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1.Stufe Membran oder Kolben

1.Stufe Membran oder Kolben

Die Meisten heutigen Atemregler reduzieren den Flaschendruck in 2 Stufen, bis er in unsere Lungen kommt.

Den hier besprochenen ersten Stufe kommt die Aufgabe zu, den eigentlichen Flaschendruck, der zwischen 300 und 50 Bar
schwankt konstant zwischen 7-11 bar „Mitteldruck“ zu halten – je nach System (meist eher 9 - 10 bar)

Erst die zweite Stufe passt dann diesen Mitteldruck an den Umgebungsdruck an.

Es scheint 2 Verfahren in der funktionsweise der 1.Stufen zu geben. Bei genauerer Betrachtung, ähnlen
sich bieide allerdings sehr:

 

Kolbengesteuerte 1. Stufe

Der schematische Aufbau einer kolbengesteuerten ersten Stufe entspricht dieser Skizze.

kolbengesteuerte 1. Stufe


Fürs erste einmal drucklos eingezeichnet.

In die mittlere Kammer (die mit der Feder) dringt aber bereits jetzt der Umgebungsdruck ein (ab sofort als P2a
bezeichnet) und auch die Feder übt Druck auf unseren (schwarz gezeichneten) Kolben aus (P2b).

Die Summe dieser beiden Drücke P2a+P2b = P2.

Also spürt der Kolben den Druck P2, der ihn in unserer Skizze nach links drückt. Nachdem wir den Federdruck
beeinflussen können, bietet sich somit hier die Einstellmöglichkeit in unserer ersten Stufe.

Nun hängen wir mal unsere Geräte und die Flasche an und erhalten folgendes Bild

1.Stufe Kolbengesteuert unter Druck


Der Flaschendruck befüllt die rechte Kammer (blau) mit P3 (300 – 50 bar). Wenn der Kolben nach links verschoben ist,
fließt somit Flaschenluft in die Kammer rechts (blau) und links (grün).

Dann ändert sich allerdings der Druck P1 (na klar – jetzt ist ja mehr Gas drinnen). Irgendwann ist der Druck P1 so groß,
dass der Kolben nach rechts geschoben wird. Somit ist das rechte Ende des Kolbens dann dicht. Es fließt keine Luft mehr
von der blauen
Kammer durch den Kanal zur grünen Kammer.

Was muss dazu passieren?

Der Kolben wird nach Rechts gedrängt von P1
Der Kolben wird nach Links gedrängt von P2.

Wenn also Federdruck + Umgebungsdruck (Rot, P2)< Mitteldruck (grün, P1), dann ist der Kolbenkanal dicht
und der Mitteldruck (P1) ist eingestellt.

Wenn wir einatmen, sinkt P1 wieder. Also gewinnt somit P2 und der Kolben öffnet den Kanal wieder. Die abgeflossene
Luft im Mitteldruckschlauch wird nachgefüllt.

Somit ist der Druck, der sich im Mitteldruckbereich (grün, P1) sammelt nur abhängig von Umgebungsdruck und Federdruck.

Der Flaschendruck P3 hat keinen Einfluss auf die Kolbenstellung, ansonsten würde sich unser Atemverhalten bei 300
– 50 Bar Flaschendruck massiv ändern, was sicher nicht gut wäre.

Vorteile der Kolbengesteuerten ersten Stufe:

  • Wenig bewegliche Teile.
  • Einfache Wartung
  • Meist günstigerer Preis

Nachteile:

  • Bei der obigen Konstruktion wird die rote Kammer mit Wasser gefüllt. Das erhöht die Vereisungsgefahr. Außerdem
    könnten so Sandkörner,.. eindringen, die die Funktion der ersten Stufe stören.

 


Membrangesteuerte 1. Stufe

Die Bezeichnung ist hier irreführend. Eigentlich wurde nur die (rote) Kammer, an den Rand verschoben und mit einer
Membran wasserfest gemacht.

Dadurch ergibt sich ein anders Konstruktionsbild:

membrangesteuerte 1. Stufe

Der Druck P3 setzt sich zusammen aus Federkraft (P3a ) und Umgebungsdruck, übertragen durch die Membran (P3b).
Also wieder P3 = P3a+P3b.

Dieser Druck P3 drückt die Membran in die Stufe hinein. Der Mitteldruck (P2) drückt die Membran hinaus. Wenn also
der Aussendruck und der Federdruck kleiner als der Mitteldruck sind, ist das System dicht, ansonsten strömt Gas in
den Mitteldruckbereich.

Sozusagen wurde eine Kammer gespart und Wasser dringt nicht mehr in die erste Stufe ein. Es ist somit keine Neu-
sondern eine Weiterentwicklung des Kolbengesteuerten Reglers.


Vorteile der Membrangesteuerten ersten Stufe:

  • Schmutzwasserresistent
  • Höhere Drücke möglich
  • Vereisungssicherer

Nachteile:

  • Meist teurer
  • Teils kleine Teile, die eine Eigenwartung (die meist ohnehin nicht empfehlenswert ist) weiter erschweren.