DE102006003586B4

DE102006003586B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose von Vakuumsystemen

Info

Publication number: DE102006003586B4
Application number: DE200610003586
Authority: DE
Inventors: Hannes MÜLLER; Wilhelm Lutzer; Marc Scheel
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: DE102006003586A1

Abstract

Vorrichtung zur Diagnose eines Vakuumsystems (1), das eine Mehrzahl von Aufnahmebehältnissen (2) aufweist, die über ein Spülventil (3) und ein Rohrleitungssystem (4) an einen Sammeltank (5) angeschlossen sind, wobei die Vorrichtung enthält:
einen hohlen Grundkörper (19) mit einer ersten Öffnung (20), die durch einen klappbaren Deckel (21) verschließbar ist, und einer zweiten Öffnung (22), die ausgelegt ist zur flexiblen Anpassung an eine innere Oberfläche eines Aufnahmebehältnisses (3) zur Bildung einer druckdichten Verbindung mit dem Vakuumsystem (1); und
eine Erfassungseinheit (26) zum Erfassen von Messwerten, die einen Zustand im Inneren des Grundkörpers (19) kennzeichnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines Vakuumsystems, insbesondere für eine Anwendung an einer Vakuumtoilette in einem Flugzeug.
Vakuumsysteme bezeichnen spezielle pneumatische Förderanlagen. Allgemein erfolgt hierbei der Transport durch Anlegen einer Druckdifferenz über ein Fördergut bzw. dessen Mitreißen in der durch die Druckdifferenz hervorgerufenen Gasströmung. Als Transportmedium dient Luft.
Vakuumsysteme in Luftfahrzeugen dienen dem Transport von Abfällen (Aufgabegut) aus der Kabine, d. h. aus Toiletten und aus der Küche, in einen zentralen Sammelbehälter. Das Aufgabegut wird dabei über ein Rohrleitungsnetz in den Sammelbehälter befördert, wobei ein Unterdruck im Sammelbehälter gegenüber dem Kabinendruck für die erforderliche Druckdifferenz sorgt.
Bei dieser Anwendung von Vakuumsystemen bilden sich Ablagerungen im Rohrsystem, die das Transportverhalten negativ beeinflussen. Daher muss das Rohrleitungssystem regelmäßig gereinigt werden. Bisher setzt man hier auf Standardprozeduren in regelmäßigen Zeitabständen, wobei derartige Standardprozeduren im Wesentlichen eine Sichtprüfung des Rohrleitungssystems auf Ablagerungen umfassen.
Die DE 10 2005 013 566 A1 betrifft eine Anordnung zur Lärmreduzierung in Vakuumsystemen.
Die DE 199 21 197 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entsorgung von Bordküchenabfällen.
Die US 55 15 555 A betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer Vakuumtoilette.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den unabhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird eine unabhängige Diagnosevorrichtung geschaffen, die beispielsweise an einer Vakuumtoilette verwendet wird, um das Förderverhalten eines Vakuumsystems, welches mit der Vakuumtoilette in Verbindung steht, zu prüfen, ohne dass ein Eingriff in das Vakuumsystem erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Möglichkeit, ohne Eingriff in das System eine unmittelbare Aussage über die Güte des Förderverhaltens des Vakuumsystems zu machen und Ablagerungen in dem System zu lokalisieren.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den unabhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird eine unabhängige Diagnosevorrichtung geschaffen, die beispielsweise an einer Vakuumtoilette verwendet wird, um das Förderverhalten eines Vakuumsystems, welches mit der Vakuumtoilette in Verbindung steht, zu prüfen, ohne dass ein Eingriff in das Vakuumsystem erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen hohlen Grundkörper, beispielsweise ein Rohr, mit einer ersten Öffnung, die durch einen klappbaren Deckel verschließbar ist. An dem der ersten Öffnung des Rohrs gegenüberliegenden Ende befindet sich eine zweite Öffnung des Rohrs, die ausgebildet ist zur Bildung einer druckdichten Verbindung mit dem Vakuumsystem. Die zweite Öffnung ist beispielsweise flexibel ausgebildet, um mit der inneren Oberfläche der Vakuumtoilette im Bereich der Abfuhröffnung einen dichten Kontakt eingehen zu können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält ferner eine Erfassungseinrichtung, die beispielsweise außerhalb des Rohrs angeordnet ist, um Messwerte zu erfassen, die einen Zustand im Inneren des Rohr wiedergeben, beispielsweise den Druck, die Geschwindigkeit eines Volumenstroms, Temperatur, etc.
Die zweite flexible Öffnung ist vorzugsweise über einen Adapter mit dem Rohr verbunden, so dass die Vorrichtung leicht an unterschiedliche Formen von Aufnahmebehältern für ein Aufgabegut angepasst werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält ferner eine Schnittstelle, die beispielsweise an der Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, um die erfassten Zustandswerte im Inneren des Rohrs an eine externe Auswerteeinheit zu liefern. Eine derartige externe Auswerteeinheit kann beispielsweise ein Laptop oder ein PC sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose des Vakuumsystems wird der Deckel, der an dem Rohr klappbar angeordnet ist, geschlossen und die zweite flexible Öffnung des Rohrs mit dem Vakuumsystem druckdicht verbunden, um eine Druckdifferenz zwischen dem Rohr und dem Vakuumsystem zu erfassen.
Ferner wird bei der Diagnose des Vakuumsystems der Deckel geöffnet und die zweite flexible Öffnung der Diagnosevorrichtung druckdicht mit dem Vakuumsystem verbunden, um einen Volumenstrom in dem Rohr zu erfassen. Der Volumenstrom und die Druckdifferenz werden beispielsweise miteinander verglichen, um in dem Vakuumsystem auftretende Druckverluste zu bestimmen.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren an verschiedenen Stellen in dem Vakuumsystem durchgeführt wird, ist es möglich Querschnittsveränderungen im Rohrleitungssystem des Vakuumsystems zu bestimmen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Vakuumsystems für Luftfahrzeuge mit Druckkabine; und
2 eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Folgenden werden für gleiche Komponenten in den Figuren gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Ansichten verwendet.
1 zeigt ein konventionelles Vakuumsystem 1 für Luftfahrzeuge mit Druckkabine. Das Vakuumsystem 1 enthält eine Mehrzahl von Aufnahmebehältnissen 2 (beispielsweise Toilettenschüsseln) einer Vakuumtoilette, die über ein Spülventil 3 und ein Rohrleitungssystem 4 jeweils an einen zentralen Sammeltank 5 angeschlossen sind.
Wie in 1 gezeigt, befindet sich am Eintritt in den Tank 5 eine spezielle Einlaufvorrichtung 6, deren Aufgabe u. a. der Abbau der kinetischen Energie eines Transportguts (Aufgabegut) 7 ist, das von dem Aufnahmebehälter 2 an den Sammeltank 5 geliefert wird, zum Schutz des Sammeltanks 5.
Durch ein weiteres Rohrsystem 8 ist der Sammelbehälter 5 über einen Abscheider 9 mit einer Tankrückführung 10 und einem Verdichter 11 mit der Außenumgebung 12 eines Luftfahrzeugs verbunden. Parallel zu dem Verdichter 11 ist ein Rückschlagventil 13 angeordnet.
Bei nicht ausreichender Druckdifferenz zwischen einer Kabine 14, in der die Aufnahmebehälter 2 angeordnet sind, und der Umgebung 12 wird das Vakuumsystem 1 mit dem Verdichter 11 betrieben. Hierbei läuft der Verdichter 11 spätestens bei Anforderung eines Spülvorgangs an. Im Zeitintervall bis zum Öffnen des Spülventils 3 von wenigen Sekunden wird bereits ein Unterdruck im Tankinneren 15 erzeugt. Mit dem Öffnen des Spülventils 3 setzt damit sofort der Transport des Aufgabeguts 7 in den Sammeltank 5 ein. Der Verdichter 11 läuft mindestens bis zum Schließen des Spülventils 3 weiter und hält so einen Unterdruck in dem Sammeltank 5 für einen ununterbrochenen Transport aufrecht. Durch den Abscheider 9 wird ein Austreten des Transportguts aus dem Sammelbehälter 5 verhindert. Ferner werden der Verdichter 11 und die Umgebung 12 vor Kontamination geschützt. Das Rückschlagventil 13 bleibt in dieser Betriebsart geschlossen.
In einem alternativen Betriebsmodus des Vakuumsystems 1 mit ausreichender Druckdifferenz zwischen der Kabine 14 und der Umgebung 12 bleibt der Verdichter 11 ausgeschaltet. Bei geschlossenem Spülventil 3 herrscht in diesem Betriebsmodus im Sammeltank 5 der gleiche geringe Druck wie außerhalb des Luftfahrzeugs. Bei geöffnetem Spülventil 3 wird ein Unterdruck im Tank 5 durch Ausströmen der Luft über das Rückschlagventil 13 aufrechterhalten.
Die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung 16 zur Diagnose der Rohrleitungssysteme 4, 8 des oben beschriebenen Vakuumsystems 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, wird die Diagnosevorrichtung 16 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Vakuumtoilette 17 angeordnet, die den Aufnahmebehälter 2 enthält, der über einen Rohransatz 18 und das Spülventil 3 mit dem Vakuumsystem 1 (nicht gezeigt) verbindbar ist.
Die Diagnosevorrichtung 16 enthält einen Grundkörper 19, der gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Rohr ausgebildet ist. Eine aus dem Aufnahmebehälter 2 herausragende Öffnung 20 des Rohrs 19 ist durch einen klappbar an dem Rohr 19 angeordneten Deckel 21 verschließbar.
Das der Öffnung 20 gegenüberliegende Ende des Rohrs 19 enthält eine Öffnung 22, die flexibel ausgebildet ist und sich an die innere Oberfläche des Aufnahmebehälters 2 derart anpasst, dass die Diagnosevorrichtung 16 druckdicht mit dem Vakuumsystem 1 verbunden werden kann.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die flexible Öffnung 22 der Diagnosevorrichtung 16 über einen Adapter 23 mit einem Anschlussbereich 24 des Rohrs 19 verbunden.
Wie in 2 gezeigt, befinden sich in dem Rohr 19 Sensoren 25a, b, um physikalische Zustände innerhalb des Rohrs zu messen, beispielsweise die Temperatur, einen Volumenstrom, einen Druck, eine Druckdifferenz, etc.
Die Sensoren 25a und b sind mit einer Erfassungseinheit 26 verbunden, die die von den Sensoren 25a und 25b erfassten Messwerte empfängt. Die Erfassungseinheit 26 kann beispielsweise eine Anzeige (nicht gezeigt) enthalten, um die erfassten Messwerte anzuzeigen.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Erfassungseinheit 26 eine Schnittstelle 27, über die die Erfassungseinheit 26 (bzw. die Diagnosevorrichtung 16) mit einer externen Verarbeitungseinheit (beispielsweise PC) 28 verbindbar ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Diagnosevorrichtung 16, wie in 2 gezeigt, in Verbindung mit 1 beschrieben.
Grundsätzlich unterscheidet die Diagnosevorrichtung 16 zwei Betriebsarten. In einem Volumenstrom-Modus wird die Vorrichtung 16 während eines Spülvorgangs von der Umgebungsluft frei durchströmt. Hierbei ist der Deckel 21 geöffnet. In einem Unterdruck-Modus ist die Vorrichtung 16 zur Umgebung 14 abgeschlossen, indem der Deckel 21 die erste Öffnung 20 des Rohrs 19 der Diagnosevorrichtung 16 luftdicht schließt. Der Druck in dem Vakuumsystem 1 wird für den Zeitraum des geöffneten Spülventils 3 erfasst. Die Informationen aus beiden Betriebsarten dienen einer zielgerichteten Untersuchung des Vakuumsystems.
Aus dem zeitlichen Druckverlauf im Unterdruck-Modus ist eine Aussage über die zur Verfügung stehende Druckdifferenz möglich. Diese Druckdifferenz wird beeinflusst durch den Verdichter 11, wie in 1 gezeigt, das Luftvolumen in dem Vakuumsystem 1, Undichtheiten, den Zustand des Abscheiders 9, wie in 1 gezeigt, sowie evtl. Verstopfungen in der Rohrleitung 8 zwischen dem Sammeltank 5 und der Luftfahrzeugumgebung 12. Eine wichtige Eigenschaft dieser Messung ist ihre weitgehende Unabhängigkeit von der Position des Aufnahmebehälters 2 in dem System.
Ein Vergleich mit den sich tatsächlich einstellenden Volumenströmen im komplementären Betriebsmodus gestattet Rückschlüsse auf sich ergebende Druckverluste. Im Gegensatz zum Unterdruck sind diese Druckverluste abhängig von der Länge der Rohrleitung 4 zwischen dem Aufnahmebehälter 2 und dem Sammeltank 5. Insbesondere aus Messungen an unterschiedlichen Aufnahmebehältern können beispielsweise durch Ablagerungen verursachte Querschnittsverringerungen innerhalb dieser Rohrleitung 4 erkannt und bereichsweise lokalisiert werden.
Hierzu ist u. a. die Kenntnis der Soll-Druckverlustbeiwerte in Abhängigkeit von der Position des Aufnahmebehälters 2 in dem System erforderlich. Die Diagnose des Spülventils 3 hinsichtlich der Verifikation der Öffnungsdauer ist demgegenüber ein unmittelbares Ergebnis.
Obwohl die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können beliebig viele Aufnahmebehälter 2 vorgesehen werden, wobei der Aufnahmebehälter 2 nicht unbedingt Bestandteil einer Vakuumtoilette sein muss, sondern er kann beispielsweise zu einem Entsorgungssystem gehören, das Küchenabfälle aus der Kabine eines Flugzeugs entsorgt.
Ferner ist die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf den Einsatz in einem Flugzeug beschrieben worden. Die Erfindung kann jedoch überall dort eingesetzt werden, wo ein Vakuumsystem dazu dient Aufgabegut zu transportieren, wobei das Aufgabegut auch ein anderes sein kann als Fäkalien oder Küchenabfälle.

1: Vakuumsystem
2: Aufnahmebehälter
3: Spülventil
4: Rohrleitungssystem
5: Sammeltank
6: Einlaufvorrichtung
7: Transportgut
8: Rohrsystem
9: Abscheider
10: Tankrückführung
11: Verdichter
12: Außenumgebung
13: Rückschlagventil
14: Kabine
15: Tankinnenraum
16: Diagnosevorrichtung
17: Vakuumtoilette
18: Rohransatz
19: Grundkörper
20: erste Öffnung
21: Deckel
22: zweite Öffnung
23: Adapter
24: Rohranschlussbereich
25a, b: Sensoren
26: Erfassungseinheit
27: Schnittstelle
28: externe Verarbeitungsvorrichtung

Claims

Vorrichtung zur Diagnose eines Vakuumsystems (1), das eine Mehrzahl von Aufnahmebehältnissen (2) aufweist, die über ein Spülventil (3) und ein Rohrleitungssystem (4) an einen Sammeltank (5) angeschlossen sind, wobei die Vorrichtung enthält: einen hohlen Grundkörper (19) mit einer ersten Öffnung (20), die durch einen klappbaren Deckel (21) verschließbar ist, und einer zweiten Öffnung (22), die ausgelegt ist zur flexiblen Anpassung an eine innere Oberfläche eines Aufnahmebehältnisses (3) zur Bildung einer druckdichten Verbindung mit dem Vakuumsystem (1); und eine Erfassungseinheit (26) zum Erfassen von Messwerten, die einen Zustand im Inneren des Grundkörpers (19) kennzeichnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit (26) außen am Grundkörper (19) angeordnet ist und mit mindestens einem im Inneren des Grundkörpers (19) angeordneten Sensor (25) in Verbindung ist, der eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Luftstrom im Inneren des Grundkörpers (19) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassungseinheit (26) eine Anzeige enthält zum Anzeigen der erfassten Messwerte.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Öffnung (22) flexibel ausgebildet ist zur Bildung der druckdichten Verbindung mit dem Vakuumsystem (1).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Grundkörper (19) als Rohr ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Öffnung (22) über einen Adapter (23) mit dem Grundkörper (19) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Erfassungseinheit (26) eine Schnittstelle (27) enthält zum Verbinden mit einer externen Auswerteeinheit (28).
Verfahren zur Diagnose eines Vakuumsystems (1) mit der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Schließen des Deckels (21) und einem druckdichten Verbinden der zweiten Öffnung (22) mit dem Vakuumsystem (1), um eine Druckdifferenz zwischen dem Grundkörper (19), in dem der Druck des Vakuumsystems (1) herrscht, und der Kabine (14) zu erfassen, auf der die Diagnose des Vakuumsystems (1) basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein instationärer Druckverlauf in dem Vakuumsystem (1) von der Erfassungseinheit (26) aufgezeichnet wird.
Verfahren zur Diagnose eines Vakuumsystems (1) mit der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Öffnen des Deckels (21) und einem druckdichten Verbinden der zweiten Öffnung (22) mit dem Vakuumsystem (1), um einen Volumenstrom in dem Grundkörper (19) zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung (16) aus einer Messung des totalen Drucks und der Messung der Differenz zwischen dem totalen und einem statischen Druck in Verbindung mit einer Temperaturmessung den Volumenstrom ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der instationäre Volumenstrom in dem Vakuumsystem (1) von der Erfassungseinheit (26) aufgezeichnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einem Vergleichen des Volumenstroms mit der Druckdifferenz, um in dem Vakuumsystem (1) auftretende Druckverluste zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Verfahren an unterschiedlichen Stellen in dem Vakuumsystem (1) durchgeführt wird, um Querschnittsveränderungen im Leitungssystem (4, 8) des Vakuumsystems (1) zu bestimmen.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Vakuumtoilette (17).
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 in einem Flugzeug.