und Luft durch das Einlaßventilmodul in die Kammer 31 und somit zum Benutzer strömen kann. Die Arbeitsweise des Bedarfsventils ist diejenige eines hochempfindlichen durch Atmen betätigten reaktiven Ventils ähnlich einem Druckregler, außer daß der öffnende Stoß durch Einatmung durch den Benutzer über den Atemanschluß statt durch eine Spannfeder, wie im Falle eines Druckreglers, erzeugt wird.
Wenn der Benutzer ausatmet, steigt der Druck in der ersten Kammer an, so daß sich die Membran 6 nach oben (bei Betrachtung in 1) bewegt, sich von dem Flansch 4 trennend, wenn das Ventilelement in dem Einlaßventilmodul 1 seine vollständig geschlossene Position erreicht, so daß ausgeatmetes Gas zur Umgebung über den Auslaßkanal 10 und genannte zweite Kammer 39 strömen kann. Exhalationsgas gelangt durch ummantelte radiale Schlitze 20 zur Umgebung, die in der oberen Abdeckung 16 vorgesehen sind. Eine Umlenkkappe 21 mit einem Entlüftungsrohr 23 ist auf die obere Kante 16 gesetzt, um, wenn das Ventil für Unterwasseranwendungen verwendet wird, ein Mittel zum Lenken von Gasen von Ausatemgas, das über die Schlitze 20 austritt, weg vom Gesicht des Benutzers zu liefern.
Beim Fehlen der gemäß der Erfindung, wie dies unten beschrieben ist, vorgesehenen Prallplatte würde ein Teil des Druckgases, das durch das Ventil strömt, wenn sich das Einlaßventil 1 in einer offenen Position befände, auf die Unterseite der Membran 6 treffen, dazu neigend, die Membran in einer Richtung weg vom Ende des Tellerventilelements durchzubiegen und somit dazu neigend, das Einlaßventil zu schließen, so daß eine negative Rückkopplungswirkung gegeben wäre, wie dies in der Einleitung in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wurde. Zur Vermeidung dieser Wirkung ist jedoch eine starre Prallplatte 9 mit einer zentralen Öffnung 40 quer durch die erste Kammer unten (bei Betrachtung in 1) und allgemein parallel mit der Membran 6 montiert. Der Schaft 3 erstreckt sich durch die zentrale Öffnung 40 in der Prallplatte 9 und, zumindest in der geschlossenen Position des Einlaßventils 1, befindet sich der Flansch 4 über der Prallplatte 9. Die Prallplatte 9 bewirkt, daß das Druckgas, das in die erste Kammer aus dem Einlaßventilmodul 1 eintritt und andernfalls auf die Unterseite der Membran 6 treffen würde, abgelenkt wird. Dementsprechend wird die Neigung der Gasströme vom Einlaßventil, die Membran 6 vom Ende des Tellerventilschafts 3 weg durchzubiegen und somit das Einlaßventil zu schließen, in großem Maße vermieden. Ein Venturi-Rohr 24, das eine innere Schräge an seinem Ende gegenüber der Prallplatte 9 aufweist, ist in die Prallplatte 24 eingesetzt und erstreckt sich von der Prallplatte hinab in das Atemanschlußrohr 7, wobei es nahe zur Wand des Anschlußrohres liegt. Das Venturi-Rohr 24 neigt dazu, einen Druckabfall im Raum zwischen der Membran 6 und der Prallplatte 9 als Reaktion auf eine Gasströmung entlang des Anschlußrohres von der ersten Kammer 31 zu erzeugen, wodurch der oben erwähnten negativen Rückkopplungswirkung gegengewirkt wird. Außerdem hat sich herausgestellt, daß die Effektivität des Venturi-Rohres in dieser Hinsicht verbessert wird, wenn, wie dargestellt, das Venturi-Rohr nahe der Wand des Anschlußrohres 7 angeordnet ist. Somit neigt ein Anstieg der Gasauslaßströmung zum Benutzer, im Gegensatz zu dem, was ohne die Prallplatte 9 und das Venturi-Rohr 24 der Fall wäre, dazu, eine positive, statt negative Rückkopplungswirkung zu erzeugen.
Zahlreiche ergänzende Merkmale des Bedarfsventils von 1 werden unten kurz erörtert.
Die Umlenkkappe 21 ist um eine Achse A drehbar, damit sie einstellbar ist, um sich für die Orientierung des Benutzers zu eignen. Die Umlenkkappe ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material hergestellt, so daß sie über die Außenseite eines Klemmrings 17 gespannt werden kann, und weist einen nach innen gewandten Flansch auf, der um die Unterseite des Klemmrings 17 paßt. Die Umlenkkappe 21 wird gegen eine Bewegung entlang und senkrecht zu der Achse A von einem zentralen Ansatz 41, durch den Eingriff eines inneren Wulstes 22, auf der Umlenkkappe 21, in korrespondierenden Nuten 42 an dem zentralen Ansatz 41 gehalten.
Die Membran 6 umfaßt ein zentrales, allgemein ebenes Gebiet um den Auslaßkanal 10, ein gebogenes Gebiet um das ebene Gebiet, benachbart zu den Kanten der ersten und zweiten Kammern, und ein ebenes Randgebiet, das das gebogene Gebiet umgibt, und einen dickeren Randabschnitt oder Wulst an dem Außenrand. Die Membran wird von dem ebenen Randgebiet gehalten, das zwischen einem Flansch 15 der oberen Abdeckung 16 und einer gegenüberliegenden ringförmigen Stirnseite des Körpers 2 geklemmt wird.
Die Anordnung wird von dem Klemmring 17 geschlossen gehalten. Ein Distanzring 11 ist zwischen der Unterseite der Membran 6 und dem Randgebiet der Prallplatte 9 angeordnet, die zwischen dem Ring 11 und einer gegenüberliegenden Schulter des Körpers 2 angeordnet ist.
In der Mitte der oberen Abdeckung 16 ist ein Druckknopf 18 angeordnet, der einen Spülmechanismus zum Zwecke des Beseitigens von Flüssigkeit aus dem Inneren des Bedarfsventilhohlraums betätigt. Der Druckknopf wird in einem Ruhezustand von Feder 12 gehalten, und die Spülfunktion wird durch einen Schiebestift 19 bewirkt, der auf die Oberseite des Flansches 4 wirkt. Wenn es erforderlich ist, den Spülmechanismus in Gang zu setzen, schiebt der Benutzer den Schiebestift 19 nach unten, der auf die Oberseite des Flansches 4 wirkt und ermöglicht, daß Spülluft vom Einlaßventilmodul bei dem offenen Auslaßventil strömt, so daß Wasser, das sich in dem Körper des Bedarfsventils angesammelt hat, zur Umgebung beseitigt wird, während sich, gleichzeitig, der Druck nicht auf einen gefährlichen Wert in den Lungen eines Tauchers aufbauen kann.
2 zeigt eine Anpassung an der Grundgestaltung, die für in sich geschlossene Atemgeräte geeignet ist, die zu Bergungszwecken in kontaminierten Atmosphären geeignet sind. Eine Anforderung bei derartigen Anwendungen besteht darin, daß, zu allen Zeiten, in der Gesichtsmaske ein Umgebungsdruck von 1,9''Wg vorliegt und daß Atmung stattfindet, wenn der durch Inhalation ausgeübte Sog den Umgebungsdruck auf nicht weniger als 0,5''WG verringert. Auf diese Weise wird ein gewisser Überdruck in der Gesichtsmaske aufrechterhalten, wodurch eine Kontamination ferngehalten wird. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird der Außenstelldruckwert durch eine geeignet niedrig eingestufte Spannfeder 26 bereitgestellt, die über der Membran eingesetzt ist, um eine kleine Durchbiegung der Membran in Richtung auf das Einlaßventil zu erzeugen und Öffnen des Einlaßventils in einem erforderlichen Ausmaß in Bewegung zu setzen. Die Spannfeder könnte in irgendeiner zweckmäßigen Weise derart eingestellt werden, daß sie das erforderliche Ausmaß von Öffnen des Einlaßventils bewirkt und einen grundlegenden Außenstelldruckwert, soweit erforderlich, für eine spezielle Anwendung einstellt.
Das Bedarfsventil von 2 ist nicht mit einer Auslaßventilanordnung versehen. Anstelle des Auslaßflansches 4 von 1 ist ein Schieber 25 an dem Ende des Tellerventilschafts 3 montiert und steht er wiederum mit der Unterseite der Membran 6 direkt in Eingriff.
Bei Ausatmung durch den Benutzer findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Atem des Benutzers und der Prallplatte 9 statt. Zur Maximierung dieses Wärmeaustausches können die Prallplatte und das Venturi-Rohr aus einem guten Wärmeleiter, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt sein. Der Zufluß von Wärme zur Prallplatte vom ausgeatmeten Gas wird an die Inhalation zurückgegeben, was für eine angenehmere Atmung und eine Reduzierung des Risikos von Gefrieren führt. Der Klarheit halber ist die Prallplatte 9 als eine flache Platte gezeigt, aber für ein Gerät, das unter extremen Bedingungen arbeiten soll, ist ins Auge gefaßt, daß die Unterseite der Prallplatte mit Vorsprüngen ausgestattet sein könnte, die in Form von radialen Flügeln vorliegen können, um die Wärmeübergangsfläche zu vergrößern. In ähnlicher Weise kann die Prallplatte Aussparungen zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche oder eine Kombination von sowohl Aussparungen als auch Vorsprüngen enthalten.
3 zeigt ein vergrößertes Querschnittsgebiet des Membranbefestigungsmittels. Ein kleiner peripherer Rand 13 ist um das äußerste Ende des Dichtungsflansches der Membran angeordnet. Der Rand 13 weist eine Breite von ungefähr 0,5–2 mm, vorzugsweise 1–1,5 mm auf und paßt in eine Nut 14. Die Nut ist im wesentlichen rechteckig, wobei ein Teil des Bodens der Nut unter einem Winkel von ungefähr 30–40 Grad, vorzugsweise 35 Grad abgeschrägt ist. Der abgeschrägte Boden der Nut 14 sorgt für eine sanfte Keilwirkung, die den Rand 13 in der Nut 14 hält, was für eine dynamische Abdichtung um die Peripherie des Randes 13 sorgt, während irgendeine Teilverformung im Rand 13 und der Nut 14 erhalten wird. Die Keilwirkung wird durch den angelegten Flüssigkeitsdruck der Kammer 39 verstärkt und sorgt für eine praktisch spannungsfreie Abdichtung der Peripherie des Rands 13, wodurch kein wesentlicher Strom von elastomerem Material des Flansches und gebogenen Abschnitten der Membran sichergestellt wird. Ein Distanzring 11 ist unter dem Membranflansch (1) positioniert und bildet die innerste Wand der Nut 14. Der Distanzring dient auch dazu, für eine axiale Anbringung der Prallplattenanordnung durch Klemmen der Prallplatte gegen einen in dem Körper 2 ausgebildeten Zapfen zu sorgen. Ein Paar Schenkel, oder eine andere zweckmäßige Form, sorgt für eine axiale Anbringung der Prallplatte 9.
4 zeigt ein allgemeines Bedarfsventil gemäß der vorliegenden Erfindung, das das Arbeitsprinzip darstellt. Die Gestaltung enthält eine Spannfeder 28, die durch Knopf 27 eingestellt werden kann. Die Fläche der Membran und die Belastungsstufe der Einstellfeder, gemeinsam mit der Größe und Orientierung der Einlaß- und Auslaßkanäle in dem Ventilkörper würden derart ausgewählt werden, daß sie sich für die spezielle Anwendung eignen. Eine derartige Gestaltung eines Druckreglers könnte zur Steuerung von Gasen mit sehr niedrigem Druck, so niedrig wie, sagen wir 1''WG, verwendet werden.
4 zeigt der Einfachheit halber eine Zweikanalventilkonfiguration ohne Auslaßweg zur Umgebung. Jedoch kann die Anordnung leicht modifiziert werden, um drei Kanäle unterzubringen, indem ein Auslaßkanal zur Mitte der Membran, wie vorangehend beschrieben, hinzugefügt wird. Somit kann für einfache Belüftung zur Atmosphäre auf eine einfache Weise bei dem in 1 dargestellten Bedarfsventil gesorgt werden. In ähnlicher Weise kann die Anordnung von 4 leicht modifiziert werden, indem die erforderliche Anzahl von Kanälen zugefügt wird, so daß das Auslaßgas in die Kammer eingeführt und Druckgas aus der Kammer durch separate Rohre oder Kanäle entfernt wird.
Obwohl die Beispieldarstellung bezüglich zweier Ausführungsformen von Niederdruckreglern bezeichnet und beschrieben worden sind, kann das "Prallplatte und Venturi"-Prinzip zum Nutzen der Gestaltung von Hochdruckreglern erweitert werden, wo Hochflußleistung unter kritischen oder Grenzbedingungen gefordert ist. In einem derartigen Fall, zum Beispiel der Verwendung eines Reglers einer ersten Stufe mit hohem Druck zur Verwendung mit Atemsystemen, wird die Verwendung der Prallplatte und des Venturi-Rohres, in dem die Rückkopplungswirkung gehemmt wird, dazu neigen, den Druckabfall bei der statischen Stelldruckeinstellung unter schwierigen Atembedarfsbedingungen zu reduzieren. In diesen Systemen führt die resultierende stabilere Druckversorgung direkt zu einer besseren Arbeitsfunktion.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet "umfassen" "enthalten oder bestehen aus" und bedeutet "umfassend" "enthaltend oder bestehend aus".

Claims

Druckregler zur Verwendung als ein Atembedarfsventil in zahlreichen in sich geschlossenen Atemgeräten, umfassend eine erste Kammer (31) mit einem Atemanschlußrohr (7), das sich von genannter erster Kammer erstreckt, einen Einlaßkanal (30), wobei der Einlaßkanal (30) mit dem Auslaß einer Druckgasversorgung verbindbar ist, ein Einlaßventil (1), das im Einlaßkanal (30) positioniert und so vorgespannt ist, daß es die erste Kammer (31) von der Druckgasversorgung absperrt, worin das Öffnen des Einlaßventils (1) durch den Stoß aufgrund der Durchbiegung einer Membran (6) in Bewegung gesetzt werden kann, die so positioniert ist, daß sie die erste Kammer (31) von einer zweiten Kammer (39) trennt, und so daß die Durchbiegung der Membran (6), die erforderlich ist, um das Einlaßventil (1) zu öffnen, durch Entfernen von Gas aus genannter erster Kammer (31) über genanntes Atemanschlußrohr (7) erzielt werden kann, eine zwischen der Membran (6) und dem Einlaßkanal (30) positionierte Prallplatte (9), die negative Rückkopplung mit dem Durchfluß durch die erste Kammer (31) reduziert, indem sie verhindert, daß ein Teil der Druckgasströmung, die durch das offene Einlaßventil (1) entlassen wird, darauf trifft, und dazu neigt, die Membran (6) in einer Richtung durchzubiegen, die dazu neigt, das Einlaßventil (1) zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Venturi-Rohr (24) von einer Öffnung in der Prallplatte (9) von der Membran (6) weg in das Atemanschlußrohr (7) erstreckt, so daß bei Entfernen von Gas aus der ersten Kammer (31) entlang des Atemanschlußrohres (7) der Druck im Spalt zwischen der Prallplatte (9) und Membran (6) vom Venturi-Rohr (24) entsprechend reduziert wird.
Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (1) ein Tellerventil mit einem Ventilelement (36) und einem Ventilschaft (3) umfaßt, wobei sich der Ventilschaft (3) von genanntem Ventilelement (36) in die erste Kammer (31) entlang einer Achse erstreckt, die durch den Einlaßkanal (30) tritt, wobei genanntes Ventilelement (36) eine Schulter (36a) aufweist, die mit einem Wulstsitz (37) um genannten Einlaßkanal (30) abdichtend in Eingriff steht, um den Einlaßkanal (30) abzudichten, wobei ein Vorspannmittel genannte Schulter (36a) gegen genannten Wulstsitz (37) zwingt.
Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) eine zentrale Öffnung aufweist, die einen Auslaßkanal (10) bildet, durch den Ausatemgas von der ersten Kammer (31) zur zweiten Kammer (39) und somit zur Umgebung strömen kann, wobei genannter Auslaßkanal (10) gegenüber genanntem Einlaßventil (1) positioniert ist und genannter Ventilschaft (3) einen sich nach außen erstreckenden Flansch (4) an dem Ende des Ventilschafts (3) gegenüber dem Ventilelement (36) aufweist, wobei der Flansch (4) mit einem Ventilsitz (5) um genannten Auslaßkanal (10) derart zusammenwirkt, um wie ein Auslaßventil zu fungieren, worin, wenn die Membran (6) in Richtung auf das Einlaßventil (1) durchgebogen wird, der Ventilsitz (5) gegen genannten Flansch (4) gezwungen wird derart, daß die erste Kammer (31) von der zweiten Kammer (39) abgedichtet wird und das Einlaßventil (1) geöffnet wird, und wenn die Membran (6) von genanntem Einlaßventil (1) weg durchgebogen wird, ein Spalt zwischen dem Ventilsitz (5) und Flansch (4) gebildet wird, der den Auslaß von Gas durch den Auslaßkanal (10) in die zweite Kammer (39) ermöglicht.
Druckregler nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturi-Rohr (24) benachbart zu einer Wand des Atemanschlußrohres (7) positioniert ist, so daß der Durchfluß durch das Venturi-Rohr (24) durch das Vorliegen von Grenzschichteffekten erhöht wird.
Druckregler nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (5) aus einem wärmeabsorbierenden Material konstruiert ist, wodurch bei Ausatmung durch den Benutzer ein Wärmeaustausch zwischen dem Ausatemgas und der Prallplatte (9) stattfindet.
Druckregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (9) aus Aluminium oder Messing ist.
Druckregler nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (9) außerdem mit Vorsprüngen oder Aussparungen oder beidem versehen ist, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern.
Druckregler nach einem vorangehenden Anspruch, ferner enthaltend eine Spannfeder (26), die derart positioniert ist, daß sie die Membran (6) durchbiegt und teilweises Öffnen von genanntem Einlaßventil (1) in Gang setzt.
Druckregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfeder (26) einstellbar ist.
Druckregler nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Position und Nähe des Einlaßkanals (30) und des Atemanschlußrohres (7) ermöglichen, daß Gas in das Atemanschlußrohr (7) mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit strömt.
Druckregler nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Membran (7) eine gebogene Membran ist, wobei die Membran (6) derart montiert ist, daß sie um ihrem Rand (13) für eine fluiddichte Abdichtung sorgt, während sie den gebogenen Abschnitt der Membran (6) von Materialverformung aufgrund von Randklemmung oder Abdichtungskräfte isoliert.