Überkompensation (mal wieder)
Hallo Mittaucher,
in diesem Thread soll es nicht darum gehen, ob einzelne Hersteller überkompensierte Automaten haben. Das ist längst mit JA beantwortet. (Suchfunktion, teilweise wurde in den Threads sogar eine Seite mit Angabe der Mitteldrücke je nach Tiefe angegeben ( http://www.inspired-training.com/deepdiveregulations.htm , auch wenn der Autor nur Kompensation und nicht Über-Kompensation schreibt und alle Hersteller von environmental seals über einen Kamm schert))
Ein Arbeits-Kollege macht einen fortgeschrittenen Tauchkurs. Der TL konstatiert, es gäbe nur unkompensierte und kompensierte, aber keine überkompensierten ersten Stufen.
Ich habe den Kollegen (EDV, also nichttechnischer Beruf) in einer Mittagspause aufgeklärt.
Gestern hat er mir mitgeteilt, dass er den TL darauf angesprochen hat und sich nach langer Diskussion wegen Ausbildungs-Abhängigkeit auf die Meinung des TL geeinigt hat. Der TL hat da Sprüche rausgehauen wie "Beuchat verkaufe ich selbst" und "Ich habe schon apeks und Beuchat gewartet", hat aber die Existenz von Überkompensation schlichtweg bestritten.
Wenn der Kollege seinen Kurs hinter sich hat, möchte ich mal mit dem TL diskutieren.
Mir als Ingenieur ist klar, dass der Mitteldruck aus einem konstanten und 2 variablen Teilen zusammengesetzt wird.
Wäre der Umgebungsdruck = 0 ( also Vakuum) hängt der Mitteldruck nur noch von den eingestellten Federkräften ab wie bei den Automaten ohne Kompensation. Das ist der konstante Teil.
Der Umgebungsdruck unterstützt eine Feder-Kraft. Das ist der erste variable Anteil bzw. die Kompensation.
Die (umgebungs-)druckbelastete Fläche der Sekundär-Membran ist größer als die (mittel-)druckbelastete Fläche der Primär-Membran. Um da das Gleichgewicht zwischen den Membranen konstant zu halten muss der Mitteldruck stärker steigen als der Umgebungs-Druck. Das ist der zweite variable Teil bzw. die Überkompensation.
So weit so klar.
Wie kann ich es einem Menschen klar machen, dessen beruflichen Hintergrund ich nicht kenne. (Also möglicherweise kein technischer Beruf.)
apeks hat zu allem Unglück auf der eigenen Homepage (http://www.apeks.co.uk/technical/technical_details.asp?Lan=ENG&Title=FST Balanced First Stage Operation) nur die 9,5 bar Überdruck benannt, jedoch die Randbedingung "Prüfbank" bzw. "Oberflächendruck" ausgelassen, so dass ein technisch unversierter Leser der Homepage (oder einer ohne Beachtung der Skizzen) einen konstanten Mitteldruck annehmen kann.
In bester Koch-Show-Manier habe ich da mal was vorbereitet und bitte um Euren Kommentar.
Danke im Voraus.
Gut Luft
FANATIC DIVER
###############
Skizze: http://www.apeks.co.uk/images/technical/fst-bal1stageop_exhale.jpg
Der Hochdruck wirkt auf den Pfeilförmigen Kolben von oben und unten auf der gleichen Projektions-Fläche, hebt sich somit auf. Folglich sind alle Kräfte in der 1. Stufe, die mit Mitteldruck zu tun haben, unabhängig vom Flaschendruck.
Federkräfte sind unabhängig von Drücken. (Werden hier nicht weiter besprochen. Aber es ist klar, dass daraus der konstante Teil des Mitteldrucks kommt.
Der Umgebungs-Druck, der die untere Membran (=Sekundär-Membran) nach oben drückt und somit über den unteren Kraft-Transmitter auch die obere Membran (=Primär-Membran) nach oben drückt wirkt auf der gesamten Fläche der Sekundär-Membran.
Der Mittel-Druck, der die Primär-Membran nach unten drückt, wirkt auf der gesamten Fläche der Primär-Membran mit Ausnahme der Fläche, die dem Stiel des oberen (gelben) Kraft-Transmitters entspricht.
Im Folgenden sind:
D = großer Durchmesser
d = kleiner Durchmesser
pu = Umgebungs-Druck
pm = Mittel-Druck
Fu = Kraft durch Umgebungs-Druck
Fm = Kraft durch Mittel-Druck
Fr = resultierende Kraft aus Fu und Fm an der Primär-Membran
Fr muss zwangsläufig konstant sein, sonst käme es (abhängig vom Umgebungs-Druck) zu Zuständen, wo der Ventilsitz dauernd offen ist oder dauernd geschlossen ist aber auf jeden Fall (bis auf einen fest eingestellten Umgebungsdruck) keinen Mitteldruck bzw. Luftfluss mehr regeln kann.
Die Außendurchmesser beider Membranen sind gleich.
Somit wirkt der Umgebungsdruck auf (PI/4)*D² und der Mitteldruck auf (PI/4)*(D²-d²).
Die entsprechenden Kräfte sind:
Fu = pu * (PI/4)*D²
Fm = pm * (PI/4)*(D²-d²) = pm * (PI/4) * D² - pm * (PI/4) * d²
Fr = Fm - Fu
Fr = (PI/4) * D² * (pm-pu) - (PI/4) * d² * pm
Fr / (PI/4) = D² * (pm-pu) - d² * pm
Fr / (PI/4) = (D²-d²) * pm - D² * pu
D² * pu + (Fr / (PI/4)) = (D²-d²) * pm
pu * (D²/(D²-d²) + (Fr / ((PI/4) * D²-d²))) = pm
pm = pu * konstant
pu wird mit einer Konstante multipliziert und nicht zu einer Konstante addiert.
Und genau da liegt die Überkompensation bei steigendem Umgebungsdruck. (Bitte den zusätzlichen konstanten Teil aus den Feder-Kräften nicht vergessen)
Dies dient neben der reinen Druck-Kompensation dem zusätzlichen Ausgleich der steigenden Gas-Viskosität, die mit steigender Tiefe (also höherem Druck, also höherer Dichte) einen höheren Atem-Widerstand verursacht. (Stichpunkt Esoufflement)
Bei korrekt eingestellten Reglern muss bei apeks-Automaten aber bei Tiefen von 200+ Metern die Crack-Resistance (entspricht der Kraft der Schließfeder der 2. Stufe) an der 2. Stufe während des Tauchgangs hochgestellt werden weil der Mitteldruck entsprechend hoch wird und ein Abblasen droht.
Wegen dieser zusätzlichen Aufgabe unter Wasser sind apeks-Automaten "nur" bis 200 Meter zugelassen.
Wer es beachtet, kann damit aber (rein von den Automaten her) theoretisch deutlich tiefer gehen.
in diesem Thread soll es nicht darum gehen, ob einzelne Hersteller überkompensierte Automaten haben. Das ist längst mit JA beantwortet. (Suchfunktion, teilweise wurde in den Threads sogar eine Seite mit Angabe der Mitteldrücke je nach Tiefe angegeben ( http://www.inspired-training.com/deepdiveregulations.htm , auch wenn der Autor nur Kompensation und nicht Über-Kompensation schreibt und alle Hersteller von environmental seals über einen Kamm schert))
Ein Arbeits-Kollege macht einen fortgeschrittenen Tauchkurs. Der TL konstatiert, es gäbe nur unkompensierte und kompensierte, aber keine überkompensierten ersten Stufen.
Ich habe den Kollegen (EDV, also nichttechnischer Beruf) in einer Mittagspause aufgeklärt.
Gestern hat er mir mitgeteilt, dass er den TL darauf angesprochen hat und sich nach langer Diskussion wegen Ausbildungs-Abhängigkeit auf die Meinung des TL geeinigt hat. Der TL hat da Sprüche rausgehauen wie "Beuchat verkaufe ich selbst" und "Ich habe schon apeks und Beuchat gewartet", hat aber die Existenz von Überkompensation schlichtweg bestritten.
Wenn der Kollege seinen Kurs hinter sich hat, möchte ich mal mit dem TL diskutieren.
Mir als Ingenieur ist klar, dass der Mitteldruck aus einem konstanten und 2 variablen Teilen zusammengesetzt wird.
Wäre der Umgebungsdruck = 0 ( also Vakuum) hängt der Mitteldruck nur noch von den eingestellten Federkräften ab wie bei den Automaten ohne Kompensation. Das ist der konstante Teil.
Der Umgebungsdruck unterstützt eine Feder-Kraft. Das ist der erste variable Anteil bzw. die Kompensation.
Die (umgebungs-)druckbelastete Fläche der Sekundär-Membran ist größer als die (mittel-)druckbelastete Fläche der Primär-Membran. Um da das Gleichgewicht zwischen den Membranen konstant zu halten muss der Mitteldruck stärker steigen als der Umgebungs-Druck. Das ist der zweite variable Teil bzw. die Überkompensation.
So weit so klar.
Wie kann ich es einem Menschen klar machen, dessen beruflichen Hintergrund ich nicht kenne. (Also möglicherweise kein technischer Beruf.)
apeks hat zu allem Unglück auf der eigenen Homepage (http://www.apeks.co.uk/technical/technical_details.asp?Lan=ENG&Title=FST Balanced First Stage Operation) nur die 9,5 bar Überdruck benannt, jedoch die Randbedingung "Prüfbank" bzw. "Oberflächendruck" ausgelassen, so dass ein technisch unversierter Leser der Homepage (oder einer ohne Beachtung der Skizzen) einen konstanten Mitteldruck annehmen kann.
In bester Koch-Show-Manier habe ich da mal was vorbereitet und bitte um Euren Kommentar.
Danke im Voraus.
Gut Luft
FANATIC DIVER
###############
Skizze: http://www.apeks.co.uk/images/technical/fst-bal1stageop_exhale.jpg
Der Hochdruck wirkt auf den Pfeilförmigen Kolben von oben und unten auf der gleichen Projektions-Fläche, hebt sich somit auf. Folglich sind alle Kräfte in der 1. Stufe, die mit Mitteldruck zu tun haben, unabhängig vom Flaschendruck.
Federkräfte sind unabhängig von Drücken. (Werden hier nicht weiter besprochen. Aber es ist klar, dass daraus der konstante Teil des Mitteldrucks kommt.
Der Umgebungs-Druck, der die untere Membran (=Sekundär-Membran) nach oben drückt und somit über den unteren Kraft-Transmitter auch die obere Membran (=Primär-Membran) nach oben drückt wirkt auf der gesamten Fläche der Sekundär-Membran.
Der Mittel-Druck, der die Primär-Membran nach unten drückt, wirkt auf der gesamten Fläche der Primär-Membran mit Ausnahme der Fläche, die dem Stiel des oberen (gelben) Kraft-Transmitters entspricht.
Im Folgenden sind:
D = großer Durchmesser
d = kleiner Durchmesser
pu = Umgebungs-Druck
pm = Mittel-Druck
Fu = Kraft durch Umgebungs-Druck
Fm = Kraft durch Mittel-Druck
Fr = resultierende Kraft aus Fu und Fm an der Primär-Membran
Fr muss zwangsläufig konstant sein, sonst käme es (abhängig vom Umgebungs-Druck) zu Zuständen, wo der Ventilsitz dauernd offen ist oder dauernd geschlossen ist aber auf jeden Fall (bis auf einen fest eingestellten Umgebungsdruck) keinen Mitteldruck bzw. Luftfluss mehr regeln kann.
Die Außendurchmesser beider Membranen sind gleich.
Somit wirkt der Umgebungsdruck auf (PI/4)*D² und der Mitteldruck auf (PI/4)*(D²-d²).
Die entsprechenden Kräfte sind:
Fu = pu * (PI/4)*D²
Fm = pm * (PI/4)*(D²-d²) = pm * (PI/4) * D² - pm * (PI/4) * d²
Fr = Fm - Fu
Fr = (PI/4) * D² * (pm-pu) - (PI/4) * d² * pm
Fr / (PI/4) = D² * (pm-pu) - d² * pm
Fr / (PI/4) = (D²-d²) * pm - D² * pu
D² * pu + (Fr / (PI/4)) = (D²-d²) * pm
pu * (D²/(D²-d²) + (Fr / ((PI/4) * D²-d²))) = pm
pm = pu * konstant
pu wird mit einer Konstante multipliziert und nicht zu einer Konstante addiert.
Und genau da liegt die Überkompensation bei steigendem Umgebungsdruck. (Bitte den zusätzlichen konstanten Teil aus den Feder-Kräften nicht vergessen)
Dies dient neben der reinen Druck-Kompensation dem zusätzlichen Ausgleich der steigenden Gas-Viskosität, die mit steigender Tiefe (also höherem Druck, also höherer Dichte) einen höheren Atem-Widerstand verursacht. (Stichpunkt Esoufflement)
Bei korrekt eingestellten Reglern muss bei apeks-Automaten aber bei Tiefen von 200+ Metern die Crack-Resistance (entspricht der Kraft der Schließfeder der 2. Stufe) an der 2. Stufe während des Tauchgangs hochgestellt werden weil der Mitteldruck entsprechend hoch wird und ein Abblasen droht.
Wegen dieser zusätzlichen Aufgabe unter Wasser sind apeks-Automaten "nur" bis 200 Meter zugelassen.
Wer es beachtet, kann damit aber (rein von den Automaten her) theoretisch deutlich tiefer gehen.