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Tendenzen zur Mikrotechnik in der Konstruktion und Serienherstellung von Lungenautomaten - Aufbau und Funktionsbeschreibungen

HELMUT KESSNER             POSEIDON 1975, Heft 8
Fotos vom Webmaster hinzugefügt!
Vor etwa zehn Jahren brachte ich im „poseidon" einen Bericht über getrennte zweistufige Lungenautomaten; ein Trend der Entwicklung solcher Regler war damals noch nicht abzusehen. In den Jahren danach drang der getrennte Automat rasch in alle Gebiete des Tauchens ein, der Standardtyp des „Mundreglers" in Form einer Schuhcremedose erhielt viele Varianten. Doch Funktionssicherheit und Erhalt eines relativ geringen Atemwiderstandes setzten der Verkleinerung der zweiten Stufe Grenzen. Es gab viele Verbesserungen, allerdings weniger in der äußeren Form, als vielmehr an den technischen Parametern.
Alizé S
Die ersten Stufen haben sich in dieser Zeit nicht wesentlich verändert, Ausnahmen sind die ersten Stufen des „Alizé S" (siehe Foto rechts oben) und des „Spirolung Pro".
Erst vor einigen Jahren, als Konstrukteure das in den ersten Stufen schon lange übliche druckdichtende Kolbensystem mit 0-Ringdichtung in Abwandlung auch in den zweiten Stufen nutzten, konnten die „Mundregler" kleiner gebaut werden. Der erste in Serie hergestellte Mikroregler auf dem Tauchsportmarkt war der „Piel M300"  (Frankreich). Seine erste Stufe zeigte die bisher übliche Bauart, allerdings regelte sie den Druck in einem Toleranzbereich von fünf Prozent genau. Die zweite, die Niederdruckstufe, konnte durch ein Kolbensystem sehr klein gehalten werden (siehe Foto rechts unten).
Piel M300 micro
Der „Piel M300" war aber nur der erste Schritt in Richtung Miniaturisierung unter Beibehaltung gleicher technischer Parameter. In rascher Folge erschienen auch bald andere Mikroregler auf dem Markt:
Piel-Micronic-Volustat 73, Alizé S (von Spirotechnique) und Piel-Micronic-Volustat 400 (Anfang 1975); alle diese Typen sind so klein und in der Formgebung perfekt, daß ich schon von der Grenze der Miniaturisierung sprechen möchte.
Das Erstaunliche ist, daß die Mikroregler die geforderten technischen Werte nicht nur mit Sicherheit und ohne Kunstgriffe erreichen, sondern sogar zum Teil überbieten, z.B. im Vergleich mit einem in der Berufstaucherei geschätzten „normalen" Automaten, dem COMEX-PRO Physalie, einem getrennten Regler üblicher Bauart:
COMEX 400 Liter/Minute, 4 mbar Einatemwiderstand,
6 mbar Ausatemwiderstand,
PIEL 500 Liter/Minute, 0,5 mbar Einatemwiderstand (regelbar),
5 mbar Ausatemwiderstand,
SPIRO 400 Liter/Minute, 3,8 mbar Einatemwiderstand,
8 mbar Ausatemwiderstand.

Die Beschreibung des Funktionsprinzips der zwei genannten Mikroregler soll zeigen, wie diese Werte erreicht werden.
HD-Stufe Alize S
SeitenanfangAlizé S

Die Konstrukteure der Fa. Spirotechnique haben nicht nur an die Verkleinerung der Bauteile gedacht, sondern auch die optimale Form und Lage der Membrane ermittelt.
Bei der Konstruktion der ersten Stufe berücksichtigte man die in aller Welt unterschiedlichen Anschlussmöglichkeiten der Hochdruckventile in den Luftbehältern: der Alizé passt ebenso an DIN-Ventilen wie am INT-Anschluß.
Das kleine Hochdruckventil besitzt einen Manometeranschluss für den Hochdruck, im Niederdruckbereich ist ein T-Stück für einen zweiten Automaten (Tauchlehrer, Rettungsweste usw.) vorgesehen.
Wie bei allen mir bekannten Mikroreglern ist das Dichtsystem des Alizé auf 0-Ringen aufgebaut, an die Stelle des sonst üblichen Ventilsteines oder der Ventilwippe sind Kolben getreten.

Funktionsprinzip (siehe Bild 2 und 4):
Das aus dem Behälter strömende Atemgas wird über ein kolbengesteuertes Ventil (Bild 1) auf 7,5 bis 8,5 kp/cm² reduziert und durch einen sehr weichen, elastischen Schlauch über einen nach allen Seiten drehbaren Anschluß (15) zum Regler geführt. Hier strömt es über einen 0,3 mm starken Justierdraht (7) durch die Kolbenbohrung in den Arbeitszylinder (8). Hier drückt die Luft den mit einer Feder vorbelasteten Kolben (6) auf den Dichtungskrater; die Feder im Arbeitszylinder dient nur der Balance zum Dichthalten auf dem Krater (12).

Alize S, Klick vergrößert
Oberhalb des Kolbens liegt das Hebelsystem in einer zum Mundstück hin offenen Kammer. Der untere Hebel (4) wird von einem kleineren, an der Membrane liegenden Hebel (2) berührt. In der Mitte des Hebels (4), genau über der durchbohrten Kolbenstange (5), ist ein Weichplast-Dichtstück befestigt. Mit diesem Dichtstück dichtet der durch die Blattfeder (3) vorbelastete Hebel (4) die Bohrung in der Kolbenstange (5) ab; die Bohrung hat einen Durchmesser von etwa 0,1 mm.
Beim Einatemvorgang drückt die im Durchmesser 36 mm große Membrane (1), bewegt durch den in der Kammer beim Einatmen hervorgerufenen Unterdruck, auf den Hebel (2). Dieser hebt den federbelasteten Hebel (4) in seiner Mitte um etwa 0,5 mm an, gibt damit die Düse frei, aus der ein geringer Luftstrom entweicht. Dadurch verliert der Kolben (6) die Balance und wird durch den Überdruck vom Ventilkrater gedrückt. Dadurch gelangt das Atemgas durch die 6 mm große Düse in die untere Kammer und von dort ins Mundstück. Bricht der Einatemvorgang ab, hebt die Membrane (1) an, der Hebel (4) dichtet die Steuerdüse (5), der Druck im Zylinder (8) steigt, der Kolben (6) dichtet den Krater (12) ab und unterbricht den Luftstrom. Das Öffnen und Schließen des Kolbens vollzieht sich ohne Verzögerung entsprechend der Atemphase.
Bild 4, Klick vergrößert
SeitenanfangDurch das beschriebene Prinzip der Luftstromsteuerung wird bei kleinster Bauweise hohe Durchflussleistung und niedriger Atemwiderstand (Bild 3) erzielt.
Beachtenswert ist auch die Lage der Membrane (1) in der oberen Kammer: Sie wird vom ausströmenden Atemgas nicht ausgeblasen, die Verbindung zur unteren Kammer übernehmen Kanäle. Beim Ausatemvorgang strömt die Luft durch das Mundstück wieder in die untere Kammer zurück und von dort durch ventilverschlossene Ausatemstutzen in die Kanäle eines Gummiformteils, das mit dem Mundstück eine Einheit bildet.
Am unteren Ende des Reglers sitzt ein Havarieknopf (11), mit dem der Kolben (6) manuell vom Krater (12) gehoben werden kann. Der dadurch hervorgerufene Dauerluftstrom bläst den eventuell vollgelaufenen Regler rasch aus (bei Pendelatmung o. ä.).
Neben ihrer Steuerfunktion hat die Düse (5) noch die Aufgabe eines Überdruck-Sicherheitsventils: Wenn die erste Stufe z. B. durch Vereisung oder Verklemmen stärkeren Mitteldruck zuläßt, überwindet der Luftstrom den vorbelasteten Hebel (4), der Überdruck kann dadurch voll abblasen. Da beide Stufen des Reglers gegen den Druck schließen, kann Alizé nicht versagen, allenfalls liefert er mehr Luft. Die Metallteile sind aus Messing oder nichtrostendem Stahl, alle anderen Bauteile aus verschiedenen Plasten. Alize von 1970, 2. Stufe

Aus gleichen Materialien, aber interessanter im Aufbau, ist der Piel-Micronic-Volustat 73, ein hebelloser Automat, der mit nur wenigen Bauteilen auskommt und ausgezeichnete Werte liefert.

SeitenanfangPiel-Micronic-Volustat 73

1973 erschien der erste Mikroregler der Firma Piel auf dem Markt, der M300. Inzwischen gibt es drei Typen für die unterschiedlichsten Bereiche. Bei allen Typen ist die erste Stufe gleich in Funktion und Aufbau: Ein mit 0-Ringen gedichtetes Kolben-Membran-System regelt den Hochdruck konstant auf einen um nur fünf Prozent schwankenden Niederdruck; diese Genauigkeit ist ausschlaggebend für die präzise Funktion der zweiten Stufen.

Piel-Logo
Diese Stufen sind bei allen drei Typen unterschiedlich, das Funktionsprinzip allerdings ist fast gleich.
Der Außendurchmesser der zweiten Stufe beträgt knapp 30 mm, sie ist 120 mm lang, sehr leicht und elegant in der Formgebung.
Funktionsprinzip:
Der Regler ist in eine Membranenkammer und eine Arbeits- und Düsenkammer unterteilt. Das aus dem Hochdruckteil kommende Atemgas strömt mit 8 kp/cm² Druck durch einen sehr flexiblen Schlauch (1) in den Regler. Die Feder (6) hält den Arbeitskolben (9) auf der Hauptdichtung (5) und versperrt damit dem Gas den Weg in die Mundstückkammer. Das Atemgas drückt sich weiterhin durch die Bohrung im Kolben, passiert ein Sinterfilterplättchen und strömt am Ende des Kolbens (9) durch eine Kapillardüse (Durchmesser der Bohrung unter 0,1 mm) ständig aus. Dieser kaum bemerkbare Luftstrom bläst wie ein Hauch gegen die auf einem Ventilteller frei gelagerte und durch eine Feder leicht vorbelastete Membrane (10). Durch diesen im Arbeitszylinder (8) so erzeugten „Unterdruck" wird mit Unterstützung der Feder (6) der Kolben auf der Dichtung (5) gehalten.

Mit Beginn des Einatemvorganges drückt sich die Membrane (10) gegen die Steuerdüse (9) und unterbricht den Luftstrom. Im Arbeitszylinder (8) erhöht sich der Druck, überwindet die Federkraft und hebt den Kolben (9) von der Dichtung (5). Das Atemgas strömt nun vom Arbeitszylinder (8) in die Mundstückkammer.

Piel M400 micromicronic
Beendet der Taucher die Einatmung, hebt sich die Membrane (10) von der Düse (9) ab, die Druckverhältnisse im Arbeitszylinder ändern sich, die Feder (6) überwindet den geringer gewordenen Druck, drückt den Kolben auf die Dichtung (5) und versperrt dem Gas wieder den Weg in die Mundstückkammer.
Die Ausatemluft geht an der Seite der mit einer Doppelfunktion belasteten Membrane (10, als Ein- und Ausatemventil) vorbei, passiert das Moosgummiventil (4) und bläst ins Wasser ab.
Mit dem Havarieknopf (11) kann man die Membrane (10) manuell auf das Ventil (9) drücken. Mit der griffigen Rändelschraube (2) ist die Vorbelastung der Feder (6) und damit der Einatemwiderstand regelbar.
Piel Micronic

Allgemeine Betrachtung
Alle Bauteile der Mikroregler sind präzise wie die einer Uhr gefertigt. Jeder Regler Alizé S wird, bevor er in den Handel kommt, getestet: Nach der Montage zeichnet man die Leistungskurve bei 85l, 200l und 300l Luftentnahme auf, danach kommt der Automat auf ein Testgerät, das ihn mit einer Frequenz von 20 Atemzügen in der Minute prüft. Entsprechend den gezeigten Leistungen wird der Regler justiert.

Von den technischen Daten abgesehen, scheint noch folgendes erwähnenswert:
- Die Mikroregler haben ein äußerst kleines Restvolumen.
- Sie lassen sich sehr leicht im Mund halten.
- Sie eignen sich speziell für UW-Fotografen und -Filmer, da sie die Sicht über und in die Kamera kaum behindern.


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letzte Bearbeitung: 09.11.2014

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