Aufbau und Funktion Atemregler Erstellt vom VERBAND INTERNATIONALER TAUCHSCHULEN VIT (), abgewandelt...

Aufbau und Funktion

Atemregler

Erstellt vom

VERBAND INTERNATIONALER TAUCHSCHULEN VIT (www.VIT-2000.de), abgewandelt von Unidive e.V

Verantwortlich für den Inhalt:Werner Scheyer ([email protected])Jan Maier ([email protected]) Unidive

Atemregler

Der Atemregler ist eine Baugruppe des Atemgerätes nach DIN EN 250, („Self Contained Underwater

Breathing Apparatus“ SCUBA - Autonomes Unterwasser-Atemgerät).

Seine Aufgabe ist:

Den Taucher in jeder Tiefe und unter allen Bedingungen mit der nötigen Atemluft zu versorgen, mit geringst möglicher Atemarbeit und maximalem Atemkomfort.

Flasche mit Wasserschutzrohr

und Sinterfilter

Prinzipielle Funktion des Atemreglers

Ventil

Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers

Zweistufige Einschlauchautomaten

Druckminderer1. Stufe des Atemreglers

* fälschlicherweise wird hier oft auch der englische Ausdruck „balanciert“ verwendet.

Membrangesteuert, nicht kompensiert

Kolbengesteuert, nicht kompensiert

Einfach, robust, Mitteldruck ab-hängig vom Flaschendruck

Membrangesteuert, kompensiert *

Kolbengesteuert, kompensiert *

Mitteldruck zur 2. Stufe

Hohe Luftlieferlei-stung, Mitteldruck unabhängig vom Flaschendruck

Prinzipielle Funktion eines zweistufigen Atemreglers

Erste Stufe

Öffnungen für Umgebungsdruck

Wasserkammer

Feder zum Einstellen des Mitteldruckes

Mitteldruckschlauch zur zweiten Stufe

Membran

Membrangesteuerter DruckmindererNicht kompensiert


UmgebungsdruckFlaschendruck

Handrad

Sinterfilter Dichtkegel Membrane Wasserkammer mit Stellfeder

Stufe unter Druck, im drucklosen Zustand ist der Dichtkegel offen!

HD-Abgang mit Drossel

Kolbengesteuerter Druckminderer

Flaschendruck

Umgebungsdruck


Handrad

Sinterfilter Wasserkammer mit Stellfeder Kolben mit Steuerbohrung

Nicht kompensiert

Funktionselemente

Upstream

Downstream

Injektor (Ejektor,Venturi,

Bypass)

Downstream-System

Mit dem Druck öffnendes Ventil.

Bei Überschreiten des eingestellten Druckes hebt der Dichtsitz ab, der Druck kann sich gefahrlos entspannen (Sicherheitsventil).

Beim Atemregler muss ein solches Ventil vorhanden sein, um bei defekter ersten Stufe den Mitteldruckschlauch zu schützen.

Federdruck

Druck

Öffnungskraft von der Membrane

Upstream-System

Gegen den Druck öffnendes Ventil.

Bei Überschreiten des eingestellten Druckes schließt das Ventil immer stärker.

Dieses System wird meist bei den ersten Stufen der nichtkompensierten, membrangesteuerten Atemreglern eingesetzt. Arbeitet auch die zweite Stufe nach diesem Prinzip, muss ein Sicherheitsventil vorgesehen werden!

Druck

Injektoreffekt (Ejektor)

Ein aus einer Düse ausströmendes Medium reißt aus der Umgebung das dort vorhandene Medium mit und erzeugt so einen Unterdruck (z.B. Wasserstrahlpumpe).

Druck

Unterdruck

Unterdruck

EinschwenkbarePrallplatte

Maximale Injektorwirkung

KeineInjektorwirkung

Beim Atemregler wird dieser Effekt ausgenutzt, um die Einatemarbeit zu vermindern.

Der Injektoreffekt ist abhängig von der Strömungsgeschwin-digkeit und der Dichte der Luft, in der Tiefe verstärkt er sich

daher!

Injektoreffekt

Ohne Injektoreffekt

Mit Injektoreffekt

Einatmung

Durch Saugen erzeugter Unter-druck

Durch Saugen erzeugter Unter-druck wird durch die Injektorwirkung so verstärkt, dass der Regler abbläst.

Die Fläche ist ein Maß für die Atemarbeit!

Abblasen

große Atemarbeit

wenig Atemarbeit

x

x Einsatzpunkt des Injektoreffektes

Zweite Stufe (Lungenautomat)

Luftdusche Umgebungsdruck

Membrane

Mitteldruck

Injektoreffekt bei der EinatmungMundstück

Wasserkammer

Wirbelinjektor (Fa. Mares)

Mitteldruck

Bypassröhrchen

Wirbel, in dessen Zentrum ein Unterdruck herrscht, der den durch Saugenerzeugten Unterdruck verstärkt. Dadurch geringere Einatemarbeit.

Umgebungsdruck

Wirbelinjektor (Fa. Mares)

Bypassröhrchen

Mitteldruck

Injektoreffekt in der ersten Stufe

Druck-verlauf

Bohrung zur Düse


Durch den relativen Unterdruck an der Düse wird die Luft unter der

Membran durch die Bohrung abgesaugt, der Mitteldruck fällt bei

der Einatmung weniger ab!

Mares DFC-System

Membrangesteuerter Druckminderer

voller Flasche

fast leerer Flasche

Kräfte auf die Membran bei

Bei gegen den Druck öffnenden Stufen steigt der Mitteldruck bei fallendem Flaschendruck!

A E

A

B

B

C

C

D

D

C*

E*

Zusätzliche Kräfte beim Abtauchen:

Kolbengesteuerter Druckminderer

voller Flasche

fast leerer Flasche

Kräfte auf den Kolben bei

Bei mit dem Druck öffnenden Stufen fällt der Mitteldruck bei fallendem Flaschendruck!

A

E

A C

D

C*

E*

Zusätzliche Kräfte beim Abtauchen:

Kolbengesteuerte erste StufeSherwood

Kompensation

Prinzip eines unkompensierten Systems, hier Handwaschbecken!

Kraft

DruckDruck

Fläche

Die Kraft zum Öffnen des Ablasses ist abhängig vom Wasserstand (=Flaschendruck) und von der Fläche (=Ventilöffnungsquerschnitt).

Kompensation

Prinzip eines kompensierten Systems, hier Duschwanne!

Die Kraft zum Öffnen des Ablasses ist unabhängig vom Wasserstand (=Flaschendruck) und von der Fläche (=Ventilöffnungsquerschnitt).

Kraft

Fläche

Kompensierte, kolbengesteuerte 1. Stufe

Flaschen-druck

Umgebungs-druck


Kolben

Dichtsitz

Handrad

Wasserkammer mit Stellfeder

Sinterfilter

Membrangesteuerte, kompensierte 1. Stufe

Umgebungs-druck

Flaschen-druck


Kompensations-kammer

Sinterfilter Membran Wasserkammer mit Stellfeder

Kompensation durch FedernXstream, Fa. POSEIDON

Niederer Flaschendruck

Hoher Flaschendruck

Mittel-druck

Umgebungs-druck

Beweglicher HD-Sitz

Membran

Handrad

Sinterfilter

Dichtungskugel

Kräfte bei nichtkompensierter 2. Stufe

Kraft von der Membrane

Drehpunkt

Mitteldruck

Kraft durch MitteldruckFederkraft

Im drucklosen Zustand wird die Dichtung stark auf den Dichtsitz gepresst.

Zweite Stufe (Lungenautomat)

Luftdusche Umgebungsdruck

Membrane

Mitteldruck


Wasserkammer

Kräfte bei kompensierter 2. Stufe

Kraft von der Membrane

Mitteldruck

Kraft durch Mitteldruck

Feder

Kraft durch Mitteldruck in der Kompensationskammer

Durch den durchbohrten Dichtkolben wirkt der Mitteldruck auf beide Seiten, in drucklosem Zustand wirkt nur der schwache Federdruck,

Drehknopf zur Veränderung des Ansprechdruckes

Kompensierte zweite Stufe (Lungenautomat)

Luftdusche


WasserkammerMembrane

Kompensation des Umgebungsdruckes

Der Umgebungsdruck muss immer auf Kolben bzw. Membran der ersten und zweiten Stufe wirken können.

Der Mitteldruck muss immer etwa 9 bar über dem Umgebungsdruck liegen, also um 1 bar pro 10 Meter steigen.

2. Stufe mit Steuerventil„pilotgesteuert“

Luftdusche

Wasserkammer

Mundstück

Hilfskammer

Steuerventil

Mitteldruck

Das Öffnen des Hilfsventils erfordert nur sehr geringe Kraft, das Hauptventil öffnet dann automatisch.

Upstream-System: Sicherheitsventil erforderlich!

Mundstück Membrane

Mitteldruck

Hauptventil Hilfsventil

Hauptluftstrom Hilfsluftstrom

Ruhephase, unter Druck

Einatemphase

2. Stufe mit Hilfsventil

Ausatemventil nicht dargestellt.

„Pilotgesteuert“

Finimeter mit Bourdonrohr

Bourdonrohr (Rohrfedermesswerk): Flaches Metallrohr, welches sich bei Innendruck aufbiegt

Direktanzeigendes Messwerk Messwerk mit Zahnsegment

Drossel im Schlauchanschluss, beim Bersten des Schlauches dürfen max. 100 l/min bei 100 bar austreten Drehgelenk, Überdruckventil im Gehäuse, Anzeige 50% über dem Betriebsdruck, 50 bar-Bereich markiert.

Forderungen:

Finimeter mit Bourdonrohr

Bourdonrohr (Rohrfedermesswerk): Flaches Metallrohr, welches sich bei Innendruck aufbiegt

Zwievel für Drehgelenk

Atemregler

Vereisung

Vereisung des Atemreglers

Atemregler bläst meist ab!

Starker Blasenschwall, Orientierungsverlust, Flasche schnell leer, Luft sehr kalt, Eispartikel in der Luft

Unsicherheit, Panik, falsche Reaktionen

Warum eigentlich?

Man hat doch noch Luft, einen Partner, einen zweiten Atemregler!

Letzte Maßnahme bei abblasendem Atemregler: Ab ca. 50 bar den Mitteldruckschlauch abknicken!

Joule – Thomson - Effekt

Abkühlung der Luft bei der Entspannung in der ersten Stufe

- 0

-

5

-10

-

15

-20

-

25

0C

Temperaturabsenkung an der Drossel

0 100 200 300 400 500 bar Druckdifferenz

250

00CFlaschentemperatur

Inversionspunkt

Vereisung von Atemreglern

Äußere Vereisung in der Wasserkammer

Kälteste Stelle durch Entspannung

durch Feuchte aus der Flasche, ein Tropfen genügt!

In den meisten Fällen genügt ein Eiskristall auf dem Dichtungssitz, der Kolben schließt später, der Mitteldruck steigt an, die 2. Stufe bläst ab.

Innere Vereisung

Äußere Vereisung Membran- oder kolbengesteuerte Stufen?

Wasserkammer

Kälteerzeugung

Abstandx x

Je größer der Abstand zwischen Wasser und Kältequelle, umso besserer Schutz gegen äußeres Vereisen.

Schutz gegen äußere Vereisung durch Gummikappe mit Ölfüllung

Umgebungsdruck

Gummikappe

Ölfüllung

Schutz gegen äußere Vereisung durch Kolben und Hilfsmembran

Umgebungsdruck

Hilfsmembran

Zusatzkolben

Sherwood – CBS - System

Sinterfilter

Überdruckventil (Gummistopfen)

Trockener Feder-stellraum

Es muss darauf geachtet werden, dass immer Luft aus dem Überdruckventil austritt!

Sherwood: Sinterfilter nass und dicht!

Sherwood – Sinterfilter dicht?

0 1020304050

m Tiefe10 8 6 4 2 0

Rel. Mitteldruck (bar)

0 1530 45 60 75

Atemwegsdruck (mbar) 15 Ausatmung

Einatmung

Normgrenze 25 mbar

Ist der Sinterfilter dicht, fällt der Mitteldruck, der Atemwiderstand steigt! Immer darauf achten, dass Luft am Gummistopfen ausperlt!

Einsatzgrenze nach Norm

Geheimnisvolle Abkürzungen

VIVA Venturi Initated Vacuum (Venturiausgelöste Vacuumunterstützung). Anwendung des Injektoreffektes in der zweiten Stufe bei Scubapro.VAD Vortex Assisted Design (Wirbelunterstützte Ausführung) Anwendung des Injektoreffektes in der zweiten Stufe; Fa. MaresDFC Dynamic Flow Control (Dynamische Strömungsregelung) Anwendung des Injektoreffektes in der ersten Stufe. Fa. Mares.CBS Constant Bleed System ( Dauerndes Abblas System) Belüftung der Wasserkammer der ersten Stufe aus dem Mitteldruck bei Fa. SherwoodCW Kit Cold Water Kit, Zusatzausrüstung, um Atemregler kaltwassertauglich zu machen

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