DE2629083A1

DE2629083A1 - Druckreduzierventil

Info

Publication number: DE2629083A1
Application number: DE19762629083
Authority: DE
Inventors: Jacques Le Prof Cornec
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4094314A; FR2331089B1; FR2331089A1

Description

Bam 3648

Gilles ATLAN, Marseille / Frankreich

Druckreduzierventil

Die Erfindung befaßt sich mit einem Luft-Druckreduzierventil für ein Atmungsgerät, beispielsweise für ein Taucheratmungsgerät oder für jedes andere Atmungsgerät.

Dieses Druckreduzierventil ist beispielsweise dazu bestimmt, die zweite Stufe eines zweistufigen Druckreduzierventiles auszurüsten, um eine bessere Luftverteilung sicherzustellen.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art besteht eine Schwierigkeit darin, die tarierte Rückführfeder eines Klappenventiles, das zum Kompensieren des durch die erste Stufe verteilten Luftdruckes bestimmt ist, in jedem Augenblick im Gleichgewicht zu halten, wenn das Einatmen des Tauchers einen Unterdruck erzeugt, der ein Abheben des Verteilerklappenventiles von seinem die Verteildüse bildenden profilierten Sitz durch Zwischenschaltung eines Hebels hervorruft, der sich an der verformbaren Wand abstützt, die mit dem Wasser in Kontakt steht. In Abwesenheit eines Druckes, wenn das Druckreduzierventil nicht angeschlossen ist, wird weiterhin die Lagerfläche bzw. Anlagefläche des Klappenventiles (aus Kunststoffmaterial) rasch dadurch beschädigt, daß die Kraft der Rückführfeder, die das Klappenventil gegen seinen Sitz abstützt, nicht mehr durch den Druck der Luft, die von der Zuführdüse ausgeht, kompensiert wird, wodurch nicht

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mehr rückgängig zu machende Verformungen des Klappenventiles sowie eine Unregelmäßigkeit des Druckreduzierventiles bewirkt werden, was eine Reduzierung der Nutzfläche des Klappenventiles (zur Begrenzung der Beanspruchungen) und somit eine Reduzierung des Düsendurchmessers und daher der Luftförderleistung mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen, indem die Abnutzungjdes Klappenventils begrenzt und die automatische Regulierung der öffnung des Klappenventiles sichergestellt wird, die eine Verbindung der von der ersten Druckreduzierventilstufe kommenden, unter Druck stehenden Luft mit dem Klemmanschlußstück herstellt, das mit dem Mund des Tauchers verbunden ist und sein Atmen überträgt, wobei in jedem Augenblick die Wirkung der Rückführfeder des Klappenventiles und der Steuerstange der öffnung kompensiert wird, die mit der verformbaren Membrane verbunden ist, welche dem äußeren Wasserdruck ausgesetzt ist.

Die Erfindung geht dabei aus von einem Druckreduzierventil für ein Atmungsgerät, enthaltend:

- ein Gehäuse, das durch eine verformbare halb-steife Membrane in zwei Kammern unterteilt ist;

- eine mit dem Umgebungsbereich in Verbindung stehende erste Kammer und eine ein Mundansatzstück enthaltende zweite Kammer sowie eine Lufteinlaßleitung mit niedrigem Druck;

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- ein in der zweiten Kammer befindliches und mit einer Steuerstange versehenes Klappenventil und eine erste Rückführfeder, die das Klappenventil gegen einen Sitz abgestützt hält; sowie

- einen Hebel, der das freie Ende der Steuerstange mit der Membrane verbindet und die Verschiebungen des Klappenventils automatisch steuert, in Abhängigkeit von der Differenz des Druckes, der auf beide Seiten der Membrane ausgeübt wird.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Sitz durch ein Ende einer koaxial zum Klappenventil und zur Lufteingangsleitung liegenden Düse gebildet ist, die in axialer Richtung beweglich ist und zwei unterschiedliche Stellungen einnimmt, je nachdem, ob das Druckreduzierventil an eine Druckluftquelle angeschlossen ist oder nicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Düse zwei in axialer Richtung gegenüberliegende Enden aufweist und das eine dieser Enden den Sitz des Klappenventiles bildet, während das andere Ende an einem koaxial zu dieser Düse liegenden hohlen Kolben befestigt ist, der axial gleitbeweglich im Innern einer zylindrischen Kammer, deren erstes Ende mit der Lufteinlaßleitung verbunden ist, angeordnet ist und der in Anlage gegen das zweite Ende dieser zylindrischen Kammer durch den Druck der komprimierten Luft gehalten wird, die auf den Kolben ausgeübt wird, wenn die Lufteinlaßleitung mit Druckluft gespeist wird.

Bei einem Druckreduzierventil, bei dem das Klappenventil im Innern eines hohlen zylindrischen Körpers mit einer seitlichen öffnung angeordnet ist, ist es ferner

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vorteilhaft, daß ein koaxial zu dem Sitz und dem Klappenventil verlaufender rotationssymmetrischer hohler Teil den Sitz umgibt, wobei dieser Teil und das Klappenventil in der Weise profiliert sind, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Luftdurchgang mit variabler Größe in Abhängigkeit von der Position des Klappenventiles gebildet ist.

Weiterhin wird es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgezogen, daß das Klappenventil zylindrisch ist und daß der hohle Teil ein offenes Ende aufweist, das mit einem rotationssymmetrischen Profil gegen das Klappenventil divergiert, wobei das Klappenventil mit dem Innern dieses Endes in Eingriff kommt.

Die Erfindung sei im folgenden anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiel (ohne begrenzenden Charakter) eines Mund-Druckreduzierventiles beschrieben, das bei einem Taucher-Atemgerät verwendet wird. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckreduzierventil;

Fig. 2 und 3 Axialschnitte einer Ausführungsvariante, umfassend lediglich die Einrichtung mit dem entsprechenden beweglichen Sitz in einer Stellung des Druckreduzierventiles, in der es mit einer Druckluftquelle verbunden (Fig. 2) oder in der es davon gelöst (Fig. 3) ist;

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Fig. 4 und 5 Axialschnitte eines Druckreduzier-

ventiles, das einzig und allein eine Einrichtung mit einer variablen Oberfläche zur Luftverteilung enthält, und zwar entsprechend in der Förderstellung (Fig. 4) und in der Ruhestellung (Fig. 5);

Fig. 6 und 7 Axialschnitte durch weitere Ausführungsvarianten der Erfindung.

In diesen verschiedenen Zeichnungsfiguren sind gleichartig ausgebildete Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Luft oder jedes andere Atmungsgemisch, das bei hohem Druck zusammengepreßt und in Flaschen enthalten ist, wird durch eine erste Etage bzw. Stufe (nicht dargestellt) entspannt und erreicht bei niedrigem Druck in der Größenordnung von einigen Ba,r den Eintritt bzw. das Eingangsende 1 eines Anschlußstückes 2 von einem zweiten Druckreduzierventil, das als Mund-Druckreduzierventil bezeichnet wird.

Diese Luft dringt in eine zylindrische Kammer 3 ein, die sich im Innern eines Zwischenstückes 4 befindet und zwischen dem Anschlußstück 2 und einer beweglichen Düse 5 enthalten ist, deren Ende 5a einen Sitz bildet.

Das dem Sitz 5a entgegengesetzte Ende der Düse 5 ist an einem Kolben 5b befestigt, der in axialer Richtung in der Kammer 3 gleitbeweglich ist. Eine Ringdichtung 6 sichert die Dichtigkeit zwischen dem Kolben und der Wand der Kammer 3.

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Die Luft kommt dann'an einem aus elastischem Material bestehenden Plättchen 7 an, das einen Teil der Klappe bzw. des Klappenventils 8 bildet.

Diese Luft mit niedrigem Druck übt gegen die Klappe bzw. das Klappenventil eine Kraft F aus, die proportional zur Oberfläche des von der Düse gebildeten Sitzes und zum Druck der Luft ist und die die Tendenz besitzt, die Klappe von ihrem Sitz abzulösen. Das Klappenventil wird in seiner Stellung gegen den Sitz durch eine Feder 9 im Gleichgewicht gehalten, deren Kraft etwas höher ist als F (damit die Dichtigkeit Klappenventil/Sitz sichergestellt ist) und die sich auf einem Körper 10 abstützt.

Ein Hebel 11, der zwischen einer auf die Steuerstange 13 des Klappenventiles aufgeschraubten Schraubenmutter und dem Körper 10 eingeklemmt ist, gestattet ein Ablösen bzw. Trennen des Klappenventiles von seinem Sitz beim Einatmen des Tauchers am Klemmanschlußstück 16, was einen Unterdruck in einer Kammer 17 (die durch ein Gehäuse 18 und eine Membrane 19 begrenzt ist) erzeugt, wodurch dann eine Verminderung bzw. ein Abfall der halb-steifen Membrane 19 hervorgerufen wird.

Ein gewisses Funktionsspiel 20 besteht zwischen der Schraubenmutter 12, dem Hebel 11 und dem Körper 10 und ergibt sich dadurch, daß das Klappenventil 8 sich auf seinem Sitz 5 bzw. 5a abstützt, und zwar wie auf einem fixierten Sitz. In der Tat ist das Verhältnis der Durchmesser des durch die Düse gebildeten Sitzes, der die hintere Ringfläche 14 bestimmt und zwischen der Düse und dem Innendurchmesser des Körpers 10 vorhanden ist, derart, daß, wenn das Druckreduzierventil mit Luft niedrigen Druckes

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gespeist wird, eine Kraft auf den Sitz ausgeübt wird, die in ihm in einer festen Anlagestellung am Ende des Stückes 4 flach anliegt.

Die Kraft der Feder 9 ist kaum größer als F, es genügt, damit die Feder durch Zwischenschaltung des Klappenventiles 8 den Sitz 5 nicht zurückdrängt, daß die Ringfläche 14 klar über der Innenfläche der Verteilerdüse liegt. In diesem Moment ist das Plättchen 7 nur einer leichten Kraftdifferenz zwischen der Feder 9 und der Kraft F (die durch die Luft ausgeübt wird), ausgesetzt.

Wenn das Druckreduzierventil nicht angeschlosen ist, stützt sictjdas Klappenventil 8 auf der beweglichen Düse bis zu dem Moment ab, ir^dem seine Bewegung durch die Schraubenmutter 12 angehalten wird. Die Düse 5 zieht sich dann zurück, weil sie nicht mehr in ihrer Anlagestellung durch den Druck aufliegt. Nur eine ganz leichte Kraft hält weiter an, die durch die Feder 15 erzeugt wird und deren Funktion darin besteht, einen permanenten Kontakt zwischen der Klappe bzw. dem Klappenventil und seinem Sitz sicherzustellen, wenn das Druckreduzierventil nicht angezapft bzw. angeschlossen ist. Man findet dann das Spiel 20 zwischen der beweglichen Düse und seiner Anlagestellung wieder (Fig. 3).

Das Plättchen 7 ist daher nie einer großen Beanspruchung des Zusammenpressens bzw. Zerdrückens unterworfen, die im Stande wäre, sie zu zerstören, was einen dreifachen Vorteil bietet:

1. Das Plättchen 7 braucht nicht oft ausgetauscht zu werden.

2. Es ist keinerlei Unregelmäßigkeit in der Relativstellung Klappenventil 8 / Sitz 5 möglich; die Funktionsspiele

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sind daher definitiv vorhanden.

3. Es ist möglich, die Luftmenge dadurch zu erhöhen, daß der Durchmesser der Düse erhöht wird, ohne befürchten zu müssen, daß ein Ansteigen der Kraft der Rückführfeder 9 das Plättchen 7 zerstört.

Unter dem Einatmen des Tauchers hebt sich das Klappenventil 8 um eine Höhe h von seinem Sitz ab (Fig. 4). Die Gesamtfläche der Luftverteilung ist dann gleich der Seitenfläche, nämlich Sl = h χ der Außenumfangsflache der Düse. (Die Förderleistung ist auf einem Maximum, wenn diese Seitenfläche gleich der Fläche der Düse ist).

Die durch Sl geförderte Luft strömt dann durch die Ringfläche Sa, die zwischen dem Klappenventil 8 und dem Körper 9 vorhanden 4-St, um in die Kammer 21 und dann durch das Injektionsloch bzw. die Injektionsöffnung 22 zu gelangen, das bzw. die die Luft gegen das Mund-Klemmansatzstück 16 zu verteilen; und zwar für eine gegebene Höhe h.

Wenn Sa < Sl: Die Düse fördert mehr Luft als Sa dort passieren läßt. Der dann gegen das Klappenventil ausgeübte Druck verhindert, daß es sich wieder schließt. Das Druckreduzierventil befindet sich dann in einem kontinuierlichen Ausströmen.

Wenn Sa>Sl: Die Düse liefert weniger Luft als bei Sa passieren kann. Der Luftdruck gegen das Klappenventil fällt ab und ist nicht mehr ausreichend, um die Kraft der Rückführfeder 9 zu kompensieren. Das Klappenventil besitzt daher die Tendenz, sich wieder zu schließen, und

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- 9 das Druckreduzierventil ist fest.

Wenn Sa = Sl: Die Düse fördert soviel Luft wie bei Sa hindurchströmen kann. Der Druck gegen das Klappenventil ist dann identisch, wobei er stets im Gleichgewicht zwischen der Kraft der Rückführfeder 9 und der durch die Luft ausgeübten Kraft ist. Das Druckreduzierventil ist dann auch nachgiebig, wenn das Klappenventil um eine Höhe h abgehoben ist und zwar genau in dem Augenblick seines Ablösens bzw. Abhebens von seinem Sitz, wenn nur ein leichter Kraftunterschied existiert (Kraft der Feder 9 - F) .

Damit all diese Werte von h stets Sa = Sl sind, ist ein Teil 23, der ein Profil bzw. eine Profilierung 24 umfaßt (beispielsweise ein kegelstumpfförmiges Stück), zwischen dem Klappenventil und dem Körper eingefügt, in dem das Klappenventil sich verschiebt. Dieser Teil kann verbunden sein mit dem Körper 10 oder mit dem Zwischenstück 4 oder mit dem Sitz 5 oder dem Klappenventil, oder er kann ein einstückiger Teil dieser Elemente bilden oder auch noch in der Weise festgelegt sein, daß sich die Möglichkeit einer Regulierung der Relativstellung dieses Teils 23 ergibt. Einige die Erfindung nicht begrenzende Beispiele für den Einbau sind in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt.

Zwischen der profilierten Abschrägung 24 und dem Klappenventil 8 ist der ringförmige Raum Sa vorhanden. Wenn sich das Klappenventil von seinem Sitz abhebt, vergrößert sich Sa. Es ist daher möglich, indem man das Profil 24 zweckmäßig auswählt, einen Steuerungseffekt für

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die auf das Klappenventil ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von seiner Position zu erreichen. Dies gestattet es, ein so nachgiebiges Druckreduzierventil zu erzielen, wie es für eine beliebige Förderleistung gewünscht wird.

Die Formen, Abmessungen und Anordnungen der verschiedenen Teile sowie außerdem die verwendeten Materialien zu deren Herstellung können in äquivalenten Grenzen variiert werden, ohne daß dadurch die allgemeine Konzeption der Erfindung, wie sie hier beschrieben worden ist, geändert wird.

Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei der das Klappenventil 8 in Richtung auf den Sitz 5a mit einem Profil 24a konvergiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sitz 5a von einer zylindrischon hohlen Muffe 25 umgeben, die koaxial zum Sitz 5a und zum Klappenventil 8 liegt. Der Innendurchmesser dieser Muffe 25 ist größer als der Durchmesset des Sitzes 5a und kleiner als der größte Durchmesser des Klappenventiles 8. Die Muffe 25 besitzt ein offenes Ende, und das freie Ende des Klappenventiles 8 greift in das Innere dieses offenen Endes ein.

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Claims

Patentansprüche
1. JDruckreduzierventil für ein Atmungsgerät, enthaltend:

- ein Gehäuse, das durch eine verformbare halb-steife Membrane in zwei Kammern unterteilt ist;

- eine mit dem Umgebungsbereich in Verbindung stehende erste Kammer und eine ein Mundansatzstück enthaltende zweite Kammer sowie eine Lufteinlaßleitung mit niedrigem Druck;

- ein in der zweiten Kammer befindliches und mit einer Steuerstange versehenes Klappenventil und eine erste Rückführfeder, die das Klappenventil gegen einen Sitz abgestützt hä^t; sowie

- einen Hebel, der das freie Ende der Steuerstange mit der Membrane verbindet und die Verschiebungen des Klappenventils automatisch steuert, in Abhängigkeit von der Differenz des Druckes, der auf beide Seiten der Membrane ausgeübt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (5a) durch ein Ende einer koaxial zum Klappenventil (8) und zur Lufteingangsleitung (1) liegenden Düse (5) gebildet ist, die in axialer Richtung beweglich ist und zwei unterschiedliche Stellungen einnimmt, je nachdem, ob das Druckreduzierventil an eine Druckluftquelle angeschlossen ist oder nicht.

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2. Druckreduzierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) zwei in axialer Richtung gegenüberliegende Enden aufweist und das eine dieser Enden den Sitz (5a) des Klappenventiles (8) bildet, während das andere Ende an einem koaxial zu dieser Düse liegenden hohlen Kolben (5b) befestigt ist, der axial gleitbeweglich im Innern einer zylindrischen Kammer (3), deren erstes Ende mit der Lufteinlaßleitung (1) verbunden ist, angeordnet ist und der in Anlage gegen das zweite Ende dieser zylindrischen Kammer .

(3) durch den Druck der komprimierten Luft gehalten wird, der auf den Kolben (5b) ausgeübt wird, wenn die Lufteinlaßleitung (1) mit Druckluft gespeist wird.
3. Druckreduzierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben (5b) vollkommen von einer koaxial zur genannten Düse (5) verlaufenden Bohrung durchquert ist, die den gleichen Durchmesser wie die Düse besitzt, und daß das freie Ende des Kolbens, auf das der Druck der Preßluft ausgeübt wird, eine ringförmige Fläche (14) ist, deren Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Düse (5) ist und deren Außendurchmesser gleich dem der zylindrischen Kammer (3) ist.
4. Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Klappenventil im Innern eines zylindrischen hohlen Körpers untergebracht ist, der eine Seitenöffnung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein koaxial zu dem Sitz (5a) und dem Klappenventil (8) verlaufender rotationssymmetrischer hohler Teil (23) den Sitz (5a) umgibt, wobei dieser Teil und das Klappenventil in der

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Weise profiliert sind, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Luftdurchgang (Sa) mit variabler Größe in Abhängigkeit von der Position des Klappenventiles gebildet ist.
5. Druckreduzierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenventil (8) zylindrisch ist und daß der hohle Teil (23) ein offenes Ende aufweist, das mit einem rotationssymetrischen Profil

(24) gegen das Klappenventil divergiert, wobei das Klappenventil (8) mit dem Innern dieses Endes in Eingriff kommt.
6. Druckreduzierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenventil (8) mit einem rotationssymmetrischen Profil gegen den Sitz konvergiert, der von einer zylindrischen hohlen Muffe (25) umgeben ist, die koaxial zu dem Sitz und dem Klappenventil liegt und deren Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Sitzes, wobei diese Muffe ein offenes Ende aufweist, in das das Klappenventil eingreift.
7. Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Kammer (3) eine zweite, etwas schwächere Rückführfeder (15) enthält, die sich gegen ein Ende des Kolbens (5b) abstützt und die einen permanenten Kontakt des am Ende der beweglichen Düse angeordneten Sitzes am Klappenventil sicherstellt, wenn das Druckreduzierventil nicht an eine Druckluftquelle angeschlossen ist.

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8. Druckreduzierventil nach einem der Ansprüche 4 und 5_f dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Teil (23) gegenüber dem Sitz (5a) axial verschiebbar ist.

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