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Die Erfindung betrifft ein Sauerstoffnotversorgungssystem in einem Flugzeug.
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Zur Sauerstoffnotversorgung in Flugzeugen sind Einrichtungen bekannt, bei denen die Sauerstoffmasken von Passagieren und Besatzung über ein in dem Flugzeug verlegtes Leitungsnetz mit einer Sauerstoffquelle leitungsverbunden sind. Hierbei sind die Sauerstoffleitungen auch in Bereichen verlegt, in denen zumindest nicht völlig auszuschließen ist, dass es aufgrund von abgebrochenen Turbinenschaufeln zu einer Beschädigung und damit zu einer Leckage der Sauerstoffleitung kommen kann.
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Um die Sauerstoffnotversorgung auch in einem solchen Fall sicherzustellen, ist es beispielsweise aus
DE 102 17 500 A1 bekannt, in diesen Bereichen nicht nur eine Leitung sondern zwei parallel geführte Leitungsstränge vorzusehen, sodass zur Sauerstoffversorgung bei Zerstörung eines Leitungsstrangs immer noch der zweite Leitungsstrang redundant zur Verfügung steht. Dabei ist es allerdings erforderlich, den beschädigten Leitungsstrang abzusperren. Während die Absperrmittel an den abströmseitigen Enden der Leitungsstränge von Rückschlagventilen gebildet sein können, die ein Durchströmen der Leitungsstränge entgegen ihrer bestimmungsgemäßen Durchflussrichtung verhindern, sind an den anströmseitigen Enden der Leitungsstränge elektrisch betätigte Absperrmittel vorgesehen. Diese werden von Differenzdruckschaltern angesteuert, die in den abströmseitigen Endbereichen der Leitungsstränge angeordnet sind. Bei diesen bekannten Sauerstoffnotversorgungssystemen bedeuten die Installation der Absperrmittel sowie der Differenzdruckschalter und das Verlegen der hierfür erforderlichen elektrischen Kabel einen erheblichen Montageaufwand. Ferner besteht die Gefahr, dass die Stromversorgungs- und Signalleitungen der Differenzdruckschalter durch umherfliegende Turbinenschaufelteile ebenfalls beschädigt werden können, was ungünstigstenfalls zum Versagen der Sauerstoffnotversorgung führen kann.
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Aus
DE 39 15 442 A1 ist eine Einrichtung bekannt, bei der Sauerstoff von einem Kompressor über eine Leistungsverzweigung entweder in einen Speichertank oder einen Notspeichertank geleitet wird. Die Leitungsversorgung wird von einem Zweiwegeventil gebildet. Die Verwendung eines solchen Zweiwegeventils als Leistungsverzweigung in einem Sauerstoffversorgungssystem, wie z. B. in
DE 102 17 500 A1 beschrieben, ist nachteilig. Das Zweiwegeventil gibt immer einen Leitungsstrang frei während es den anderen Leitungsstrang verschließt. Wird in seiner Notsituation der öffnend geschaltete Leitungsstrang beschädigt oder zerstört, führt dies dazu, dass die Flugzeuginsassen eine Zeitlang über den Zeitpunkt des Umschaltens des Ventils hinaus nicht mit Sauerstoff versorgt werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Sauerstoffnotversorgungssystem zu schaffen, das eine sichere Sauerstoffnotversorgung der Flugzeuginsassen gewährleistet und ohne großen Montageaufwand kostengünstig realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sauerstoffnotversorgungssystem 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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Das erfindungsgemäße Sauerstoffnotversorgungssystem weist eine Sauerstoffversorgungsleitung mit einer Leitungsverzweigung auf, an der sich die Sauerstoffversorgungsleitung in zwei parallele Leitungsstränge teilt. Diese zwei Leitungsstränge sind innerhalb des Flugzeugs mit großem Abstand angeordnet, so dass im Wesentlichen keine Gefahr einer gleichzeitigen Beschädigung beider Leitungen durch abgebrochene Turbinenschaufelteile besteht. Erfindungsgemäß wird die Leitungsverzweigung von einem Ventil gebildet, welches einen Strömungspfad von einem Sauerstoffeinlass zu zwei Sauerstoffauslässen, also den parallelen Leitungssträngen bildet. Dabei ist das Ventil derart ausgebildet, dass wahlweise einer der Sauerstoffauslässe verschließbar ist.
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An dem Sauerstoffeinlass des Ventils ist die von einer Sauerstoffquelle kommende Sauerstoffversorgungsleitung angeschlossen. In dem Ventil teilt sich der Strömungspfad in zwei Strömungskanäle, die an den Sauerstoffauslässen des Ventils münden. Von den Sauerstoffauslässen des Ventils gehen zwei Leitungen aus, die in dem gefährdeten Bereich des Flugzeugs verlegt sind, um dann außerhalb dieses Bereichs wieder zu einer Sauerstoffversorgungsleitung zusammengeführt zu werden. Das Ventil ist derart schaltbar ausgebildet, dass es in einer ersten Schaltstellung eine Strömungsverbindung von dem Sauerstoffeinlass zu den beiden Sauerstoffauslässen schafft. Daneben ist das Ventil in zwei weitere Schaltstellungen schaltbar in denen entweder der Strömungspfad von dem Sauerstoffeinlass zu einem ersten Sauerstoffauslass oder der Strömungspfad zu einem zweiten Sauerstoffauslass abgesperrt wird.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht es, in dem oben beschriebenen gefährdeten Bereich des Flugzeugs redundant zwei parallel geführte Sauerstoffversorgungsleitungen zu speisen, wobei allerdings im Gegensatz zu dem bislang Bekannten lediglich ein pneumatisches Bauteil erforderlich ist, um ggf. eine beschädigte Sauerstoffversorgungsleitung abzusperren und so einen ungewollten Sauerstoffverlust zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist das Ventil in Abhängigkeit von dem an den Sauerstoffauslässen herrschenden Sauerstoffdruck selbsttätig schaltbar. So können Mittel vorgesehen sein, mit denen der Sauerstoffdruck ausgangseititg des Ventils, d. h. in den beiden Leitungssträngen in dem gefährdeten Bereich, erfasst werden kann. Daneben sind zweckmäßigerweise Steuerungsmittel vorgesehen, die das Ventil im Fall eines Druckabfalls an einem der Sauerstoffauslässe, der durch ein Leck an dem dort angeschlossenen Leitungsstrang hervorgerufen wird, derart ansteuern, dass der betreffende Sauerstoffauslass verschlossen wird.
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Erfindungsgemäß weist das Ventil einen Differenzdrucksensor auf, der derart ausgebildet ist, dass er den Sauerstoffdruck an Messstellen erfasst, die im Bereich der Sauerstoffauslässe vorgesehen sind. So ist es mit dem Differenzdrucksensor möglich, den Sauerstoffdruck an beiden Sauerstoffauslässen des Ventils zu erfassen und zu vergleichen. Bei einer Druckdifferenz, d. h. bei unterschiedlichen Drücken an den beiden Sauerstoffauslässen, was ein Indiz für eine Beschädigung einer der beiden von den Sauerstoffauslässen ausgehenden Sauerstoffleitungen ist, kann das Ventil mittels einer entsprechend ausgebildeten Steuerung derart gestellt werden, dass der Sauerstoffauslass des Ventils, von dem die beschädigte Sauerstoffleitung ausgeht, verschlossen wird.
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Anströmseitig der Messstellen an den Sauerstoffauslässen sind erfindungsgemäß Blenden angeordnet. D. h., in dem Ventil sind ausgangs der Leitungsverzweigung Querschnittverengungen vorgesehen, die bei Durchströmung abströmseitig der Blenden zu einer Minderung des Sauerstoffdruckes führen. Durch Ermittlung der Differenz des Sauerstoffdruckes hinter den Blenden können die durch die Blenden fließenden Massenströme verglichen werden und auf diese Weise eine Leckage an den Sauerstoffauslässen angeschlossenen Sauerstoffleitungen festgestellt werden.
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Die Bauform des die Leitungsverzweigung des erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungssystems bildenden Ventils ist grundsätzlich beliebig sofern das Ventil einen Einlass aufweist, der mit Auslässen strömungsverbunden ist, wobei das Ventil neben einer Stellung in der der Einlass des Ventils mit beiden Auslässen strömungsverbunden ist, in zwei weitere Stellungen schaltbar ist, in denen jeweils einer der beiden Auslässe verschlossen wird. So kann das Ventil beispielsweise als ein Schieberventil ausgebildet sein. Besonders bevorzugt weist das Ventil allerdings einen drehbaren, vorzugsweise kugelförmigen Ventilkörper auf, der einen mit dem Sauerstoffeinlass und den Sauerstoffauslässen des Ventils korrespondierenden Strömungskanal aufweist.
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Bei dieser Ausgestaltung sind an dem Gehäuse des Ventils drei Strömungskanäle vorgesehen, die von dem Sauerstoffeinlass sowie den zwei Sauerstoffauslässen ausgehen und in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Ventilkammer münden. Die Form der Ventilkammer ist komplementär zu der Form des Ventilkörpers und ist beispielsweise bei einem kugelförmigen Ventilkörper hohlkugelförmig ausgebildet.
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Der Ventilkörper weist bevorzugt einen ersten Strömungskanal auf, der zwei an dem Außenumfang des Ventilkörpers ausgebildete Öffnungen miteinander verbindet. Daneben ist an dem Ventilkörper ein zweiter Strömungskanal vorgesehen, der von dessen Außenseite ausgeht und in dem ersten Strömungskanal mündet. Der erste und der zweite an dem Ventilkörper ausgebildete Strömungskanal sind zweckmäßigerweise derart ausgerichtet, dass der erste Strömungskanal des Ventilkörpers mit den an den Sauerstoffauslässen mündenden Strömungskanälen des Ventilgehäuses in einer ersten Schaltstellung zur Deckung gebracht werden kann, sodass das Gehäuse des Ventils und der Ventilkörper einen gemeinsamen Strömungskanal durch das Ventil bilden, wobei gleichzeitig der zweite an dem Ventilkörper ausgebildete Strömungskanal zusammen mit dem an dem Ventilgehäuse von dem Sauerstoffeinlass ausgehenden Strömungskanal ebenfalls einen gemeinsamen Strömungskanal bilden, der dann in dem die Sauerstoffauslässe verbindenden Strömungskanal des Ventils mündet.
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Daneben sind die Strömungskanäle an dem Ventilkörper derart angeordnet, dass der Ventilkörper in zwei weitere Schaltstellungen gedreht werden kann, in denen eine Strömungsverbindung von dem Sauerstoffeinlass zu lediglich einem Sauerstoffauslass geschaffen wird, während die Strömungsverbindung zu dem jeweils anderen Sauerstoffauslass des Ventils verschlossen wird.
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Zum Stellen bzw. Schalten des Ventils ist der Ventilkörper vorteilhaft mit einem Antriebsmotor, vorzugsweise mit einem elektrisch betriebenen Antriebsmotor bewegungsgekoppelt. Dabei kann eine Antriebswelle des Antriebsmotors direkt mit dem Ventilkörper wirkungsverbunden sein, bevorzugt ist aber eine Bewegungskopplung des Antriebsmotors mit dem Ventilkörper über ein Getriebe, vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise ist der Antriebsmotor von dem Differenzdrucksensor ansteuerbar. Dementsprechend wird ein bei einer Druckdifferenz an den beiden Sauerstoffauslässen von dem Differenzdrucksensor erzeugtes Signal als Ansteuersignal für den Antriebsmotor benutzt. Um die Funktionsfähigkeit des Ventils im eingebauten Zustand überprüfen zu können, sind bevorzugt weitere Steuerungsmittel vorgesehen, mit denen ein sequentielles Ansteuern jedes Schaltzustands des Ventils mittels externer Steuerkommandos möglich ist. Vorzugsweise mit an dem Ventil vorgesehen Kontakten bzw. Endschaltern kann dann festgestellt werden, ob das Ventil jeweils die richtige Schaltstellung erreicht hat.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt eine Prinzipskizze eines eine Leitungsverzweigung bildenden Ventils des erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungssystems.
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Das in der Figur gezeigte Ventil 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in welchem zentral eine hohlkugelförmige Ventilkammer 6 ausgebildet ist. In der Ventilkammer 6 ist ein kugelförmig ausgebildeter Ventilkörper 8 mit geringem Spiel drehbeweglich gelagert.
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Durch das Gehäuse 4 des Ventils 2 erstrecken sich zwei Strömungskanäle 10 und 12, die einerseits in der Ventilkammer 6 und andererseits in zwei an der Außenseite des Gehäuses 4 angeordneten Anschlussstutzen 14 und 16 münden. Dabei bildet der Strömungskanal 10 an dem Anschlussstutzen 14 einen ersten Sauerstoffauslass 18 und der Strömungskanal 12 an dem Anschlussstutzen 16 einen zweiten Sauerstoffauslass 20. Die Strömungskanäle 10 und 12 sind so ausgerichtet, dass sie eine gemeinsame Längsachse A aufweisen, wobei die Längsachse A durch den Mittelpunkt der Ventilkammer 6 verläuft.
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Daneben ist an dem Gehäuse 4 ein weiterer Strömungskanal 22 vorgesehen, der einerseits ebenfalls in der Ventilkammer 6 und andererseits in einem weiteren an der Außenseite des Gehäuses 4 angeordneten Anschlussstutzen 24 mündet. Der Anschlussstutzen 24 bildet einen Sauerstoffeinlass 26. Der Strömungskanal 22 weist eine Längsachse B auf und ist so angeordnet, dass die Längsachse A der Strömungskanäle 10 und 12 sowie die Längsachse B des Strömungskanals 22 in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Längsachse A normal zu der Längsachse B ausgerichtet ist.
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Der Ventilkörper 8 wird von einer durch den Kugelmittelpunkt verlaufenden Bohrung durchbrochen, die in dem Ventilkörper 8 einen Strömungskanal 28 bildet. Daneben ist an dem Ventilkörper 8 ein weiterer Strömungskanal 30 vorgesehen, der normal zu dem Strömungskanal 28 ausgerichtet ist und in diesem im Bereich des Kugelmittelpunkts des Ventilkörpers 8 mündet. Zusammen bilden die Strömungskanäle 28 und 30 eine T-förmige Strömungsverzweigung.
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Der in der Ventilkammer 6 drehbar gelagerte Ventilkörper 8 ist in eine Stellung drehbar, in der der Strömungskanal 28 des Ventilkörpers 8 mit den an dem Gehäuse 4 ausgebildeten Strömungskanälen 10 und 12 fluchtet und gleichzeitig der Strömungskanal 30 des Ventilkörpers 8 mit dem Strömungskanal 22 des Gehäuses 4 fluchtet. Auf diese Weise wird eine Strömungsverbindung von dem Sauerstoffeinlass 26 des Anschlussstutzens 24 zu den an den Anschlussstutzen 14 und 16 ausgebildeten Sauerstoffausslässen 18 und 20 gebildet.
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Daneben ist der Ventilkörper 8 in eine Stellung drehbar, in der der Strömungskanal 28 des Ventilkörpers mit dem Strömungskanal 22 des Gehäuses 4 sowie der Strömungskanal 30 des Ventilkörpers mit dem Strömungskanal 12 des Gehäuses 4 fluchten. In dieser Stellung ist der Strömungskanal 10 des Gehäuses 4 von dem Ventilkörper 8 verschlossen, so dass nur eine Strömungsverbindung von dem Sauerstoffeinlass 26 zu dem Sauerstoffauslass 20 besteht. Schließlich ist noch eine weitere Stellung des Ventilkörpers vorgesehen, in der der Strömungskanal 22 des Gehäuses, der Strömungskanal 28 sowie der Strömungskanal 30 des Ventilkörpers 8 zusammen mit dem Strömungskanal 10 des Gehäuses 4 einen Strömungspfad von dem Sauerstoffeinlass 26 zu dem Sauerstoffauslass 18 bilden, wobei der Strömungskanal 12 zu dem Sauerstoffauslass 20 von dem Ventilkörper 8 verschlossen wird.
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Das Drehen des Ventilkörpers 8 in die oben beschriebenen Schaltstellungen erfolgt mittels eines elektrisch betätigbaren, in der Zeichnungsfigur nicht dargestellten Antriebsmotors, der in dem Gehäuse 4 des Ventils 2 angeordnet ist. Hierbei erfolgt die Bewegungskopplung des Antriebsmotors mit dem Ventilkörper 8 mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Untersetzungsgetriebes.
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Die Ansteuerung des Antriebsmotors erfolgt über einen an der Außenseite des Gehäuses 4 angeordneten Differenzdrucksensor 32. Über Leitungen 34 und 36 sind Messstellen 38 und 40 mit dem Differenzdrucksensors 32 leitungsverbunden. Dabei sind eine Messstelle 38 in dem Strömungskanal 10 zwischen dem Sauerstoffauslass 18 und einer in Nähe des Sauerstoffauslasses 18 angeordneten Blende 42 und eine weitere Messstelle 40 unmittelbar abströmseitig einer Blende 44, die in dem Strömungskanal 12 in Nähe des Sauerstoffauslasses 20 vorgesehen ist, angeordnet.
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Im eingebauten Zustand des Ventils 2 in dem erfindungsgemäßen Sauerstoffnotversorgungssystem ist an dem den Sauerstoffeinlass 26 bildenden Anschlussstutzen 24 eine in der Figur nicht dargestellte Sauerstoffversorgungsleitung angeschlossen, die von einer ebenfalls nicht dargestellten Sauerstoffquelle kommt. An den beiden Anschlussstutzen 14 und 16 sind in der Figur nicht gezeigte Leitungsstränge der Sauerstoffversorgungsleitung angeschlossen, die in einem Flugzeug in einem von abgebrochenen Turbinenschaufeln gefährdeten Bereich verlegt sind. In einem Dekompressionsfall wird Sauerstoff von der Sauerstoffquelle über das Ventil 2 und die eingangs- und ausgangsseitig daran angeordneten Sauerstoffversorgungsleitungen zu den Sauerstoffmasken der Flugzeuginsassen geleitet.
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An den Messstellen 38 und 40 wird der Sauerstoffdruck bzw. der Massenstrom des durchströmenden Sauerstoffs an den Sauerstoffauslässen 18 und 20 erfasst. Wird einer der an den Anschlussstutzen 14 und 16 angeschlossenen Leitungsstränge der Sauerstoffversorgungsleitung beschädigt, so dass an diesem Leitungsstrang Sauerstoff in die Umgebung ausströmen kann, äußert sich diese Beschädigung an dem Sauerstoffauslass 18 bzw. 20 des betreffenden Anschlussstutzens 14 oder 16 in Form eines Druckabfalls und damit einhergehend in Form eines vergrößerten Massenstroms.
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Durch Vergleich der Druckwerte an beiden Sauerstoffauslässen 18 und 20 wird eine bei Leckage eines Leitungsstrangs entstehende Druckdifferenz von dem Differenzdrucksensor ermittelt und in ein Steuersignal umgewandelt, mit dem der Antriebsmotor angesteuert wird, den Ventilkörper 8 des Ventils 2 derart zu stellen, dass der Strömungskanal des Ventils 2, der zu dem Anschlussstutzen 14 bzw. 18 führt, an dem der beschädigte Leitungsstrang angeschlossen ist, verschlossen wird, so dass der Sauerstoff nur noch über den intakten Leitungsstrang zu den Flugzeuginsassen geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Ventil
- 4
- Gehäuse
- 6
- Ventilkammer
- 8
- Ventilkörper
- 10
- Strömungskanal
- 12
- Strömungskanal
- 14
- Anschlussstutzen
- 16
- Anschlussstutzen
- 18
- Sauerstoffauslass
- 20
- Sauerstoffauslass
- 22
- Strömungskanal
- 24
- Anschlussstutzen
- 26
- Sauerstoffeinlass
- 28
- Strömungskanal
- 30
- Strömungskanal
- 32
- Differenzdrucksensor
- 34
- Leitung
- 36
- Leitung
- 38
- Messstelle
- 40
- Messstelle
- 42
- Blende
- 44
- Blende
- A
- Längsachse
- B
- Längsachse
