Atemregler Aufbau und Funktion Erstellt vom

Präsentation zum Thema: "Atemregler Aufbau und Funktion Erstellt vom"—  Präsentation transkript:

1 Atemregler Aufbau und Funktion Erstellt vom
VERBAND INTERNATIONALER TAUCHSCHULEN VIT ( abgewandelt von Unidive e.V Verantwortlich für den Inhalt: Werner Scheyer Jan Maier Unidive Dieser Vortrag ist für Taucher mit abgeschlossener Grundausbildung bis Tauchlehrer gedacht.

2 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.

3 Prinzipielle Funktion des Atemreglers
Flasche mit Wasserschutzrohr und Sinterfilter Prinzipielle Funktion des Atemreglers Ventil Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers ...der oben mit einer Gummimembran abgedeckt ist, an der ein Ventilteller befestigt ist. Eine kleine Feder, die den Ventilteller immer leicht nach oben drückt und ein Sinterfilter, der den möglichen Rost aus der Flasche zurückhält vervollständigt das System.

4 Prinzipielle Funktion des Atemreglers
Flasche mit Wasserschutzrohr und Sinterfilter Prinzipielle Funktion des Atemreglers Ventil Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers Öffnet man nun das Flaschenventil, drückt die Druckluft den Ventilteller zusätzlich nach oben, das System ist dicht.

5 Prinzipielle Funktion des Atemreglers
Flasche mit Wasserschutzrohr und Sinterfilter Prinzipielle Funktion des Atemreglers Ventil Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers Saugt man nun die Luft durch das seitliche Mundstück aus dem Topf, biegt sich durch den Unterdruck die Membran nach unten durch. Sie schiebt auch den Ventilteller nach unten, das Ventil öffnet, Luft strömt aus.

6 Prinzipielle Funktion des Atemreglers
Flasche mit Wasserschutzrohr und Sinterfilter Prinzipielle Funktion des Atemreglers Ventil Hier am Beispiel eines einstufigen Reglers

7 Zweistufige Einschlauchautomaten

8 Membrangesteuert, kompensiert * Kolbengesteuert, kompensiert *
Druckminderer 1. Stufe des Atemreglers Membrangesteuert, nicht kompensiert Kolbengesteuert, nicht kompensiert Einfach, robust, Mitteldruck ab-hängig vom Flaschendruck Hohe Luftlieferlei-stung, Mitteldruck unabhängig vom Flaschendruck Membrangesteuert, kompensiert * Kolbengesteuert, kompensiert * Mitteldruck zur 2. Stufe * fälschlicherweise wird hier oft auch der englische Ausdruck „balanciert“ verwendet.

9 Prinzipielle Funktion eines zweistufigen Atemreglers
Erste Stufe Membran Öffnungen für Umgebungsdruck Wasserkammer Feder zum Einstellen des Mitteldruckes Mitteldruckschlauch zur zweiten Stufe

10 Membrangesteuerter Druckminderer
Nicht kompensiert HD-Abgang mit Drossel Mitteldruck zur 2. Stufe Handrad Flaschendruck Umgebungsdruck Der Unterschied zum einstufigen Zweischlauchautomat ist die Feder, die von rechts auf die Membran drückt. Mit ihr wird der Mitteldruck eingestellt, der zur Versorgung der zweiten Stufe erforderlich ist. Sie hält das Ventil solange offen, bis der Mitteldruck von etwa 9 bar erreicht ist. Dann ist die Kraft von links auf die Membran so groß, dass das Ventil schließt. Auch hier muss der Umgebungsdruck auf die Membran wirken können, damit sich der Mitteldruck immer wieder auf 9 bar über dem Umgebungsdruck nachregeln kann, andernfalls wäre in der Tiefe eine Atmung nicht mehr möglich. In drucklosem Zustand ist die Stufe offen, da die Feder von rechts den Venntilteller abhebt (daher Vorsicht beim Spülen!). Öffnet man das Flaschenventil, strömt die Luft aus und weiter zur zweiten Stufe. Ist diese geschlossen, weil gerade nicht geatmet wird, steigt der Druck bis zum eingestellten Mitteldruck, dann schließt der Ventilteller. Atmet man ein, sinkt der Mitteldruck etwas, das Ventil öffnet, Luft kann nachströmen. Sinterfilter Dichtkegel Membrane Wasserkammer mit Stellfeder Stufe unter Druck, im drucklosen Zustand ist der Dichtkegel offen!

11 Kolbengesteuerter Druckminderer
Flaschendruck Umgebungsdruck Mitteldruck zur 2. Stufe Handrad Sinterfilter Wasserkammer mit Stellfeder Kolben mit Steuerbohrung Nicht kompensiert Hier ist die Membran durch einen Kolben ersetzt. Auch dieses System ist in drucklosem Zustand offen, da die Feder dem Kolben nach rechts drückt. Öffnet man das Flaschenventil, strömt die Luft zur zweiten Stufe. Ist diese geschlossen, baut sich der Mitteldruck auf. Er gelangt durch die Steuerbohrung im Kolbenschaft auch auf die Oberseite des Kolbens und drückt diesen nach links, bis die Dichtung aufsitzt und die Luftzufuhr unterbricht.

12 Injektor (Ejektor,Venturi,Bypass)
Funktionselemente Upstream Downstream Injektor (Ejektor,Venturi,Bypass)

13 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. Federdruck Druck

14 Upstream-System Öffnungskraft von der Membrane Druck
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

15 Injektoreffekt (Ejektor)
Einschwenkbare Prallplatte Unterdruck Maximale Injektorwirkung Druck Keine Injektorwirkung Unterdruck Ein aus einer Düse ausströmendes Medium reißt aus der Umgebung das dort vorhandene Medium mit und erzeugt so einen Unterdruck (z.B. Wasserstrahlpumpe). Wird die Prallplatte senkrecht gestellt, entsteht ein Staudruck, der Injektoreffekt wird unterbrochen. 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!

16 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 Bei Atemreglern wird der Injektoreffekt eingesetzt, um die Atemarbeit zu verringern. Bei einigen Reglern ist die Einstellung der Prallplatte von außen möglich. Bei nicht verwendeten Stufen (Oktopus, Zweitautomat) sollte der Injektoreffekt dann abgestellt werden, um ein ungewolltes Abblasen der Stufe beispielsweise beim Sprung ins Wasser zu vermeiden.

17 Zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche Umgebungsdruck Membrane Mitteldruck Injektoreffekt bei der Einatmung Mundstück Wasserkammer

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20 Wirbelinjektor (Fa. Mares)
Bypassröhrchen Mitteldruck

21 Injektoreffekt in der ersten Stufe
Druck-verlauf Bohrung zur Düse Mitteldruck zur 2. Stufe 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 Der Effekt bewirkt, dass der Mitteldruckabfall bei der Einatmung gering bleibt. Für den Taucher macht sich das allerdings nur bei tiefen Tauchgängen und großem Luftbedarf bemerkbar. An der ersten Stufe ist nur ein Ausgang so ausgestattet (mit DFC bezeichnet), dort sollte der Hauptautomat angeschlossen werden.

22 Membrangesteuerter Druckminderer
Zusätzliche Kräfte beim Abtauchen: Kräfte auf die Membran bei A B C C* E* voller Flasche Zeichnet man alle Kräfte, die auf die Membran wirken in ihrer Größe und Richtung auf, erkennt man, dass der Flaschendruck einen Einfluss auf den Mitteldruck hat. Das ist nachteilig, da beim Service immer mit voller und fast leerer Flasche geprüft werden muss. Auch kann die zweite Stufe nicht optimal eingestellt werden, wenn der Mitteldruck immer um etwa 2 bar steigt, wenn die Flasche leer wird. D fast leerer Flasche Bei gegen den Druck öffnenden Stufen steigt der Mitteldruck bei fallendem Flaschendruck!

23 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 C D C* E* Zusätzliche Kräfte beim Abtauchen: Das Problem ist hier gleich, nur kehrt sich die Abhängigkeit vom Flaschendruck um, da dieses Ventil mit dem Druck öffnet.

24 Kolbengesteuerte erste Stufe
Sherwood

25 Kompensation Prinzip eines unkompensierten Systems, hier Handwaschbecken! Kraft Druck Fläche Die Kraft zum Öffnen des Ablasses ist abhängig vom Wasserstand (=Flaschendruck) und von der Fläche (=Ventilöffnungsquerschnitt). Die beiden vorher beschriebenen Stufen lassen sich mit einem Handwaschbecken vergleichen. Auch hier ist die Kraft zum Öffnen des Ablaufes von der Höhe der anstehenden Wassersäule (Flaschendruck) abhängig. Auch der Querschnitt des Ablaufes (Ventilöffnung) kann nicht beliebig vergrößert werden, da sonst die Öffnungskräfte auch zu stark ansteigen.

26 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 Bei dem Ablauf der Duschecke hat die Höhe des Wasserspiegels und der Querschnitt des Ablaufes keinen Einfluss auf die benötigte Öffnungskraft. Das System ist kompensiert, so wollen wir einen Automaten haben.

27 Kompensierte, kolbengesteuerte 1. Stufe
Mitteldruck zur 2. Stufe Kolben Wasserkammer mit Stellfeder Handrad Umgebungs-druck Und hier haben wir ihn! Die Luft strömt seitlich herein und wirkt allseitig auf den Kolbenschaft. Der Mitteldruck ist nahezu unabhängig vom Flaschendruck und die Ventilquerschnitte können größer gewählt werden. Flaschen-druck Sinterfilter Dichtsitz

28 Membrangesteuerte, kompensierte 1. Stufe
Umgebungs-druck Flaschen-druck Mitteldruck zur 2. Stufe Kompensations-kammer Sinterfilter Membran Wasserkammer mit Stellfeder Das System lässt sich auch auf membrangesteuerte Stufen anwenden. Auf den Dichtkegel wirkt durch die mit dem Mitteldruck verbundene Kompensationskammer der Mitteldruck von beiden Seiten, er ist kompensiert. Die oft in der Werbung verwendete Bezeichnung „balanciert“ ist der nicht übersetzte englische Ausdruck für die Kompensation. Englisch macht eben interessanter!

29 Kompensation durch Federn Niederer Flaschendruck
Xstream, Fa. POSEIDON Umgebungs-druck Membran Mittel-druck Beweglicher HD-Sitz Das System lässt sich auch auf membrangesteuerte Stufen anwenden. Auf den Dichtkegel wirkt durch die mit dem Mitteldruck verbundene Kompensationskammer der Mitteldruck von beiden Seiten, er ist kompensiert. Die oft in der Werbung verwendete Bezeichnung „balanciert“ ist der nicht übersetzte englische Ausdruck für die Kompensation. Englisch macht eben interessanter! Dichtungskugel Handrad Sinterfilter Niederer Flaschendruck Hoher Flaschendruck

30 Kräfte bei nichtkompensierter 2. Stufe
Kraft von der Membrane Drehpunkt Mitteldruck Kraft durch Mitteldruck Federkraft Im drucklosen Zustand wird die Dichtung stark auf den Dichtsitz gepresst. Die Kompensation in der zweiten Stufe ist für den Taucher noch interessanter. Bei nicht kompensiertem System muss die Dichtfeder relativ stark sein, um den Mitteldruck sicher abzudichten. I

31 Zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche Umgebungsdruck Wasserkammer Membrane Mitteldruck So würde eine nichtkompensierte zweite Stufe etwa aussehen. Der Injektoreffekt im Ausgang könnte durch eine drehbare Prallplatte abstellbar bzw. justierbar sein. Das Ausatemventil ist hier nicht dargestellt. Injektoreffekt bei der Einatmung Mundstück

32 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 So würde etwa eine kompensierte zweite Stufe aussehen. Der Dichtkolben ist durchbohrt und endet links in einer Kompensationskammer. Der einströmende Mitteldruck erzeugt den Hauptdichtungsdruck selbst in der Kompensations-kammer, in drucklosem Zustand drückt nur noch die schwache Zusatzfeder auf die Dichtung. Theoretisch wäre dieses System gefährlich, da kein Sicherheits-ventil vorhanden ist. Bei defekter ersten Stufe würde der Mitteldruck so lange ansteigen, bis der Mitteldruckschlauch platzt. In der Praxis wird die Kompensation nicht zu 100% gemacht, der Durchmesser in der Kompensationskammer ist geringfügig kleiner, sodass bei Druckanstieg doch eine Kraftkomponente entsteht, die das Ventil öffnet und der Überdruck abströmen kann.

33 Kompensierte zweite Stufe (Lungenautomat)
Luftdusche Injektoreffekt bei der Einatmung Mundstück Wasserkammer Membrane So sieht das etwa in der Praxis aus. Mit dem linken Drehknopf kann die Dichtfeder noch etwas stärker gespannt werden, der Regler lässt sich etwas schwerer atmen. Bei schwach eingestelltem Federdruck genügt die etwas geneigte Kopfhaltung beim Abtauchen schon zum Abblasen des Reglers. Auch hier kann durch eine zusätzliche Prallplatte der Injektoreffekt eingestellt werden.

34 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.

35 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! Bei diesem System wird die im Mitteldruck gespeicherte Energie zum Öffnen des Hauptluftstromes ausgenutzt.

36 2. Stufe mit Hilfsventil Mundstück Membrane Mitteldruck
Hauptventil Hilfsventil Hauptluftstrom Hilfsluftstrom Ruhephase, unter Druck Einatemphase 2. Stufe mit Hilfsventil Ausatemventil nicht dargestellt.

37 „Pilotgesteuert“

38 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:

39 Finimeter mit Bourdonrohr Zwievel für Drehgelenk
Bourdonrohr (Rohrfedermesswerk): Flaches Metallrohr, welches sich bei Innendruck aufbiegt Zwievel für Drehgelenk

40 Atemregler Vereisung Dieser Vortrag ist für Taucher mit abgeschlossener Grundausbildung bis Tauchlehrer gedacht.

41 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!

42 Joule – Thomson - Effekt
Abkühlung der Luft bei der Entspannung in der ersten Stufe 0C Temperaturabsenkung an der Drossel bar Druckdifferenz 250 00C Flaschentemperatur Inversionspunkt

43 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

44 Membran- oder kolbengesteuerte Stufen?
Äußere Vereisung Membran- oder kolbengesteuerte Stufen? Wasserkammer Kälteerzeugung Abstand x Je größer der Abstand zwischen Wasser und Kältequelle, umso besserer Schutz gegen äußeres Vereisen.

45 Schutz gegen äußere Vereisung durch Gummikappe mit Ölfüllung
Umgebungsdruck Gummikappe Ölfüllung

46 Schutz gegen äußere Vereisung durch Kolben und Hilfsmembran
Umgebungsdruck Hilfsmembran Zusatzkolben

47 Sherwood – CBS - System Überdruckventil (Gummistopfen) Sinterfilter
Trockener Feder-stellraum Es muss darauf geachtet werden, dass immer Luft aus dem Überdruckventil austritt! Durch einen feinen Sinterfilter strömt dauernd Luft aus dem Mitteldruckraum in die Wasserkammer. Damit dort kein Druckanstieg erfolgt, ist sie mit einem, als Überdruckventil arbeitenden Gummistopfen verschlossen, der den inneren Überdruck auf etwa 30 Zentimeter Wassersäule begrenzt. So bleibt die Wasserkammer immer sauber und trocken, trotzdem kann sich der Druck dem Außendruck anpassen. Gefährlich wird es, wenn Wasser durch falsches Spülen oder durch einen undichten Gummistopfen in die Wasserkammer gelangt. Während der Tauchpause, wenn der Regler drucklos ist, wird das Wasser durch Kapillarkräfte in den Sinterfilter gesaugt und dichtet ihn ab. Beim Abtauchen kann sich der Mitteldruck nicht mehr dem Außendruck anpassen, er bleibt konstant auf etwa 9 bar stehen. Da der Außendruck um 1 bar pro 10 Meter Tiefe steigt, stehen in 50 Meter Tiefe statt 9 bar Differenz nur noch 4 bar Mitteldruck zur Verfügung, der Atemwiderstand steigt stark an.

48 Sherwood: Sinterfilter nass und dicht!

49 Sherwood – Sinterfilter dicht?
m Tiefe Rel. Mitteldruck (bar) 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

50 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