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Neues Prüfgerät für Lungenautomaten

Ing. HANSJÜRGEN KRAMER,                                                                                           Prüfgerät 1965
Leiter der AG Technik des Präsidiums des Zentralen Tauchsportklubs der DDR
Poseidon 1968 Heft 5

Seit etwa zwei Jahren werden am Zentralen Tauchsportklub Lungenautomaten geprüft. In dieser Zeit hat die von Ingenieur Schumann entwickelte Prüfanlage gute Dienste geleistet.
Diese Prüfanlage weist allerdings in der Handhabung und im Aufbau einige Nachteile auf, die es notwendig machen, ein neues Prüfgerät zu entwickeln. Ich möchte jedoch ausdrücklich darauf hinweisen, daß sich diese Nachteile nicht auf die Ergebnisse auswirken, also nicht zu Fehlern in der Auswertung führten.
Noch einmal zur Erinnerung:
Bei der zur Zeit benutzten Prüfanlage wird mittels eines Sauggebläses aus dem zu prüfenden Lungenautomaten ein Luftstrom abgesaugt. Die Größe des Luftstromes ist über ein Ventil und ein Rotameter einstellbar, der auftretende Unterdruck wird mit einem Vakuum-Manometer gemessen. Es handelt sich hier also um eine statische Meßmethode.
Welches sind nun die Nachteile dieser Prüfanlage?
- Es muß ein entsprechend dimensioniertes Sauggebläse und am Einsatzort ein Anschluß für Elektroenergie vorhanden sein.
- Die Lungenautomaten können nicht bis an ihre Leistungsgrenze geprüft werden, da hierfür ein sehr großes und dementsprechend teures Sauggebläse eingesetzt werden müßte.
- Geht bei dieser Art der Prüfung durch Unaufmerksamkeit des Prüfenden der Luftvorrat in der Gerätestahlflasche zu Ende, dann wird, da keine Luft mehr nachfließt, der durch das Gebläse erzeugte Unterdruck sehr groß. Da der Meßbereich des Vakuum-Manometers auf Grund der geforderten Genauigkeit relativ klein ist (bei der vorhandenen Prüfanlage nur bis 250 mm WS), tritt durch diesen hohen Unterdruck meist eine Zerstörung des Meßgerätes ein.
- Die Lungenautomaten können nicht unter den Bedingungen bestimmter Tauchtiefen geprüft werden, da die Prüfanlage diese Möglichkeit nicht zuläßt.
Um diese Nachteile zu beseitigen, habe ich mit Ing. Schumann zusammen ein neues Prüfgerät entwickelt, welches ich hier im Prinzip beschreiben möchte.

bild1.jpg (89857 Byte)Doch vorher noch einige Bemerkungen.
Die beste Methode ist nach wie vor die dynamische Prüfmethode, d. h. die Prüfung mittels künstlicher Lunge und Aufzeichnung der Atemdruckkurve durch Schnellschreiber, da hierbei auch die Einschwingvorgänge des Reglers mit erfaßt werden. Zur Realisierung dieser Methode werden aber Mittel und Möglichkeiten benötigt, wie sie wohl keine Tauchgruppe zur Verfügung hat. Deswegen ist weiterhin die statische Methode die für unsere Zwecke beste. Auch das neue Prüfgerät arbeitet nach dieser Methode. Für die Erzeugung des konstanten Luftstromes haben wir ein andersgeartetes Verfahren als das zur Zeit benutzte entwickelt.
Es gibt grundsätzlich zwei Methoden, um im Lungenautomaten einen konstanten Luftstrom zu erzeugen: Einmal kann man im Automaten selbst durch ein Sauggebläse Unterdruck erzeugen und die ausströmende Luft absaugen. Zum zweiten kann man über der Membrane einen Überdruck erzeugen und dadurch den Regler zum Ansprechen bringen. Diese Methode haben wir für unser neues Prüfgerät gewählt.
Bild 1 zeigt im Schema, wie bei der Erzeugung des Druckunterschiedes vorzugehen ist. Der Lungenautomat wird so in einen Druckbehälter eingesetzt, daß der Innenraum des Reglers über das Mundstück mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Erzeugt man im Behälter Druck, dann wird p größer als pa, es herrscht also im Reglerinneren, bezogen auf den Druckbehälter, ein relativer Unterdruck. Mißt man jetzt die Größe des abfließenden Luftstromes und die Differenz zwischen pi und pa, dann ist letzterer der zum jeweiligen Durchfluß gehörende Unterdruck und damit das Maß für den Einatemwiderstand.
Ein weiteres Problem, das bei statischen Prüfanlagen beachtet werden muß, ist die Größe des konstanten Durchflusses. Wollte man den Einatemwiderstand bei einem Atemminutenvolumen von 30 l/min messen und ließe zu diesem Zweck aus dem Lungenautomaten konstant 30 l/min ausfließen, dann würde der dabei gemessene Unterdruck in keiner Weise mit dem an einer künstlichen Lunge übereinstimmen.
Beim Einatmen beginnt der Durchfluß mit dem Wert Null, erreicht einen Höchstwert und geht wieder auf Null zurück. Beim Ausatmen stellen sich dann ähnliche Verhältnisse mit anderem Vorzeichen ein. Der Höchstwert beim Einatmen ist für uns von Interesse. Diese Atemfunktionskurve folgt etwa einer Sinuskurve, so daß man diese zur Berechnung heranziehen kann (Bild 2). Um die Luftmenge bei einmaligem Einatmen zu berechnen, integriert man die Sinuskurve nach der allgemeinen Funktion
Man erhält als Inhalt allgemein den Wert zwei Flächeneinheiten. Teilt man diesen Wert über die gesamte Atemphase (Ein- und Ausatmung) auf, dann erhält man ein Rechteck mit der Länge 2Pi und der Höhe 2:2Pi= Pi hoch -1. Diese Höhe entspricht Qmittel. Da Qmax der Höhe der Sinuskurve von 1 (aus dem Einheitskreis mit dem Radius r= 1) entspricht, erhält man als Verhältnis von Qmax : Qmittel = 1:Pi hoch -1 = Pi
Qmax ist also Pi mal größer als Qmittel. Man muß demnach den Wert des Atemminutenvolumens (mittlerer Durchfluß) mit 3,14 multiplizieren, um die richtige Größe für den konstanten Durchfluß (max. Durchfluss) zu erhalten. Bei einem Atemminutenvolumen von 30l/min beträgt Qmax also 94,2 l/min. Bild 3 zeigt den schematischen Aufbau der gesamten Prüfanlage.

Nun etwas zur Funktion:
Die Stahlflasche A ist über das Flaschenventil a mit der Stufe I des in diesem Beispiel betrachteten Einschlauchautomaten verbunden. Der gesamte Einschlauchautomat ist in einem Druckbehälter B untergebracht. Der Flaschendruck wird mit dem Manometer 1 gemessen. Der Verbindungsschlauch des Automaten ist an einer Stelle getrennt. Hier wird das Manometer 2 angeschlossen und der Zwischen- oder Minderdruck gemessen. Die Mundstufe II des Automaten steht über einen geeigneten Anschluß, das Rotameter 5 und das Ventil e mit der Außenluft in Verbindung.

Ein U-Rohrmanometer 3 ist mit einer Seite vor dem Rotameter 5, mit der anderen Seite an das Innere des Druckbehälters B angeschlossen, arbeitet also als Differenzdruckmanometer. Über eine Verbindungsleitung und das Ventil b, hinter dem eine Drosseldüse angeordnet ist, kann der Behälter B unter Druck gesetzt werden. Der Druck im Behälter B wird mit dem Manometer 4 gemessen. Entlüftet wird B über das Ventil d. Ein Sicherheitsventil c schützt B vor Überlastung.
Beim Prüfvorgang strömt die Preßluft nach dem Öffnen des Ventils a aus der Flasche A zur Stufe I des Lungenautomaten. Wird jetzt durch Öffnen des Ventils b der Druck im Behälter B erhöht, dann öffnet nach Überschreiten des Ansprechdrucks die Stufe II (Mundstufe) und läßt einen der Höhe des Überdrucks entsprechenden Luftstrom abfließen. Bleibt das Ventil e geschlossen, dann tritt, wenn der Druck im Behälter B nicht weiter erhöht wird, nach kurzer Zeit Druckausgleich im System ein; die Mundstufe schließt, das Manometer 3 zeigt keinen Druck an. An den Manometern 2 und 4 kann der Minderdruck und der Behälterdruck abgelesen werden.
Offnet man nun das Ventil e, dann tritt im Inneren der Mundstufe ein Druckabfall auf, der den Regler zum Ansprechen bringt (pi > pa). Der Luftstrom wird mit dem Ventil e reguliert, der Wert mit dem Rotameter 5 gemessen. Das Manometer 3 zeigt jetzt einen Differenzdruck an, der dem Einatemwiderstand entspricht, und am Manometer 2 liest man den zugehörigen Minderdruck ab.
Beim Prüfen unter Verhältnissen, die denen an der Wasseroberfläche entsprechen sollen, beträgt der Druck im Behälter B nur 150 bis 200 mmWS.
Soll der Regler in einer bestimmten Tauchtiefe geprüft werden, dann erhöht man den Druck in B auf das gewünschte Maß. Diese fiktive Tauchtiefe wird am Manometer 4 abgelesen. Der Prüfvorgang bleibt der gleiche, Manometer 3 zeigt weiterhin nur einen Differenzdruck an.
Bei einem Behälterdruck größer als 200 mmWS darf allerdings nicht bis zur Erschöpfung des Pressluftvorrates geprüft werden, da sonst durch die auftretenden großen Druckunterschiede zwischen Behälter B und dem Inneren der Mundstufe die Membrane zerstört und die Flüssigkeit aus dem U-Rohrmanometer geschleudert wird.
Nach dem Prüfvorgang wird der Behälter B über das Ventil entlüftet.
Alle Bauteile, so also das U-Rohrmanometer und die Verbindungsleitungen im besonderen, müssen für den größten statischen Druck (größte im Prüfvorgang vorgesehene Tauchtiefe) ausgelegt sein.
Das Prüfen von Zweischlauchautomaten erfolgt analog, nur wird der Anschluß für das Manometer 2 dichtgesetzt.

Benötigte Meßinstrumente :
1 Manometer für Flaschendruck    0-315 kp/cm²
2 Manometer für Minderdruck    0-16 kp/cm²
3 Manometer für Differenzdruck    0-300 mmWS
4 Manometer für Tauchtiefen    0-100 mmWS
5 Rotameter für Durchfluß       100 ... 1000 l/min

Wie man sieht, ist der Aufwand an Instrumenten nicht allzu groß, so daß diese Anlage leicht nachgebaut werden kann. Wir schlagen den Bau von wenigstens einem Gerät in jedem Bezirk vor, um die Qualität der Regler, die zur Abnahme an den TSK geschickt werden, zu erhöhen. Unnötige Nacharbeiten würden dadurch vermieden.

Alle Kameraden, die Einschlauchregler bauen, bitte ich, die Verbindungsschläuche mit einer Kupplung nach Bild 4 zu versehen, um eine Prüfung mit der neuen Prüfanlage zu ermöglichen.

Literaturangaben :
(1) Schumann, Günter: Prüfgerät für Lungenautomaten, "poseidon", Deutscher Militärverlag, Berlin, 14 (1965), 5, Seiten 30-32
(2) Leers, Rainer: Zum Begriff des Atemwiderstandes bei Atemschutzgeräten, Atemschutzinformation, Leipzig, 2 (1962) 2, Seiten 40-43


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