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Die
Erfindung betrifft eine Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung für ein Flugzeug
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Es
sind Sauerstoffnotversorgungssysteme für Flugzeuge bekannt, bei denen
in einer Druckgasflasche gespeicherter Sauerstoff über eine
Leitungsverbindung zumindest einer Sauerstoffmaske zugeführt wird.
Die dabei verwendeten Druckgasflaschen werden von einem manuell
betätigbaren
Absperrventil verschlossen, dem ein Druckminderer nachgeschaltet
ist. In der Leitungsverbindung zwischen Druckgasflasche und Sauerstoffmaske
ist eine Druckregeleinrichtung angeordnet, welche den von dem Druckminderer
abgesenkten Sauerstoffdruck anschließend auf den Bedarfsdruck herunterregelt, den
eine der Sauerstoffmaske vorgeschaltete Strömungsdrossel benötigt, um
der Sauerstoffmaske den benötigten „Constant
Flow" zukommen zu
lassen. Nachteilig stellen das Absperrventil, der Druckminderer
und die Druckregeleinrichtung sowie die Anschlüsse dieser Bauteile in der
Leitungsverbindung eine Vielzahl von möglichen Leckagestellen dar,
die es erforderlich machen, den Befüllungsgrad der Druckgasflasche
in verhältnismäßig kurzen
Abständen
zu überprüfen.
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Daneben
ist aus WO 03/068 317 A1 eine Sauerstoffnotversorgungseinrichtung
bekannt, mit der Flugzeuginsassen sowohl sauerstoffangereicherte
Luft aus einer Luftzerlegungsvorrichtung als auch Sauerstoff aus
Sauerstoffdruckbehältern
zugeführt wird.
Die Sauerstoffdruckbehälter
sind über
eine Regeleinrichtung und eine sich daran anschließende Leitungsverbindung
mit Sauerstoffmasken leitungsverbunden, wobei den Sauerstoffmasken
jeweils Strömungsdrosseln
vorgeschaltet sind.
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FR 2 858 560 A1 beschreibt
eine Sauerstoffversorgung, bei der einer Sauerstoffflasche ein Druckminderer
nachgeschaltet ist. Abströmseitig
des Druckminderers ist eine steuerbare Regeleinrichtung vorgesehen,
mit der der Sauerstoff auf einen Mitteldruck entspannt wird.
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In
DE 1 573 124 A wird
ein Höhenatemgerät beschrieben,
bei dem einer Sauerstoffquelle ein Sauerstoffzuführventil nachgeschaltet ist.
Dieses Sauerstoffzuführventil
ist mit einer elektronischen Steuereinrichtung signalverbunden und öffnet oder
schließt eine
von der Sauerstoffquelle ausgehende Versorgungsleitung. Darüber hinaus
dient das Sauerstoffzufuhrventil zur Druckminderung.
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Gemäß US 2005/0
126 571 A1 können
solche Sauerstoffzufuhrventile als Magnetventile ausgebildet sein,
wobei
US 3 245 652 Magnetventile
beschreibt, die als Kugelventile ausgebildet sind.
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Weiter
sind Sauerstoffnotversorgungssysteme bekannt, bei denen der Sauerstoffauslass
eines Sauerstoffbehälters
mit einer aufgeschweißten
Metallmembran verschlossen ist. Im Einsatzfall wird diese Membran
durchstoßen
und so eine Leitungsverbindung zu einer Druckregeleinheit mit Strömungsdrossel
und einer nachfolgenden „Constant
Flow" – Sau erstoffmaske
hergestellt. Dabei wird der Sauerstoffdruck von einem in der Leitungsverbindung
angeordneten Druckminderer zunächst
verringert und anschließend
von einer dem Druckminderer nachgeschalteten Druckregeleinrichtung
auf den an der Strömungsdrossel
vor der Sauerstoffmaske erforderlichen Bedarfsdruck angepasst. Ein
Nachteil eines solchen Sauerstoffnotversorgungssystems ist die große Ausbrenngefahr,
infolge möglicher
schnell oxydierender metallischer Bruchstücke, die beim Durchstoßen der
Metallmembran entstehen können. Weiter
nachteilig ist, dass der Innendruck bzw. der Befüllungsgrad des Sauerstoffbehälters bei
diesen Sauerstoffnotversorgungssystemen nicht überprüfbar ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
kompakte Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung für ein Flugzeug zu schaffen, welche
eine hohe Zuverlässigkeit
aufweist, und in einfacher Weise gewartet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Die
erfindungsgemäße Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
für ein
Flugzeug weist einen Sauerstoffdruckbehälter auf, welcher mit zumindest
einer Sauerstoffmaske leitungsverbunden ist. In der Leitungsverbindung
zwischen dem Sauerstoffdruckbehälter
und der Sauerstoffmaske sind Mittel zum Verschließen und Öffnen des
Sauerstoffdruckbehälters, Mittel
zum Druckmindern sowie eine Druckregeleinrichtung und eine Strömungsdrossel
vorgesehen. Weiter weist die Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
eine Steuereinrichtung auf. Erfindungsgemäß bildet ein steuerbares Absperrventil
die Mittel zum Verschließen
und Öffnen des
Sauerstoffbehälters, die
Mittel zum Druckmindern und einen Teil der Druckregeleinrichtung.
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So
dient das Absperrventil nicht nur zum Öffnen und Verschließen des
Sauerstoffdruckbehälters, sondern übernimmt
bei entsprechender Ansteuerung auch die Aufgabe eines Druckminderers,
wobei es den Sauerstoffdruck vorteilhaft nicht auf einen Zwischendruck,
sondern direkt auf den an der Strömungsdrossel vor der Sauerstoffmaske
erforderlichen Bedarfsdruck entspannt. Dabei dient das Absperrventil
auch als ein Druckregelventil, mit dem der Sauerstoffdruck auch
an einen beispielsweise flughöhenabhängigen Sollwert
angepasst werden kann. Auf diese Weise schafft die Erfindung eine
kompakte und verhältnismäßig leichte
Sauerstoffversorgungsvorrichtung, bei der die Anzahl der erforderlichen
Leitungsanschlüsse
und pneumatischen Bauteile in der Leitungsverbindung zwischen Sauerstoffdruckbehälter und
Sauerstoffmaske und damit die Anzahl möglicher Leckagestellen gegenüber bekannten
Vorrichtungen dieser Art deutlich geringer ist. Entsprechend weist
die erfindungsgemäße Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
gegenüber
diesen bekannten Vorrichtungen eine verbesserte Funktionssicherheit
auf.
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Das
Absperrventil ist bei der erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
vorzugsweise direkt an einem Aus- und Einlassstutzen des Sauerstoffdruckbehälters angeordnet.
Die Betätigung
des Absperrventils erfolgt über
die Steuereinrichtung, die zu diesem Zweck mit dem Absperrventil zumindest
signalverbunden und vorteilhaft auch leitungsverbunden ist. Bei
Betrieb der Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung wird das Absperrventil
von der Steuereinrichtung nur in kurzen Zeitintervallen öffnend angesteuert.
Hierdurch kann der Sauerstoffdruck ausgangsseitig des Absperrventils
auf ein im Hinblick auf den Druck in dem Sauerstoffdruckbehälter beliebiges
geringeres Druckniveau abgesenkt werden. Auf diese Weise nimmt das
Absperrventil im Zusammenwirken mit der Steuereinrichtung die Funktion
eines Druckminderers wahr, mit dem es bei entsprechender Ansteuerung
möglich
ist, den Sauerstoffdruck direkt auf den an der Strömungsdrossel vor
der Sauerstoffmaske erforderlichen Bedarfswert zu regeln.
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Zum
Abgleich des erforderlichen Solldruckes ausgangsseitig des Absperrventils
mit dem tatsächlich
herrschenden Istdruck, ist zweckmäßigerweise ausgangsseitig des
Absperrventils ein Drucksensor angeordnet. Dieser Drucksensor ist
mit der Steuereinrichtung signalverbunden. Der Drucksensor erfasst
den am Ausgang des Absperrventils herrschenden Sauerstoffdruck und
leitet die Druckwerte in Form elektrischer Signale über eine
elektrische Signalleitung an die Steuereinrichtung weiter. Über eine geeignete
Soft- und/oder Hardware der Steuereinrichtung können dann auf der Grundlage
dieser Werte die zur Erzielung des gewünschten Solldrucks erforderlichen
Zeitintervalle bestimmt werden, in denen das Absperrventil von der
Steuereinrichtung öffnend oder
schließend
angesteuert wird.
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Um
den an der Strömungsdrossel
vor der Sauerstoffmaske zur Verfügung
gestellten Sauerstoffdruck an die Flughöhe bzw. an den Kabinendruck
anpassen zu können,
ist die Steuereinrichtung vorzugsweise auch mit einem Umgebungsdrucksensor
signalverbunden. Bei dieser Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung
auf Grundlage der von dem Umgebungsdrucksensor ermittelten Umgebungsdruckwerte
und dem ausgangsseitig des Rückschlagventils
herrschenden Sauerstoffdruck, der von dem ausgangsseitig des Absperrventils
angeordneten Drucksensor erfasst werden, die Öffnungszeiten des Absperrventils
bestimmen, welche zur Erzielung des an der Strömungsdrossel vor der Sauerstoffmaske
erforderlichen Bedarfdrucks erforderlich sind. Der Umgebungsdrucksensor
kann beispielsweise im Inneren des Flugzeugs angeordnet sein und
den Kabinendruck erfassen, es ist aber auch möglich, den Umgebungsdrucksensor
so anzuordnen, dass er den Umgebungsdruck au ßenseitig des Flugzeugs aufnimmt.
Daneben ist es natürlich
auch möglich,
den Höhenmesser
des Flugzeuges an die Steuereinrichtung anzuschließen und
die Öffnungszeiten
des Absperrventils auf der Grundlage der ermittelten Höhenwerte
zu bestimmen.
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Das
Absperrventil ist bei der erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
vorzugsweise als ein entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet.
Dieses Rückschlagventil
ist vorteilhaft so ausgestaltet, dass der in dem Sauerstoffdruckbehälter herrschende
Sauerstoffdruck einen Ventilkörper
gegen einen Ventilsitz drückt
und den Durchfluss durch das Ventil versperrt. Diese selbstsperrende Ausbildung
des Rückschlagventils
verhindert bei einem Versagensfall des Ventils vorteilhaft ein unbeabsichtigtes
Ausströmen
des Sauerstoffs aus dem Sauerstoffdruckbehälter. Daneben ermöglich diese
Ausgestaltung ein einfaches Befüllen
des Sauerstoffdruckbehälters
durch Anschließen
einer Sauerstoffdruckquelle an den Ausgang des Rückschlagventils. In diesem
Fall drückt
der Sauerstoffdruck der Sauerstoffdruckquelle den Ventilkörper von
dem Ventilsitz weg, so dass der Sauerstoff durch das Rückschlagventil
in den Sauerstoffdruckbehälter
strömen
kann. Wird die Sauerstoffzufuhr von der Sauerstoffdruckquelle zu
dem Sauerstoffdruckbehälter
unterbrochen, drückt
der innerhalb des Sauerstoffdruckbehälters herrschende Sauerstoffdruck
den Dichtkörper wieder
in seine das Rückschlagventil
sperrende Stellung gegen den Ventilsitz. In einem Einsatzfall kann das
Rückschlagventil
derart angesteuert werden, dass der Ventilkörper innerhalb des Rückschlagventils
in eine das Ventil freigebende Stellung bewegt wird und der Sauerstoff
so aus dem Sauerstoffdruckbehälter
zu der Strömungsdrossel
vor der Sauerstoffmaske strömen
kann.
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Vorteilhaft
ist das Absperrventil elektromagnetisch steuerbar. Hierbei weist
das Ventil einen Elektromagneten auf, mit welchem die Stellkräfte des Absperrventils
aufgebracht werden können.
Dieser Elektromagnet kann entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom
beaufschlagt sein. Vorteilhaft ermöglicht diese Ausgestaltung
des Ventils sehr kleine Schaltzeiten, die im Millisekundenbereich
liegen. Hierdurch wird eine schnelle und exakte Druckregelung gewährleistet.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
sieht vor, dass das Ventil als ein Sitzventil und vorzugsweise als
ein Kugelsitzventil ausgebildet ist. Insbesondere dann, wenn das
Absperrventil als ein Kugelsitzventil ausgebildet ist, kann die
Leitungsverbindung von dem Sauerstoffdruckbehälter zu der Sauerstoffmaske
mit dem kugelförmigen
Ventilkörper im
Wesentlichen hermetisch verschlossen werden. Besonders bevorzugt
ist das Absperrventil als ein elektromagnetisch gesteuertes Kugelsitzventil
ausgebildet. Dabei ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei der der
Sauerstoffdruck in dem Sauerstoffdruckbehälter in einer Verschließstellung
einen ferromagnetischen, kugelförmigen
Ventilkörper
gegen einen Ventilsitz drückt
und ein Elektromagnet vorgesehen ist, durch dessen Bestromung der
Ventilkörper
aus seiner den Durchfluss durch das Ventil versperrenden Stellung
wegbewegt werden kann. Vorteilhaft ist das Sperren des Ventils so
allein durch Abschalten des Elektromagneten möglich.
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Vorteilhaft
ist das Absperrventil derart ausgebildet, dass die Öffnungskraft
des Ventils direkt proportional zu dem Innendruck des Sauerstoffdruckbehälters ist.
Diese Ausbildung ermöglicht
es, den Befüllungsgrad
des Sauerstoffdruckbehälters
zu überprüfen, ohne
dass Sauerstoff aus dem Sauerstoffdruckbehälter verloren geht. Hierzu
kann an dem Absperrventil eine solche Stellkraft ausgeübt werden, die
knapp unterhalb der Stellkraft liegt, die zum öffnenden Stellen des Absperrventils
bei einem in dem Sauerstoffdruckbehälter herrschenden zulässigen Minimaldruck
erforderlich ist. Bei diesem Vorgehen ist ein Druckanstieg am Ausgang
des Absperrventils ein Indikator dafür, dass der zulässige Minimaldruck in
dem Sauerstoffdruckbehälter
unterschritten ist. Wird an dem Ausgang des Absperrventils kein Druckanstieg
registriert, ist dies ein Anzeichen für die ordnungsgemäße Befüllung des
Sauerstoffdruckbehälters.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
sieht ein elektromagnetisch angesteuertes Absperrventil vor, das
derart ausgebildet ist, dass die zum Öffnen des Ventils erforderliche
Spannung an dem Elektromagneten des Absperrventils direkt proportional
zu dem Innendruck des Sauerstoffdruckbehälters ist.
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Zur
Erhöhung
seiner Funktionssicherheit ist das Absperrventil vorteilhaft redundant
ausgebildet und weist zwei Druchströmwege auf, welche jeweils von
einem Ventilkörper
verschlossen werden. Alternativ ist es auch vorgesehen, in der Leitungsverbindung
von Sauerstoffdruckbehälter
und Strömungsdrossel
vor der Sauerstoffmaske zwei parallele Leitungsstränge vorzusehen,
die jeweils von einem Absperrventil verschlossen werden. Bei dieser
Ausgestaltung kann das Absperrventil auch dann geöffnet werden,
wenn einer der Ventilkörper
nicht aus seiner den Durchfluss durch das Absperrventil verhindernden
Stellung bewegt werden kann.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Sauerstoffnotversorgungsvorrichtung
für ein Flugzeug.
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In
der Figur ist ein Sauerstoffdruckbehälter 2 dargestellt.
Dieser Sauerstoffdruckbehälter 2 weist einen
offenen Aus- und Einlassanschluss 4 auf, an welchem ein
als Rückschlagventil 6 ausgebildetes Absperrventil
angeschlossen ist. Dabei greift ein erstes Anschlussteil 8 des
Rückschlagventils 6 in
den Aus- und Einlassanschluss 4 des Sauerstoffdruckbehälters 2 ein.
An einem zweiten Anschlussteil 10 des Rückschlagventils 6 ist
eine in der Figur nicht dargestellte Verbindungsleitung zu einer
ebenfalls nicht dargestellten Strömungsdrossel und einer Sauerstoffmaske
angeschlossen.
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Das
Rückschlagventil 6 ist
als elektromagnetisch ansteuerbares Kugelsitzventil ausgebildet. Durch
das Rückschlagventil 6 verläuft ein
Strömungspfad 12 von
dem ersten Anschlussteil 8 zu dem zweiten Anschlussteil 10,
wobei sich der Querschnitt des Strömungswegs 12 innerhalb
des Ventilgehäuses
zu einer Ventilkammer 14 erweitert. Auf der dem zweiten
Anschlussteil 10 zugewandten Seite ist der Querschnittsübergang
von der Ventilkammer 14 zu dem Strömungsweg 12 konisch
angefast. Dieser angefaste Bereich bildet einen Ventilsitz 16 für einen
kugelförmig
ausgebildeten Ventilkörper 18.
Die Umfangsfläche
der Ventilkammer 14 wird von einem ringförmigen Elektromagneten 20 gebildet.
Dieser Elektromagnet 20 dient zum Stellen des Ventilkörpers 18,
der aus einem ferromagnetischen Material besteht.
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Die
Bestromung des Elektromagneten 20 erfolgt über eine
elektronische Steuereinrichtung 22, die über eine
Leitung 24 mit dem Elektromagneten 20 elektrisch
leitend verbunden ist.
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Über eine
Leitung 26 ist im Bereich des zweiten Anschlussteils 10 des
Rückschlagventils 6 ein Drucksensor 28 mit
dem Strömungsweg 12 leitungsverbunden.
Dieser Drucksensor 28 ist derart ausgebildet, dass er den
in dem Strömungsweg 12 im
Bereich des zweiten Anschlussteils 10 herrschenden Sauerstoffdruck
aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, welches er über eine
Signalleitung 30 an die elektronische Steuereinrichtung 22 weiterleitet. Die
elektronische Steuereinrichtung 22 ist über eine weitere Signalleitung 32 mit
einem Umgebungsdrucksensor 34 signalverbunden. Dieser Umgebungsdrucksensor 34 ist
in einem Kabinenbereich des Flugzeugs angeordnet und nimmt den innerhalb der
Flugzeugkabine herrschenden Druck auf.
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Auf
Grundlage der von dem Drucksensor 28 und dem Umgebungsdrucksensor 34 erfassten Druckwerte
werden von der elektronischen Steuereinrichtung 22 die
Zeitintervalle zum Öffnen
des Rückschlagventils 6 ermittelt
und der Elektromagnet 20 über diese Zeitintervalle bestromt.
Hierdurch wird der Ventilkörper 18 von
dem Elektromagneten 20 angezogen, so dass er den Strömungsweg 12 durch das
Rückschlagventil 6 frei
gibt. Sobald die Bestromung des Elektromagneten 20 beendet
wird, wird der Ventilkörper 18 durch
den in dem Sauerstoffdruckbehälter 2 herrschenden
Druck wieder gegen den Ventilsitz 16 gedrückt, so
dass der Strömungsweg 12 durch
das Rückschlagventil 6 versperrt
ist.
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- 2
- Sauerstoffdruckbehälter
- 4
- Aus-
und Einlassanschluss
- 6
- Rückschlagventil
- 8
- Anschlussteil
- 10
- Anschlussteil
- 12
- Strömungsweg
- 14
- Ventilkammer
- 16
- Ventilsitz
- 18
- Ventilkörper
- 20
- Spule
- 22
- Steuereinrichtung
- 24
- Leitung
- 26
- Leitung
- 28
- Drucksensor
- 30
- Signalleitung
- 32
- Signalleitung
- 34
- Umgebungsdrucksensor