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Verfahren und Vorrichtung für die Luftversorgung eines freien Tauchers
mittels eines Preßluft-Atemgerätes Es ist bekannt, einen freien Taucher mit Nährgas
zu versorgen, welches in einem Behälter unter hohem Druck gespeichert ist und über
eine Leitung, versehen mit Steuerventilen, dem Taucher zugeführt wird. Man kann
Geräte dieser Art in zwei Klassen einteilen. Die eine Geräteklasse benutzt als Nährgas
reinem Sauerstoff, die andere Luft oder z. B. ein. Gemisch von Sauerstoff und Helium.
Bei den Sauerstoffgeräten ist zwischen Vorratsflasche und Mundstück des Tauchers
vorzugsweise ein wasser- und lungendruckgesteuertes Einlaßventil vorgesehen, welches
den Sauerstoff über einen Vorratsbehälter dem Mundstück zuführt. Bei Geräten dieser
Art wird also reiner Sauerstoff eingeatmet. Da der ausgeatmete Sauerstoff die von
der Lunge abgegebene Kohlensäure enthält, muß die ausgeatmete Gasmenge über eine
chemische Reinigungskammer zwecks Absorption des Kohlendioxyds geführt werden.
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Geräte dieser Art haben den Nachteil, daß man sich in Wassertiefen
über etwa 20 m nicht aufhalten darf, weil der reine Sauerstoff auf den menschlichen
Organismus bei einem Gesamtdruck über 3 ata als Gift wirkt. Ein weiterer Nachteil
der Sauerstofftauchgeräte besteht darin, daß bei Verunreinigung der im Kreise zwischen
Reinigungskammer und Lunge geführten Gasmenge durch CO.-Gas schwere Vergiftungserscheinungen
auftreten können, ohne daß der Benutzer des Gerätes durch verstärkte Atmung den
zu hohen Kohlensäurespiegel des Blutes herabdrücken kann.
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Die mit Preßluft arbeitenden Tauchgeräte vermeiden diese vorbeschriebenen
Nachteile, da hier die Lunge immer mit frischer Luft durchspült wird und diese selbst
in großen Tiefen nichtgiftig wirkt. Während aber die Sauerstoffgeräte eine relativ
kleine Preßgasflasche für sich als Vorteil buchen können, besitzen die mit komprimierter
Luft arbeitenden Geräte den Nachteil, daß hier mehrere Preßluftvorratsflaschen angeordnet
werden müssen; wenn man in größerer Tiefe tauschen oder lange Zeit unter Wasser
bleiben will. Der Grund hierzu Liegt, darin, daß eben die Sauerstoffausnutzung der
Luft gering ist. Von den 21% des bei Normaldruck zugeführten Sauerstoffgehaltes
der Luft werden bekanntlich bei einem Atemzug nur wenige Prozent verbraucht. In
großer Tiefe aber ist die Ausnutzungsquote für den Luft-Sauerstoff je Atemzug praktisch
noch viel geringer, denn es wird bei einer bestimmten Anstrengung des menschlichen
Körpers je Atemzug eine konstante Sauerstoffmenge benötigt, und der Volumeninhalt
eines Atemzuges ist ebenfalls ungefähr konstant. Die Masse an Luft, welche jedoch
unter vorgenannten Verhältnissen bei einem Atemzug verbraucht wird, ist proportional
dem absoluten Druck, also z. B. in 50 m Wassertiefe 6mal größer als an der Wasseroberfläche.
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Für den praktischen Gebrauch der Preßluftgeräte besteht, außer der
durch die großen Preßluftflaschen verursachten Unhandlichkeit der Geräte (großer
Strömungswiderstand), noch die Schwierigkeit, an Ort und Stelle die Flaschen für
einen neuen Tauchversuch neu füllen zu müssen.
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Die Erfindung vermeidet die vorbeschriebenen Nachteile, indem folgendes
Verfahren eingeschlagen wird: Bei der Luftversorgung eines freien Tauchers mittels
eines Preßluftatemgerätes, mit einer Atemgas-Vorratsflasche und einem Lungen- und
wasserdruckgesteuerten Einatemventil wird erfindungsgemäß der bei ein und demselben
Anzug zuerst eingeatmete Luftanteil bei der Ausatmung ins Wasser abgegeben, während
der zuletzt eingeatmete Luftanteil bei der Ausatmung in einen Sparbehälter ausgeatmet
wird und beim nächsten Atemzug als erste Einatmungsluft nochmals Verwendung findet,
wobei dem Taucher vorzugsweise zwecks Vermeidung eines zu geringen Sauerstoffgehaltes
der gesamten so eingeatmeten Luftmenge ständig und unabhängig von dem lungen-und
wasserdruckgesteuerten Einatemventil eine zusätzliche Atemgasmenge zugeführt wird,
die höchstens so groß wie die ins Wasser austretende Luftmenge ist. .
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Während bei den mit Sauerstoff arbeitenden Gerä-ten das verwandte
Sauerstoffgas einen vollkommenem Kreiskauf vollzieht; d. h.; es wird überhaupt lein
Sauerstoff
ins Wasser ausgeatmet, wird nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren während eines
Atemzuges ein Kreislauf nur für den zuletzt eingeatmeten Luftanteil bewerkstelligt.
Das Verfahren hat nun den Vorzug, daß die zuerst eingeatmete, mit CO.-Gas stark
durchsetzte Luft eines Atemzuges, wie bisher bei den Preßluftgeräten üblich, ins
Wasser abgegeben wird, während der zuletzt eingeatmete Luftteil in Anbetracht seines
nur sehr geringen Anteils an Kohlendioxyd für einen weiteren Atemzug Verwendung
finden kann. Die Durchführung dies Verfahrens ist deshalb möglich, weil der Sauerstoffgehalt
der zuletzt eingeatmeten bzw. zuerst ausgeatmeten Luft praktisch kaum gegenüber
dem ursprünglichen Zustand verringert wurde.
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Eine weitere Vervollkommnung des Verfahrens besteht darin, daß die
in den Sparbehälter ausgeatmete Luft in an sich bekannter Weisse von ihrem an und
für sich geringen C 02 Gehalt chemisch gereinigt wird. Die völlige Betriebssicherheit
des neuen Verfahrens wird dadurch sichergestellt, daß außer dem lungere und wasserdruckgesteuerten
Einatemventil nach eine vorzugsweise verstellbare, ebenfalls durch den Wasserdruck
gesteuerte Atemgasdüse der Einatmungsletung einen Teil Atemgas zuführt, der so groß
bemessen ist, daß er den Atembedarf des Tauchers bei Bewegungslosigkeit in entsprechender
Tauchtiefe deckt.
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Eine zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignete
Vorrichtung besteht bei einer Atemgas-Vorratsflasche, einem langen- und wasserdruckgesteuerten
Einatemventil, das einerseits über eine Niederdruckleitung und ein Reduzierventil
mit der Vorratsflasche in Verbindung steht und andererseits mit einem Mundstück
zum Einatmen verbunden ist, wobei zwischen dem Einaternventil und dem Mundstück
ein durch den Wasserdruck bzw. den Druck der Atemluft verformbarer Behälter angeordnet
ist, während die verbrauchte Luft durch ein federbelastetes Ausatemventil in das
Wasser ausgestoßen wird, erfindungsgemäß darin, daß der verformbare Behälter in
aufgeblasenem Zustand ein geringeres Volumen als das Lungenvolumen hat und daß der
aufgeblasene Zustand des Behälters bei einem Druck erreicht wird, der höchstens
so groß wie der zum Öffnen des Ausatemventils notwendige Druck ist.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt Fig. 1
ein Tauchgerät mit Lungen- und wasserdruckgesteuertem Einatemventil und verformbarem
Sparbehälter, Fig. 2 ein Tauchgerät, in welchem der verformbare Sparbehälter und
das Einatemventil eine Baueinheit bilden, Fig. 3 ein Tauchgerät gemäß Fig. 1, bei
welchem jedoch in die Zuführungsleitung zum Sparbehälter eine chemische Reinigungskammer
eingeschaltet ist, Fig. 4 ein Tauchgerät mit Ventilen am Mundstück, Sparbehälter
und chemischer Reinigungskammer, Fig. 5 ein Tauchgerät wie nach Fig. 4, jedoch bilden
Einlaßventil und chemische Reinigungskammer eine Baueinheit.
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Die Preßluftflasche 1 mit Verschluß 2 und dem Reduzierventil 3 ist
durch die Niederdruckleitung 4 mit dem Gehäuse 5 des Lungen- und wasserdruckgesteuerten
Einatemventils verbunden, dessen Membran 6 mit dem Einlaßventil 7 und den Öffnungen
8 für Wasserdurchtritt die Zuführungsleitung 9 und das Mundstück 11 mit Atemgas
in bekannter Weise versorgen; und 10 und 10a ist ein durch den Wasser- bzw. Lungendruck
deformierbarer Sparbehälter in der Zuführungsleitung 9 in aufgeblasenem und nicht
aufgeblasenem Zustand. Die Ausatemleitung 12 verbindet das Mundstück 11 mit dem
Ausatemventil 13.
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Der Arbeitsvorgang ist (vgl. Fig. 1) folgender: Nach Öffnen des Verschlusses
2 dringt über das Reduzierventil 3 bis zum Einlaßventil 7 niedergespannte Preßluft.
Durch die Leitung 9 stellt sich oberhalb der Membran 6 der Lungendruck und unterhalb
der Membran 6 der Wasserdruck ein. Sind beide Drucke gleich, so ist das Ventil?
geschlossen. Beim Einatmen entsteht oberhalb der Membran ein Unterdruck, so daß
durch das Wasser über die Membran 6 das Ventil 7 geöffnet wird und Preßluft in die
Leitung 9 einströmt. Es sei angenommen, daß in diesem Augenblick der Sparbehälter
gemäß der Erfindung sein kleinstes Volumen angenommen hätte, so wie dies durch 10a
dargestellt ist. Das Ventil 13 ist durch eine leichte Federkraft gegen die Ausatmungsleitung
12 gedrückt, so daß beim Ausatmen der eingeatmeten Luft durch das Mundstück 11 erst
die Federkraft einschließlich Wasserdruck überwunden werden muß, bis sich das Ventil
13 öffnet. Wird nun ausgeatmet, dann füllt sich, bevor sich das Ventil 13 öffnet,
erst der deformierbare Behälter 10, der j a nur unter dem Wasserdruck steht, mit
der ausgeatmeten Luft. Es ist hierbei erfindungsgemäß vorausgesetzt, daß dieser
Behälter in aufgeblasenem Zustand ein geringeres Volumen hat als das Lungenvolumen.
Nach Füllung des Sparbehälters 10 steigert sich beim Ausatmen der Druck in der Leitung
9 und 12, so daß nunmehr das Ventil 13 öffnet und die restliche Luft in das Wasser
ausgeatmet wird. Die eingezeichneten Pfeile (ausgezogen) zeigen den Weg, den die
eingeatmete Luft nimmt, die gestrichelten Pfeile den Weg, den die ausgeatmete Luft
nimmt. Bei dem nächstfolgenden Atemzug bleibt zunächst Ventil 7 geschlossen, und
es wird über die Leitung 9 und das Mundstück 11 der Sparbehälter in die Lunge entleert.
Hiernach entsteht durch weiteres Ansaugen der Luft durch die Lunge ein Unterdruck
oberhalb der Membranen 6 und, wie vor beschrieben, öffnet der Wasserdruck das Einlaßventil,
so daß Atemgas unmittelbar aus der Vorratsflasehe über Leitung 9 und Mundstück 11
der Lunge zugeführt wird. Fig. 2 zeigt gemäß der Erfindung eine Kombination des
Sparbehälters mit dem Jungen- und wasserdruckgesteuerten Einatemventil. 14 ist das
Gehäuse für die gemeinsame Anordnung, der Gehäuseteil 15 gestattet dem Wasser den
Zutritt zu der sackartig abgebildeten Membran 16. Bei dieser Anordnung wird beim
Einatmen der Sparbehälter ebenfalls auf sein kleinstes Volumen durch den Wasserdruck
zusammengedrückt und hierbei das Einatemventil 7 geöffnet, das dann das zur Vollendung
des Atemzuges n(± notwendige Atemgas in die Einatmungsleitung 9' abgibt.
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In Fig. 3 ist gemäß der Erfindung in die Leitung 9" zwischen Sparbehälter
10 und Mundstück 11 eine chemische Reinigungskammer 18 eingeschaltet und das Gehäuse
des Einatemventils 5 mit dem Mundstück 11 durch eine Zuführungsleitung 17 verbunden.
Die in den Sparbehälter ausgeatmete Luft wird bei dieser Ausführung beim Durchgang
durch die chemische Reinigungskammer von Kohlendioxydgehalt befreit. Im übrigen
vollzieht sich die Arbeitsweise des Gerätes gemäß der Beschreibung für Fig. 1.
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Fig. 4: In der Einatmungsleitung 9"' und der Ausatmungsleitung 12'
sind nächst dem Mundstück 11 die Ventile 19 und 20 angeordnet. Beim Ausatmen
öffnet
sich das Ventil 20 und bringt gemäß der Erfindung die ausgeatmete Luft über die
Zuführungsleitung 23 und die chemische Reinigungskammer18 in den Sparbehälter 10.
Beim Einatmen schließt sich das Ventil 20, und über das Ventil 19 sowie die Leitung
9"' wird der Sparbehälter 10 leergeatmet bzw. das vom Einatemventil 7 abgegebene
Atemgas dem Mundstück 11 zugeführt.
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Fig. 5 zeigt ein Tauchgerät, bei welchem ebenfalls in der Nähe des
Mundstücks sich in der Einatmungsleitung ein Ventil 19 und in der Ausatmungsleitung
ein Ventil 20 befinden. Erfindungsgemäß sind im Gehäuse 21 das wasser- und lungendruckgesteuerte
Einlaßventil 7 und die Reinigungskammer 18 untergebracht. Hier ist der Arbeitsgang
folgender: Bei der Ausatmung wird über das Ventil 20 der zuerst ausgeatmete Luftanteil
in die Reinigungskammer 18 geführt und gelangt von dieser in die Zuführungsleitung
9 und von hier in den Sparbehälter 10. Hat letzterer sich gefüllt, so steigt der
Druck in der Ausatmungsleitung 12" an, und es öffnet sich das Ausatemventil13',
aus dem dann die zum Schluß ausgeatmete Luft entweicht. Beim Einatmen schließt sich
das Ventil 20, und es gelangt zum Mundstück die Luft aus dem Sparbehälter 10 über
die Zuführungsleitung 9 und das Ventil 19. Ist der Sparbehälter leergeatmet, so
wird das restliche, für den Atemzug benötigte Atemgas nunmehr von dem Einlaßventil
7 geliefert, welches durch den Wasserdruck von der Membran 6 betätigt wird.
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Eine Düse 22 hat gemäß der Erfindung eine Verstellmöglichkeit 24.
Während das Einatemventil 7 nur dann arbeitet, wenn durch das Einatmen ein Unterdruck
in dem über der Membran 6 gelegenen Teil des Gehäuses 21 entsteht, erfolgt durch
die Düse 22 ständig ein Ausströmen des Atemgases. Die Menge des ausströmenden Atemgases
kann geregelt werden durch die Verstellungseinrichtung 24. Es besteht auch die Möglichkeit,
das Düsengas in seiner Menge unmittelbar durch den Wasserdruck zu steuern.
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Die Bedeutung der an sich bekannten Düse 22 gemäß der Erfindung ist
folgende: Es wird dem Benutzer des Tauchgerätes bei entsprechender Einstellung der
Düse ständig so viel Atemgas aus der Vorratsflasche zugeführt, als er z. B. bei
Bewegungslosigkeit in entsprechender Tauchtiefe benötigt, d. h. also eine Minimum-Gasmenge,
die gegebenenfalls im Katastrophenfall (Ohnmacht des Tauchers, Versagen des Einatemventils
usw.) dem Taucher ausreichend Nährgas zuführt. Dabei ermöglicht bei Nichtverbrauch
das durch die Düse austretende Atemgas, auf Grund der aufsteigenden Blasen, die
Feststellung des Ortes des Tauchers.
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Der Schwierigkeit der richtigen Größenbemessung des verformbaren Sparbehälters
10 gegenüber den verschieden tiefen Atemzügen des Tauchers wird dadurch begegnet,
daß aus der Düse 22 ständig Atemgas in relativ kleinen Mengen ausströmt. Atmet plötzlich
der Taucher sehr flach, so daß beim Einatmen der Sparbehälter nicht mehr entleert
wird und das Einatemventil 7 kein Atemgas mehr liefert, so begrenzt das Atemgas
aus der Düse 22 den maximalen Sparfaktor - das ist das Verhältnis der eingeatmeten
Luftmenge zu der im gleichen Zeitraum aus der Preßluftflasche 1 gelieferten Gasmenge
-und den geringstzulässigen Sauerstoffgehalt der eingeatmeten Luft.
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Eine das Leben des Tauchers gefährdende Unterschreitung des mindestens
erforderlichen Sauerstoffgehaltes wird hierdurch vermieden. Eine Möglichkeit der
Veränderung der Größe des Sparbehälters kann erfindungsgemäß auf rein mechanischem
Wege vorgenommen werden. Ist der Sparbehälter als Gummisack. ausgebildet, so kann
beispielsweise durch ein verstellbares Netz die Maximalgröße des Behälters in aufgeblasenem
Zustand begrenzt werden.
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Die Anordnung der Reinigungskammer gemäß Fig. 3, 4 und 5 hat den Vorteil,
daß weder die ins Wasser ausgeatmete Luft noch die vom Einlaßventil 7 ausströmende
Luft die Reinigungskammer durchfließen. Hierdurch können die Strömungswiderstände
gering gehalten werden. Die Anordnung der Reinigungskammer gemäß Fig. 4 und 5 hat
ferner den Vorteil, daß die zu reinigende Luft nur bei der Ausatmung die Reinigungskammer
durchfließt.
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Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Beispiele stellen keineswegs
sämtliche Kombinationsmöglichkeiten dar, welche bei der Anordnung der vorbeschriebenen
Geräteteile angewandt werden können und mit denen die Erfindung verwirklicht werden
kann. Vielmehr sind noch mannigfache Abänderungen möglich, ohne das Prinzip der
Erfindung zu verlassen.