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Die
Erfindung betrifft eine Cockpitsauerstoffmaske mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Bei
den in Flugzeugen verwendeten Sauerstoffversorgungssystemen für Cockpitbesatzungen wird
aus Gewichts- und Platzgründen
angestrebt, die in dem Flugzeug mitgeführte Sauerstoffmenge möglichst
gering zu halten. Hierbei muss allerdings eine ausreichende Sauerstoffversorgung
der Cockpitbesatzung sichergestellt sein. Dies macht eine möglichst
effiziente Nutzung des an Bord mitgeführten Sauerstoffs erforderlich.
Sauerstoffverluste müssen vermieden
werden.
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In
diesem Zusammenhang sind auch die Cockpitsauerstoffmasken und insbesondere
deren Druckregler von Bedeutung. Bei den bislang bekannten Cockpitsauerstoffmasken
führt das
träge Regelverhalten
des mechanisch ausgebildeten Druckreglers dazu, dass eine verhältnismäßig große Sauerstoffmenge
ungenutzt verbraucht wird, da das Druckregelventil des Druckreglers
die in die Cockpitsauerstoffmaske geleitete Sauerstoffmenge nur
unzureichend genau dosieren kann und erst mit Verzögerung auf
die Bedarfssituation reagiert.
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Darüber hinaus
ist aus
DE 1 559 692
B eine Atemgaszuführvorrichtung
für ein
Höhenatemgerät bekannt,
bei der in einer Sauerstoffmaske ein Druckwandler und eine Sauerstoffteildruckmesseinrichtung vorgesehen
sind, deren Messwerte einer elektronischen Steuerungseinrichtung
zugeführt
werden, die dann ein an der Sauerstoffmaske angeordnetes Sauerstoffzufuhrventil
atemzugbezogen ansteuert. Des Weiteren ermöglicht diese Atemgaszuführvorrichtung
mittels einer Höhenmesseinrichtung
eine flughöhenabhängige Zumischung
des Sauerstoffs.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Cockpitsauerstoffmaske
zu schaffen, die eine ausreichende Sauerstoffversorgung des Benutzers
bei möglichst
geringem Sauerstoffverbrauch gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Cockpitsauerstoffmaske mit den in Anspruch
1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der
nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Die
erfindungsgemäße Cockpitsauerstoffmaske
kann als Halb- oder Vollmaske, mit oder ohne Atembeutel ausgebildet
sein. Sie weist in an sich bekannter Weise einen Maskenkörper, ein
Sauerstoffeinatemventil, ein Mischlufteinatemventil sowie eine Steuereinrichtung
auf. Mit dieser Steuereinrichtung ist zumindest das Sauerstoffeinatemventil
signalverbunden.
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Gemäß der Erfindung
ist das Sauerstoffeinatemventil als ein elektromagnetisch betätigbares Ventil,
vorzugsweise als ein elektromagnetisch betätigbares Kugelsitzventil ausgebildet,
welches zumindest einen Durchströmpfad
aufweist, der von einem magnetisch bewegbaren Ventilkörper verschließbar ist.
Der Durchströmpfad
wird von einer magnetisierbaren Wandung begrenzt, wobei die Wandung
zumindest eine Unstetigkeitsstelle aufweist, welche ein in der Wandung
erzeugtes Magnetfeld deformiert.
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Ein
derart ausgebildetes Magnetventil beschreibt
DE 199 22 414 C1 . Bei diesem
Magnetventil wird vorzugsweise durch eine bestromte Spule in einer
den Strömungspfad
begrenzenden Wandung ein parallel zu der Wandung verlaufendes Magnetfeld
erzeugt. In der Wandung ist eine Unstetigkeitsstelle in Form einer
Nut vorgesehen, die zu einer Konzentration des Magnetfeldes führt, dergestalt,
dass sich das Magnetfeld im Bereich der Unstetigkeitsstelle weiter in
den Strömungspfad
hineinerstreckt und so den in dem Durchströmpfad angeordneten Ventilkörper erfassen
und von dem Ventilsitz wegbewegen kann. Weiter ist das Magnetventil
so ausgebildet, dass der eingangsseitig des Ventils anliegende Fluiddruck
den Ventilkörper
bei nicht magnetisierter Wandung des Durchströmpfades gegen den Ventilsitz
drückt
und auf diese Weise den Durchströmpfad
selbsttätig
verschließt.
Vorteilhaft weist das Magnetventil eine geringe Baugröße und ein
geringes Gewicht auf.
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Ein
besonderer Vorteil von Magnetventilen der oben beschriebenen Art
ist vor allen Dingen deren Schaltverhalten. Es sind Schaltzeiten
realisierbar, die im Millisekundenbereich liegen. Die Verwendung
eines solchen Magnetventils als Sauerstoffeinatemventil einer Cockpitsauerstoffmaske
ermöglicht so
eine exakte Dosierung des Sauerstoffs mit sehr geringer Regeltoleranz.
Hierdurch gewährleistet
die erfindungsgemäße Cockpitsauerstoffmaske
eine besonders effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Sauerstoffs.
Dementsprechend kann die an Bord mitgeführte Sauerstoffmenge deutlich
verringert werden.
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Weiter
vorteilhaft sind das Gewicht und die Baugröße des verwendeten Sauerstoffeinatemventils
deutlich geringer als bei bislang verwendeten Einatemventilen, so
dass der Tragekomfort der erfindungsgemäßen Cockpitsauerstoffmaske
gegenüber bekannten
Masken dieser Art verbessert kann.
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Darüber hinaus
sind das Ausatemventil und das Sauerstoffeinatemventil der erfindungsgemäßen Cockpitsauerstoffmaske
derart miteinander fluidisch gekoppelt, dass das geöffnete Sauerstoffeinatemventil
das Ausatemventil schließend
druckbeaufschlagt. Dementsprechend können das Sauerstoffeinatemventil
und das Ausatemventil nicht gleichzeitig geöffnet sein. Auf diese Weise
wird verhindert, dass der über
das Sauerstoffeinatemventil in den Maskenkörper eingeleitete Sauerstoff
direkt über
das Ausatemventil aus dem Maskenkörper ausströmt, ohne von dem Benutzer der
Cockpitsauerstoffmaske eingeatmet worden zu sein.
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Zur
Erhöhung
der Funktionssicherheit und zur Vergrößerung der möglichen
Durchflussvolumenströme,
weist das Sauerstoffeinatemventil bevorzugt nicht nur einen sondern
zumindest zwei Durchströmpfade
auf, die jeweils von einem Ventilkörper verschließbar sind.
Diese Redundanz gewährleistet die
Funktionsfähigkeit
des Sauerstoffeinatemventils auch dann, wenn einer der Ventilkörper aufgrund
eines Defekts nicht von seiner, einen Durchflusspfad verschließenden Stellung
wegbewegt werden kann. In diesem Fall steht zumindest ein weiterer
Durchströmpfad
zur Verfügung, über den
Sauerstoff zur Beatmung des Nutzers in den Maskenkörper eingeleitet
werden kann.
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Das
Sauerstoffeinatemventil kann beispielsweise zwei oder mehr parallel
geführte
Durchströmpfade
aufweisen, in denen jeweils ein mit dem in dem Durchströmpfad angeordneten
Ventilkörper korrespondierender
Ventilsitz ausgebildet ist. Dabei kann anströmseitig der Ventilsitze in
jedem der Durchströmpfade
eine Unstetigkeitsstelle, vorzugsweise in Form einer umfangsseitigen
Nut, vorgesehen sein. Durch Magnetisierung der Wandungen der Durchströmpfade können die
Ventilkörper
von den Ventilsitzen wegbewegt werden und so die Durchströmpfade freigeben
werden.
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Zur
Magnetisierung der Wandungen der Durchströmpfade kann eine bestrombare
Spule vorgesehen sein, die derart angeordnet ist, dass alle Durchströmpfade durch
das Spuleninnere verlaufen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es,
durch Bestromung der Spule alle Durchströmpfade gleichzeitig zu öffnen. Es
ist aber auch möglich,
jedem Durchströmpfad
eine bestrombare Spule zuzuordnen, so dass jeder Durchströmpfad von
einer eigenen Spule umgeben ist. Diese Weiterbildung erlaubt es
vorteilhaft, die Durchströmpfade
des Sauerstoffeinatemventils einzeln zu öffnen bzw. zu verschließen. Derart ausgebildet
ist bei dem Sauerstoffeinatemventil nicht nur die Öffnungszeit,
sondern im gewissen Maße auch
der effektive Durchflussquerschnitt über die Anzahl der öffnend bzw.
schließend
angesteuerten Durchströmpfade
einstellbar, wobei der Sauerstoffvolumenstrom durch das Magnetventil
und damit die dem Nutzer der Cockpitsauerstoffmaske zur Verfügung gestellte
Sauerstoffmenge mit steigender Anzahl der öffnend gestellten Durchströmpfade vergrößert wird.
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Das
Sauerstoffeinatemventil bildet vorteilhafterweise einen Teil einer
Druckregeleinrichtung, mit welcher der Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper an
vorgegebene Sollwerte angepasst werden kann. Dementsprechend ist
mit dem Sauerstoffeinatemventil auch die dem Nutzer der Cockpitsauerstoffmaske
zugeführte
Sauerstoffmenge einstellbar, da die in den Maskenkörper eingeleitete
Sauerstoffmenge direkt proportional zu dem Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper ist.
Mit dem Sauerstoffeinatemventil kann der in Sauerstoffversorgungssystemen üblicherweise
eingangsseitig des Sauerstoffeinatemventils herrschende Mitteldruck
von etwa 2 bis 3 bar auf den gewünschten
Maskendruck herabgeregelt werden. Diese Druckregelung erfolgt vorzugsweise über die
Steuerung der Öffnungszeiten
des Sauerstoffeinatemventils, kann allerdings bei einem Sauerstoffeinatemventil,
welches mehrere Durchströmpfade
aufweist, zusätzlich über die
Anzahl der offenen und verschlossenen Durchströmpfade erfolgen.
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Die
elektromagnetisch betätigbare
Ausgestaltung des Sauerstoffeinatemventils ermöglicht bei geeigneter Steuereinrichtung
eine Vielzahl unterschiedlicher Regelkonzepte für die Sauerstoffversorgung
der Cockpitbesatzung. So kann bei entsprechender Ansteuerung des
Sauerstoffeinatemventils durch die Steuereinrichtung ein im Wesentlichen
konstanter Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper erzeugt werden. Daneben
ist es aber in Verbindung mit dem Mischlufteinatemventil auch möglich, eine
sogenannte Impulsatemregelung zu realisieren. Hierbei wird dem Benutzer
der Cockpitsauerstoffmaske über das
Sauerstoffeinatemventil nur in der initialen Einatemphase, in welcher
der Sauerstoff über
das Lungensystem in das arterielle Blut diffundiert, ein begrenztes
Bolusvolumen an Sauerstoff zugeführt.
Anschließend
wird während
der weiteren Einatemphase über
das Mischlufteinatemventil die Cockpitluft zugeführt. So kann der Sauerstoffverbrauch
mit der Impulsatemregelung weiter verringert werden.
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In
dem Maskenkörper
ist zweckmäßigerweise
ein mit der Steuereinrichtung signalverbundener Drucksensor angeordnet.
Dieser Drucksensor ermöglicht
bei einer Beatmung mit reinem Sauerstoff den Abgleich des erforderlichen
Soll-Wertes für
den Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper mit dem in dem Maskenkörper tatsächlich herrschenden Ist-Druck.
Hier zu erfasst der Drucksensor den in dem Maskenkörper herrschenden
Ist-Druck 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 Ist-Druckwerte beispielsweise die
zur Erzielung des gewünschten
Solldrucks erforderlichen Zeitintervalle bestimmt werden, in denen
das Sauerstoffeinatemventil öffnend
oder schließend
von der Steuereinrichtung angesteuert wird. Weiter ist es mit dem
Drucksensor insbesondere bei der Impulsatemregelung möglich den
Ausatemdruck des Benutzers der Cockpitsauerstoffmaske zu erfassen
und auf Grundlage dieser Druckwerte die Öffnungszeiten des Sauerstoffeinatemventils
zu takten.
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Grundsätzlich besteht
auch die Möglichkeit, statt
eines Drucksensors in dem Maskenkörper einen Druckschalter anzuordnen,
mit dem das Sauerstoffeinatemventil in Abhängigkeit von dem Maskendruck schließend und öffnend geschaltet
werden kann.
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Um
den Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper an die Flughöhe bzw.
an den Cockpitdruck anpassen zu können, ist die Steuereinrichtung
der Cockpitsauerstoffmaske zweckdienlich mit einem außerhalb
des Maskenkörpers
angeordneten Drucksensor signalverbunden. Bei dieser Ausgestaltung kann
die Steuereinrichtung auf Grundlage des von dem Umgebungsdrucksensor
ermittelten Cockpitdrucks und des in dem Maskenkörper herrschenden Ist-Drucks
die Öffnungszeiten
des Sauerstoffeinatemventils bestimmen, die zur Erzielung des flughöhenabhängigen Soll-Druck
in dem Maskenkörper
erforderlich sind.
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Bevorzugt
weist das Sauerstoffeinatemventil zwei Ausgänge auf. Dabei mündet ein
erster Ausgang in dem Maskenkörper.
Dieser erste Ausgang dient dementsprechend zur Sauerstoffversorgung des
Benutzers der Cockpitsauerstoffmaske. Ein zweiter Ausgang ist über einen Überström kanal mit dem
Ausatemventil leitungsverbunden. Über den Überströmkanal erfolgt die fluidische
Kopplung von Sauerstoffeinatemventil und Ausatemventil. Hierfür ist der Überströmkanal vorzugsweise
so an dem Ausatemventil angeschlossen, dass bei geöffnetem
Sauerstoffeinatemventil ein Teilstrom des durch das Sauerstoffeinatemventil
strömenden
Sauerstoffs über den Überströmkanal in
das Ausatemventil strömt
und dort einen Dichtkörper,
welcher einen vom Inneren des Maskenkörpers nach außerhalb
der Cockpitsauerstoffmaske führenden
Strömungspfad
verschließt, schließend gegen
einen Dichtsitz drückt,
so dass über
den Überströmkanal kein
Sauerstoff verloren gehen kann.
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Ausgangsseitig
des Sauerstoffeinatemventils ist vorzugsweise ein Absperrventil
angeordnet, derart, dass es einen Fluidfluss von dem Maskenkörper zu
dem Sauerstoffeinatemventil sperrt. Mit dem Absperrventil wird verhindert,
dass der Ausatemvorgang in dem Überströmkanal zu
einer Druckerhöhung
führt,
die das Ausatemventil schließend
stellen würde,
so dass das Ausatemgas nicht aus dem Maskenkörper entweichen könnte. Bevorzugt
bilden das Sauerstoffeinatemventil und das Absperrventil eine gemeinsame
Baueinheit. Das Absperrventil kann beispielsweise als federvorgespanntes
Rückschlagventil
ausgebildet sein, welches derart angeordnet ist. dass eine Rückstellfeder
und der Ausatemdruck einen Dichtkörper des Absperrventils in
eine das Absperrventil verschließende Stellung drücken. Dabei ist
die Rückstellfeder
zweckmäßigerweise
so dimensioniert, dass die von ihr auf den Dichtkörper ausgeübte Federkraft
kleiner als die Kraft ist, die bei geöffnetem Sauerstoffeinatemventil
von dem Sauerstoffstrom auf den Dichtkörper ausgeübt wird.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Cockpitsauerstoffmaske
gemäß der Erfindung.
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In
der Figur ist stark vereinfacht eine Cockpitsauerstoffmaske mit
einem Maskenkörper 2 dargestellt.
Der Maskenkörper 2 weist
ein Sauerstoffeinatemventil 4 auf, mit welchem die Sauerstoffzufuhr
in den Innenraum des Maskenkörpers 2 steuerbar
ist. Das Sauerstoffeinatemventil 4 kann in den Maskenkörper 2 integriert
sein oder diesem beispielsweise über
einen nicht dargestellten Atembeutel vorgeschaltet sein. Über einer
Zuführleitung 6 ist
das Sauerstoffeinatemventil 4 mit einem Sauerstoffspeicher 8 leitungsverbunden,
wobei dem Sauerstoffspeicher 8 in bekannter Weise ein Absperrventil 10 sowie
ein Druckminderer 12 in Ausströmrichtung nachgeschaltet sind.
Mit dem Druckminderer 12 wird der in dem Sauerstoffspeicher 8 herrschende
Sauerstoffdruck, welcher mehr als 100 bar betragen kann, auf einen Mitteldruck
von etwa 2 bis 3 bar abgesenkt.
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Das
Sauerstoffeinatemventil 4 ist als ein elektrisch betätigbares
Kugelsitzventil ausgebildet. Es weist einen Durchströmpfad 14 auf,
welcher von einer magnetisierbaren Wandung 16 des Ventilgehäuses begrenzt
wird. Innerhalb des Ventilgehäuses erweitert
sich der Querschnitt des Durchströmpfads 14 zu einer
Ventilkammer 18. Auf der abströmseitigen und dem Maskenkörper 2 zugewandten
Seite bildet der Querschnittsübergang
von der Ventilkammer 18 zu dem Strömungspfad 14 einen Ventilsitz 20 für einen
kugelförmig
ausgebildeten Ventilkörper 22.
Der Ventilkörper 22 besteht
aus einem ferromagnetischen Material.
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An
der Umfangsseite der Ventilkammer 18 ist eine in der Figur
nicht dargestellte Ausnehmung vorgesehen, die sich über einen
begrenzten Umfangsbereich in radialer Richtung nach außen erstreckt. Konzentrisch
zu dem Durchströmpfad 14 ist
in der Wandung 16 des Ventilgehäuses eine bestrombare Spule 24 angeordnet.
Durch Bestromung der Spule 24 wird in dem Ventilgehäuse ein
parallel zur Wandung 16 verlaufendes Magnetfeld erzeugt.
Hierbei bildet im Bereich der Ventilkammer 18 die an deren Umfangsseite
ausgebildete Ausnehmung eine Unstetigkeitsstelle in dem Magnetfeld,
wodurch sich das Magnetfeld im Bereich dieser Ausnehmung in die Ventilkammer 18 hineinerstreckt,
derart, dass das Magnetfeld den Ventilkörper 22 erfasst und
ihn von dem Ventilsitz 20 weg zu der Umfangsseite der Ventilkammer 18 bewegt.
Auf diese Weise wird der Strömungspfad 14 durch
das Sauerstoffeinatemventil 4 freigegeben. Bei Beendigung
der Bestromung der Spule 24, d.h. bei Aufhebung des Magnetfeldes
in dem Ventilgehäuse,
wird der Ventilkörper 22 von
dem eingangsseitig des Sauerstoffeinatemventils 4 herrschenden
Sauerstoffdruck wieder gegen den Ventilsitz 20 gedrückt und
der Strömungspfad 14 verschlossen.
Die Bestromung der Spule 24 erfolgt über eine elektronische Steuereinrichtung 26,
die über eine
Leitung 28 mit der Spule 24 verbunden ist.
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Neben
dem Sauerstoffeinatemventil 4 sind an dem Maskenkörper 2 auch
ein Mischlufteinatemventil 30 und ein Ausatemventil 32 angeordnet.
Das Mischlufteinatemventil 30 ist dafür vorgesehen, im Zusammenwirken
mit dem Sauerstoffeinatemventil 4 eine Impulsatemregelung
zu realisieren, bei der in einer initialen Einatemphase über das
Sauerstoffeinatemventil 4 ein Bolusvolumen reinen Sauerstoffs
in den Maskenkörper
eingeleitet wird und nach Schließen des Sauerstoffeinatemventils 4 aber
das Mischlufteinatemventil 30 Cockpitluft in den Maskenkörper 2 eingeleitet
wird.
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Das
Mischlufteinatemventil 30 ist im Inneren des Maskenkörpers 2 angeordnet.
Der Maskenkörper 2 weist
eine Einlassöffnung 34 auf,
die von einem Dichtkörper 36 des
Mischlufteinatemventil 30 verschlossen wird. Der Dichtkörper 36 wird
von einer Membran 38 und einem an der Membran 38 ausgebildeten
Dichtring 40 gebildet. Im verschlossenen Zustand des Mischlufteinatemventils 30 drückt eine
Feder 42 die Membran 38 derart in Richtung der
Innenwandung des Maskenkörpers 2,
dass die Einlassöffnung 34 von
dem Dichtring 40 umschlossen wird. Hierdurch wird die Einlassöffnung 34 von
dem Dichtkörper 36 verschlossen.
Zur Kommunikation mit dem Innenraum des Maskenkörpers 2 weist das
Mischlufteinatemventil eine weitere Öffnung 44 auf. Über diese Öffnung 44 wird
die der Einlassöffnung 34 des Maskenkörpers 2 abgewandte
Seite der Membran 38 während
der Einatemphase, in welcher das Sauerstoffeinatemventil 4 verschlossen
ist und der zuvor über
das Sauerstoffeinatemventil in den Maskenkörper 2 eingeleitete
Sauerstoff abgeatmet ist durch weiteres Einatmen unterdruckbeaufschlagt
und von dem Maskenkörper 2 wegbewegt.
Hierdurch wird auch der an der Innenwandung des Maskenkörpers 2 anliegende
Dichtring 40 von der Innenwandung wegbewegt, so dass ein
Strömungspfad
von der Einlassöffnung 34 in
das Innere des Maskenkörpers 2 entsteht.
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Auch
das Ausatemventil 32 ist im Inneren des Maskenkörpers 2 angeordnet.
Das Ventilgehäuse
des Ausatemventils 32 teilt eine Membran 46 in zwei
Ventilteile. Hierbei bildet ein erstes Ventilteil 48 einen
Strömungspfad
von einer Einlassöffnung 50 im Innenraum
des Maskenkörpers 2 zu
einer Vielzahl von Auslassöffnungen 52,
die an der Außenseite
des Maskenkörpers 2 angeordnet
sind. Ein zweites Ventilteil 54 ist über einen Überströmkanal 55 in Kommunikation
mit dem Sauerstoffeinatemventil 4, wobei der Überströmkanal 55 den
Strömungspfad 14 des Sauerstoffein atemventils 4 ausgangsseitig
des von dem Ventilkörper 22 verschließbaren Ventilsitzes 20 mit
dem zweiten Ventilteil 54 des Ausatemventils 32 fluidisch
leitend verbindet. In dem zweiten Ventilteil 54 des Ausatemventils 32 ist
eine Feder 56 angeordnet, welche die Membran 46 in
die Schließstellung des
Ausatemventils 32 vorspannt. An ihrer dem ersten Ventilteil 48 zugewandten
Seite ist an der Membran 46 ein Dichtring 58 ausgebildet,
welcher, wenn die Membran 46 in Richtung der Einlassöffnung 50 des
Ausatemventils 32 bewegt wird, den Strömungspfad von der Einlassöffnung 50 zu
der Vielzahl von Auslassöffnungen 52 verschließt.
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Die
Steuereinrichtung 26 ist über eine elektrische Leitung 60 mit
einem ersten Drucksensor 62 und über eine elektrische Leitung 64 mit
einem zweiten Drucksensor 66 signalverbunden. Der erste Drucksensor 62 ist
im Innenraum des Maskenkörpers 2 angeordnet.
Der zweite Drucksensor 66 ist außerhalb bzw. an der Außenseite
der Cockpitsauerstoffmaske angeordnet und erfasst den im Cockpit des
Flugzeugs herrschenden Umgebungsdruck.
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Ausgangsseitig
des Sauerstoffeinatemventils 4 schließt sich an dieses direkt ein
Absperrventil 68 an, wobei das Sauerstoffeinatemventil 4 und
das Absperrventil 68 eine gemeinsame Baugruppe bilden.
Das Absperrventil 68 ist federvorgespannt ausgebildet,
wobei eine Feder 70 einen Ventilteller 72 gegen
eine Sitzfläche 74 drückt, dass
ein Ausgang 76 des Sauerstoffeinatemventils 4 verschlossen
wird. Die Feder 70 ist so dimensioniert, dass der Ventilteller 72 bei öffnend geschaltetem
Sauerstoffeinatemventil 4 von dem dann durch den Strömungspfad 14 fließenden Sauerstoff
von der Sitzfläche 74 wegbewegt
werden kann und der Sauerstoff so in den Maskenkörper 2 strömen kann.
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Nachfolgend
wird anhand der Figur die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Cockpitsauerstoffmaske
beschrieben.
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Über die
Zuführleitung 6 strömt Sauerstoff bei
geöffnetem
Absperrventil 10 von dem Sauerstoffspeicher 8 zu
dem Sauerstoffeinatemventil 4 und liegt in diesem bei verschlossenem
Durchströmpfad 14 mit
einem Druck von 2 bis 3 bar an. Die Steuereinrichtung 26 veranlasst
zunächst
die Bestromung der Spule 24, die in der Wandung 16 des
Ventilgehäuses des
Sauerstoffeinatemventils 4 angeordnet ist. Hierdurch wird
in der Wandung 16 ein Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der
in der Ventilkammer 18 vorgesehenen Ausnehmung, die eine
Unstetigkeitsstelle des Magnetfelds bildet, wird der Ventilkörper 22 des
Sauerstoffeinatemventils 4 von dem Ventilsitz 20 quer zum
Durchströmpfad 14 wegbewegt.
Der Sauerstoff kann nun über
das Absperrventil 68 in den Maskenkörper 2 strömen. Dabei
wird der Sauerstoffdruck von dem eingangsseitig des Sauerstoffeinatemventils 4 herrschenden
Mitteldruck von 2-3 auf den erforderlichen Maskendruck gemindert.
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Im
Maskenkörper 2 wird
hierfür
der sich aufbauende Sauerstoffdruck mittels des Drucksensors 62 ständig überwacht.
So ist ein ständiger
Soll-Istwertabgleich
des Maskeninnendrucks möglich.
Die Einstellung des Istdrucks erfolgt dann mittels Steuerung der Öffnungszeiten
des Sauerstoffeinatemventils 4, wobei aufgrund der sehr
kurzen Schaltzeiten des Sauerstoffeinatemventils eine exakte Dosierung der
Sauerstoffmenge möglich
ist.
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Der
Sollwert für
den Maskeninnendruck ist nicht konstant sondern hängt auch
von der jeweiligen Flughöhe
und dementsprechend von dem in dem Cockpit herrschenden Umgebungsdruck
ab. So wird mit steigender Flughöhe
die in den Innenraum des Maskenkörpers 2 eingeleitete
Sauerstoffmenge erhöht.
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Während der
Sauerstoff über
das Sauerstoffeinatemventil 4 in den Maskenkörper 2 strömt, wird in
dem Sauerstoffeinatemventil 4 ein Teilstrom des Sauerstoffs über den Überströmkanal 55 in
das zweite Ventilteil 54 des Ausatemventils 32 geleitet,
wo dieser Teilstrom die Membran 46 in Richtung der Einlassöffnung 50 drückt, die
daraufhin von der Membran 46 und dem daran ausgebildeten
Dichtring 58 verschlossen wird, so dass bei geöffnetem
Sauerstoffeinatemventil kein Sauerstoff über das Ausatemventil 32 entweichen
kann.
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Erreicht
der Sauerstoffdruck in dem Maskenkörper 2 seinen Sollwert,
wird von der Steuereinrichtung die Bestromung der Spule 24 beendet.
Auf den Ventilkörper 22 des
Sauerstoffeinlassventils 4 wirkt keine magnetische Kraft
mehr und er wird von dem Sauerstoffstrom eingangsseitig der Ventilkammer 18 wieder
in die den Durchströmpfad
verschließende Stellung
gegen den Ventilsitz 22 gedrückt.
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Während der
Ausatemphase ist das Absperrventil 68 nach einem Druckausgleich
zwischen zweitem Ventilteil 54 des Ausatemventils 32 und
dem Inneren des Maskenkörpers 2 verschlossen.
Das Ausatemgas drückt
die Membran 46 des Ausatemventils 32 weg von seiner
die Einlassöffnung 50 verschließenden Stellung über den
so entstehenden Strömungspfad
von der Einlassöffnung 50 strömt das Ausatemgas
durch die Auslassöffnungen 52 in
aus der Cockpitsauerstoffmaske heraus in das Cockpit.
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- 2
- Maskenkörper
- 4
- Sauerstoffeinatemventil
- 6
- Zuführleitung
- 8
- Sauerstoffspeicher
- 10
- Absperrventil
- 12
- Druckminderer
- 14
- Durchströmpfad
- 16
- Wandung
- 18
- Ventilkammer
- 20
- Ventilsitz
- 22
- Ventilkörper
- 24
- Spule
- 26
- Steuereinrichtung
- 28
- Leitung
- 30
- Mischlufteinatemventil
- 32
- Ausatemventil
- 34
- Einlassöffnung
- 36
- Dichtkörper
- 38
- Membran
- 40
- Dichtring
- 42
- Feder
- 44
- Öffnung
- 46
- Membran
- 48
- Ventilteil
- 50
- Einlassöffnung
- 52
- Auslassöffnung
- 54
- Ventilteil
- 56
- Feder
- 58
- Dichtring
- 60
- Leitung
- 62
- Drucksensor
- 64
- Leitung
- 66
- Drucksensor
- 68
- Absperrventil
- 70
- Feder
- 72
- Ventilteller
- 74
- Sitzfläche