Transcript Atemregler Aufbau und Funktion 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
Aufbau und Funktion
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.
Prinzipielle Funktion des
Atemreglers
Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers
Flasche mit
Wasserschutzrohr
und Sinterfilter
Ventil
Prinzipielle Funktion des
Atemreglers
Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers
Flasche mit
Wasserschutzrohr
und Sinterfilter
Ventil
Prinzipielle Funktion des
Atemreglers
Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers
Flasche mit
Wasserschutzrohr
und Sinterfilter
Ventil
Prinzipielle Funktion des
Atemreglers
Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers
Flasche mit
Wasserschutzrohr
und Sinterfilter
Ventil
Zweistufige Einschlauchautomaten
Druckminderer
1. Stufe des Atemreglers
Einfach, robust,
Mitteldruck abhängig vom
Flaschendruck
Membrangesteuert,
nicht kompensiert
Membrangesteuert,
kompensiert *
Hohe Luftlieferleistung, Mitteldruck
unabhängig vom
Flaschendruck
Kolbengesteuert,
nicht kompensiert
Kolbengesteuert,
kompensiert *
Mitteldruck zur 2. Stufe
* fälschlicherweise wird hier oft auch der
englische Ausdruck „balanciert“ verwendet.
Prinzipielle Funktion eines
zweistufigen Atemreglers
Erste Stufe
Membran
Öffnungen für Umgebungsdruck
Wasserkammer
Feder zum Einstellen des
Mitteldruckes
Mitteldruckschlauch
zur zweiten Stufe
Membrangesteuerter Druckminderer
Nicht kompensiert
HD-Abgang
mit Drossel
Mitteldruck zur 2. Stufe
Handrad
Umgebungsdruck
Flaschendruck
Sinterfilter
Dichtkegel Membrane
Wasserkammer mit
Stellfeder
Stufe unter Druck, im drucklosen Zustand ist der Dichtkegel offen!
Kolbengesteuerter Druckminderer
Nicht kompensiert
Mitteldruck zur 2. Stufe
Handrad
Umgebungsdruck
Flaschendruck
Sinterfilter Wasserkammer mit Stellfeder Kolben mit Steuerbohrung
Funktionselemente
Upstream
Downstream
Injektor
(Ejektor,Venturi,
Bypass)
Downstream-System
Druck
Federdruck
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.
Upstream-System
Druck
Öffnungskraft von
der Membrane
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!
Injektoreffekt (Ejektor)
Unterdruck
Druck
Unterdruck
Einschwenkbare
Prallplatte
Maximale
Injektorwirkung
Keine
Injektorwirkung
Ein aus einer Düse ausströmendes Medium reißt aus der
Umgebung das dort vorhandene Medium mit und erzeugt so
einen Unterdruck (z.B. Wasserstrahlpumpe).
Beim Atemregler wird dieser Effekt ausgenutzt, um die
Einatemarbeit zu vermindern.
Der Injektoreffekt ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und der Dichte der Luft, in der Tiefe verstärkt er sich
daher!
Injektoreffekt
Einatmung
Durch Saugen
erzeugter Unterdruck
Durch Saugen
erzeugter Unterdruck wird durch
die Injektorwirkung
so verstärkt, dass
der Regler abbläst.
große Atemarbeit
wenig Atemarbeit
Ohne
Injektoreffekt
Mit
Injektoreffekt
x
Abblasen
x Einsatzpunkt des Injektoreffektes
Die Fläche ist ein Maß für die Atemarbeit!
Zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche
Umgebungsdruck
Wasserkammer
Membrane
Mitteldruck
Mundstück
Injektoreffekt bei
der Einatmung
Wirbelinjektor (Fa. Mares)
Bypassröhrchen
Mitteldruck
Injektoreffekt in der ersten Stufe
Bohrung zur Düse
Mitteldruck zur 2. Stufe
Druckverlauf
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
C
A
E
B
D
Kräfte auf die
Membran bei
Zusätzliche Kräfte
beim Abtauchen:
A
B
C
C*
voller Flasche
D
fast leerer
Flasche
Bei gegen den Druck öffnenden Stufen steigt
der Mitteldruck bei fallendem Flaschendruck!
E*
Kolbengesteuerter Druckminderer
E
A
Kräfte auf den
Kolben bei
Zusätzliche Kräfte
beim Abtauchen:
A
C
C*
voller Flasche
D
fast leerer
Flasche
Bei mit dem Druck öffnenden Stufen fällt der
Mitteldruck bei fallendem Flaschendruck!
E*
Kolbengesteuerte erste Stufe
Sherwood
Kompensation
Prinzip eines unkompensierten Systems, hier Handwaschbecken!
Kraft
Druck
Druck
Fläche
Die Kraft zum Öffnen des Ablasses ist abhängig vom Wasserstand
(=Flaschendruck) und von der Fläche (=Ventilöffnungsquerschnitt).
Kompensation
Prinzip eines kompensierten Systems, hier Duschwanne!
Kraft
Fläche
Die Kraft zum Öffnen des Ablasses ist unabhängig vom Wasserstand
(=Flaschendruck) und von der Fläche (=Ventilöffnungsquerschnitt).
Kompensierte, kolbengesteuerte 1. Stufe
Mitteldruck zur 2. Stufe
Kolben
Wasserkammer mit
Stellfeder
Handrad
Umgebungsdruck
Flaschendruck
Sinterfilter
Dichtsitz
Membrangesteuerte, kompensierte 1. Stufe
Mitteldruck zur 2. Stufe
Flaschendruck
Umgebungsdruck
Sinterfilter
Kompensationskammer
Membran Wasserkammer
mit Stellfeder
Kompensation durch Federn
Xstream, Fa. POSEIDON
Umgebungsdruck
Membran
Mitteldruck
Beweglicher
HD-Sitz
Dichtungskugel
Handrad
Sinterfilter
Niederer
Flaschendruck
Hoher
Flaschendruck
Kräfte bei nichtkompensierter 2. Stufe
Kraft von der Membrane
Drehpunkt
Mitteldruck
Federkraft
Kraft durch Mitteldruck
Im drucklosen Zustand wird die Dichtung stark auf den Dichtsitz gepresst.
Zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche
Umgebungsdruck
Wasserkammer
Membrane
Mitteldruck
Mundstück
Injektoreffekt bei
der Einatmung
Kräfte bei kompensierter 2. Stufe
Kraft von der Membrane
Drehknopf zur Veränderung
des Ansprechdruckes
Mitteldruck
Kraft durch Mitteldruck in
der Kompensationskammer
Kraft durch
Mitteldruck
Feder
Durch den durchbohrten Dichtkolben wirkt der Mitteldruck auf beide
Seiten, in drucklosem Zustand wirkt nur der schwache Federdruck,
Kompensierte zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche
Wasserkammer
Mundstück
Membrane
Injektoreffekt bei
der Einatmung
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!
2. Stufe mit Hilfsventil
Mundstück
Membrane
Mitteldruck
Ruhephase,
unter Druck
Hauptventil Hilfsventil
Hauptluftstrom
Hilfsluftstrom
Einatemphase
Ausatemventil nicht
dargestellt.
„Pilotgesteuert“
Finimeter mit Bourdonrohr
Bourdonrohr (Rohrfedermesswerk): Flaches
Metallrohr, welches sich bei Innendruck aufbiegt
Forderungen: 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.
Direktanzeigendes Messwerk
Messwerk mit Zahnsegment
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
0
100
200
Druckdifferenz
400 500 bar
300
Inversionspunkt
- 5
-10
-15
-20
-25
0C
Temperaturabsenkung
an der Drossel
250
Flaschentemperatur
00C
Vereisung von Atemreglern
Äußere Vereisung in der
Wasserkammer
Kälteste Stelle durch
Entspannung
Innere Vereisung
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.
Äußere Vereisung
Membran- oder kolbengesteuerte Stufen?
Wasserkammer
x
Abstand
x
Kälteerzeugung
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
Überdruckventil
(Gummistopfen)
Sinterfilter
Trockener Federstellraum
Es muss darauf geachtet werden, dass immer
Luft aus dem Überdruckventil austritt!
Sherwood: Sinterfilter nass und dicht!
Sherwood – Sinterfilter dicht?
m Tiefe
0
10
20
Einsatzgrenze
30
nach Norm
40
50
Atemwegsdruck
(mbar) 15
0
15
30
45
60
75
Rel. Mitteldruck (bar)
10
8
6
4
2
0
Ausatmung
Einatmung
Normgrenze 25 mbar
Ist der Sinterfilter dicht, fällt der Mitteldruck, der Atemwiderstand steigt!
Immer darauf achten, dass Luft am Gummistopfen ausperlt!
Geheimnisvolle Abkürzungen
Sie machen interessant, aber informieren sie auch?
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. Mares
DFC 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.
Sherwood
CW Kit Cold Water Kit, Zusatzausrüstung, um Atemregler
kaltwassertauglich zu machen