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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft einen Eisabscheider für eine Luftleitung, ein Luftverteilungssystem
in einem Flugzeug, die Verwendung eines Eisabscheiders, sowie ein
Flugzeug mit mindestens einer Luftleitung und einem Eisabscheider.
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Für die Lebenserhaltung
von an Bord befindlichen Passagieren sowie zur Steigerung des Komforts
innerhalb einer Passagierkabine besitzen Flugzeuge ein Klimatisierungssystem,
das aufbereitete Luft durch eine Vielzahl von Luftausslässen in
eine Passagierkabine leitet. In bestimmten Betriebsfällen mit
hohen Außentemperaturen
und einer hohen Luftfeuchtigkeit können Klimaaggregate Eis absondern, das
sich in angrenzenden Rohren eines Luftverteilungssystems ansammeln
kann. Zum Verhindern von Druckverlusten wird dieses angesammelte
Eis zyklisch abgetaut, wobei sich größere Eisansammlungen lösen können. Diese
zerkleinern sich beim Aufprall auf nachfolgende Rohrwände und
gelangen mitunter in die Passagierkabine. Die Eispartikel weisen eine
Größe auf,
die ungefähr
mit der von Hagel zu vergleichen ist.
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Zum
Verhindern einer derartigen Situation ist bekannt, gitterförmige Rückhalteelemente
an betreffenden Stellen innerhalb eines Luftverteilungssystems einzusetzen,
die die Eispartikel aufhalten. Aufgrund der relativ willkürlichen
Größenverteilung
der Eispartikel ist zu beobachten, dass viele Eispartikel ungehindert
durch die gitterförmigen
Aufhalteelemente hindurchtreten oder die Öffnungen zumindest teilweise
verstopfen können.
Ein notwendiger Maximaldurchmesser für die Öffnungen eines Rückhalteelements
zum sicheren Aufhalten sämtlicher
Eispartikel würde
außerdem
möglicherweise
nicht vertretbare Druckverluste in dem betreffenden Luftverteilungssystem
verursachen.
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Eine
weitere bekannte Maßnahme
zum Verhindern der vorangehend geschilderten Situation liegt darin,
einzelne Luftausslässe
innerhalb einer Passagierkabine, die besonders von dem Durchtritt von
Eispartikeln betroffen sind, mit einem aufgebauschten Material zumindest
teilweise zu befüllen, das
Eispartikel aufhält.
Dies ist allerdings keine befriedigende Lösung, da der Druckverlust an
den betreffenden Luftausslässen
sehr hoch ist und die eigentliche Funktion eingeschränkt oder
vollkommen verhindert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
könnte
eine Aufgabe der Erfindung darin liegen, eine Vorrichtung zum Verhindern
des Durchtritts von Eispartikeln aus einem Klimatisierungssystem
in eine Passagierkabine eines Flugzeugs vorzuschlagen, das möglichst
zuverlässig Eispartikel
mit beliebiger Größe aufhält, ohne
jedoch den Strömungswiderstand
einer Luftleitung oder eines betreffenden Luftauslasses zu erhöhen. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung könnte
darin liegen, eine derartige Vorrichtung vorzuschlagen, die einen mechanisch
besonders einfachen Aufbau aufweist und praktisch wartungsfrei ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Eisabscheider mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung weist der Eisabscheider mindestens eine
erste stetig gekrümmte
Luftleitfläche
mit einem an einer Vorderkante der ersten Luftleitfläche angeordneten
Einleitungsbereich und einen an einer Hinterkante der ersten Luftleitfläche angeordneten
Ausleitungsbereich auf. Die Vorderkantentangente der ersten Luftleitfläche und
die Hinterkantentangente der ersten Luftleitfläche schließen einen Winkel zueinander
ein, der kleiner als 180° ist.
Die erste Luftleitfläche
weist zwischen der Vorderkante und der Hinterkante eine Einlaufkante
auf, von der sich zur Vorderkante hin eine Einlauföffnung mit
einer sich daran anschließenden Fangtasche
erstreckt. Die Fangtasche ist an einer Seite der ersten Luftleitfläche angeordnet,
die einem Krümmungsmittelpunkt
der ersten Luftleitfläche
abgewandt ist.
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Es
wird nach diesen Ausführungen
eine gekrümmte
erste Luftleitfläche
bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, dass Luft um einen bestimmten
Winkel von einem Einleitungsbereich zu einem Ausleitungsbereich
umgelenkt wird. Dies könnte
etwa in Rohrleitungen durchgeführt
werden, die einen abgewinkelten Abschnitt aufweisen oder in Luftabzweigern,
bei denen ein Eingangsluftstrom in zwei oder mehr Ausgangsluftströme unterteilt
werden. Bei Abzweigern wird häufig
auch eine Strömungsumlenkung
in zwei oder mehr unterschiedliche Richtungen durchgeführt. Da
ein Luftstrom ohne Einwirkung von außen prinzipiell dazu bestrebt
ist, eine geradlinige Translation durchzuführen, übt die erste Luftleitfläche eine
gewisse Kraft auf einen vom Einleitungsbereich zum Ausleitungsbereich
fließenden
Luftstrom aus. Weist der Luftstrom Eispartikel auf, sind auch diese bestrebt,
sich geradlinig zu bewegen. Aufgrund der an der Luftleitfläche angeordneten
Einlauföffnung
geraten daher die Eispartikel in die sich daran anschließende Fangtasche,
anstatt eine weitere Krümmung ihrer
Flugrichtung durchzuführen.
Mit anderen Worten treibt die bei der Umlenkung der Strömung auftretende
Zentrifugalkraft die Eispartikel in die Einlauföffnung hinein.
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Die
Fangtasche bewirkt ein Festhalten der Eispartikel, so dass sie sich
nicht weiterbewegen. Die in der Fangtasche befindlichen Eispartikel
werden stets von der Luftströmung
umspült,
die bei Einsatz in Klimatisierungssystemen oder Luftverteilungssystemen
zur Klimatisierung von Flugzeugkabinen eine Temperatur aufweist,
die über
dem Nullpunkt liegt. Demnach tauen die Eispartikel langsam auf und
erhöhen
dabei auch gleichzeitig zumindest leicht die Luftfeuchtigkeit der
Luftströmung.
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Die
Fangtasche ist dabei derart zu dimensionieren, dass eine ausreichende
Aufnahmefähigkeit für versuchsweise
ermittelte typischerweise anfallende Eispartikelmengen gewährleistet
werden kann. Weiterhin ist die Position der Einlauföffnung auf
gleiche Weise so zu wählen,
dass möglichst
ein Maximum an auftretenden Eispartikeln in diese Einlauföffnung geraten
kann. Die Position der Einlauföffnungen
ist abhängig
vom Rohrverlauf stromaufwärts,
da sich der Eispartikelstrom in vorhergehenden Rohrkrümmungen
schon an einer Rohrseite konzentriert.
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Durch
dieses erste erfindungsgemäße Konzept
wird mit einem technisch einfachen Aufbau eine sehr wirkungsvolle
Vorrichtung bereitgestellt, die einen Großteil von Eispartikeln eine
Luftströmung
unabhängig
von ihrer Größe eliminieren
kann, ohne den Luftwiderstand für
die betreffende Luftströmung
zu erhöhen.
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Besonders
bevorzugt liegt der zwischen der Vorderkantentangente und der Hinterkantentangente eingeschlossene
Winkel in einem Bereich von 90° bis 135°.
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Dadurch
eignet sich der erfindungsgemäße Eisabscheider
sowohl für
den Einsatz in Luftabzweigern als auch in abgewinkelten Rohrleitungsstücken.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Eisabscheiders weist ferner
eine abgerundete Nasenleiste auf, die bündig an der Vorderkante der
ersten Luftleitfläche
angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders harmonische Strömungseinleitung
an dem erfindungsgemäßen Eisabscheider
erlaubt, was hinsichtlich des Strömungswiderstands und der Geräuschentwicklung
vorteilhaft ist.
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Besonders
bevorzugt weist der erfindungsgemäße Eisabscheider ferner eine
zweite Luftleitfläche
auf, deren Vorderkante zu der Vorderkante der ersten Luftleitfläche parallel
und benachbart angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäße Eisabscheider
hierfür
besonders zur Verwendung in Luftabzweigeeinrichtungen geeignet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Eisabscheiders
ist die zweite Luftleitfläche
spiegelverkehrt und symmetrisch zu der ersten Luftleitfläche angeordnet.
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Weiterhin
ist bevorzugt, eine abgerundete Nasenleiste bündig an den Vorderkanten der
ersten Luftleitfläche
und der zweiten Luftleitfläche
anzuordnen. Dadurch kann sich eine eintretende Luftströmung unter
geringer Geräuschentwicklung
und geringen Strömungsverlusten
in zwei oder mehr Teilströme
unterteilen.
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Es
ist weiterhin besonders bevorzugt, dass die Fangtasche aus einem
offenporigen Material besteht, was das Umspülen mit Luft und das Abschmelzen
unterstützt.
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Besonders
bevorzugt besteht die Fangtasche aus einem Netzstoff, was das Halten
von Eispartikeln mit unterschiedlichen Größen begünstigt.
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Ferner
ist bevorzugt, die erste und/oder die zweite Luftleitfläche aus
einem offenporigen Material zu gestalten. Die Geräuschentwicklung
bei der Strömungsumlenkung
wird dabei deutlich verringert und die Druckverhältnisse im dahinter liegenden
Rohr sind homogener, was der weiteren Verteilung der Luft zu Gute
kommt.
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Schließlich ist
eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Eisabscheiders als Vorrichtung
zur geräuschdämmenden
Umlenkung von Luftströmen
in Luftleitungen ausgebildet. Dies bedeutet mit anderen Worten,
dass eine bereits vorhandene Vorrichtung zur geräuschdämmenden Umlenkung von Luftströmen durch
Integration einer Einlauföffnung
und einer sich daran anschließenden
Fangtasche zu dem erfindungsgemäßen Eisabscheider
umfunktionieren lässt.
Dies spart sowohl Entwicklungskosten als auch Herstellkosten, da
die Vorrichtungen zur geräuschdämmenden
Umlenkung von Luftströmen
in Luftleitungen bereits vielfach in modernen Klimatisierungssystemen
und Luftverteilungssystemen eingesetzt werden.
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Gleichermaßen wird
die Aufgabe durch ein Luftverteilungssystem gelöst, das mindestens eine Hauptluftleitung,
mindestens zwei Nebenluftleitungen und mindestens einen geräuschgedämmten Luftabzweiger
aufweist, wobei der Luftabzweiger zwischen der Hauptluftleitung
und den Nebenluftleitungen angeordnet ist und Luft aus der Hauptluftleitung
in die Nebenluftleitungen leitet. Der Luftabzweiger ist nach den
Merkmalen des erfindungsgemäßen Eisabscheiders
aufgebaut, der dann eine erste Luftleitfläche und eine zweite Luftleitfläche aufweist.
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Die
Aufgabe wird auch durch die Verwendung eines Eisabscheiders in einer
Luftleitung eines Flugzeugs gelöst.
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Schließlich löst auch
ein Flugzeug mit mindestens einem Klimatisierungssystem die Aufgabe, wobei
das Klimatisierungssystem mindestens ein Klimaaggregat, mindestens
eine Mischkammer zum Mischen von Luft aus einer Kabine des Flugzeugs
mit Frischluft und mindestens ein Luftverteilungssystem aufweist,
wobei das Luftverteilungssystem mindestens eine Hauptluftleitung,
mindestens zwei Nebenluftleitungen und mindestens einen geräuschgedämmten Luftabzweiger
aufweist, wobei der Luftabzweiger zwischen der Hauptluftleitung
und den Nebenluftleitungen angeordnet ist und Luft aus der Hauptluftleitung
in die Nebenluftleitungen leitet. Der Luftabzweiger ist hierbei
ebenfalls nach den erfindungsgemäßen Gesichtspunkten
des erfindungsgemäßen Eisabscheiders
aufgebaut und weist eine Luftleitfläche und eine zweite Luftleitfläche auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung
auch unabhängig
von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.
In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche
oder ähnliche
Objekte.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider
mit einer ersten Luftleitfläche
und einer zweiten Luftleitfläche
in einer dreidimensionalen Ansicht.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider
mit einer ersten Luftleitfläche
und einer zweiten Luftleitfläche
in einer Draufsicht.
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3a zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider
mit einer ersten Luftleitfläche
in einer dreidimensionalen Ansicht sowie eine Einbauposition in
einer Luftleitung.
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3b zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider
mit einer ersten Luftleitfläche
und einer zweiten Luftleitfläche
in einer dreidimensionalen Ansicht sowie eine Einbauposition in
einer Luftleitung.
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3c zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider
mit einer ersten Luftleitfläche,
einer zweiten Luftleitfläche
und einer dritten Luftleitfläche
in einer dreidimensionalen Ansicht sowie eine Einbauposition in
einer Luftleitung.
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4a und 4b zeigen
rohrartige Vorrichtungen zum Umlenken von Strömungen sowie eine zu Eisabscheidern
modifizierte Formen mit jeweiligen Einbaupositionen in einer Luftleitung.
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5 zeigt
exemplarisch ein Klimatisierungssystem mit einem Luftverteilungssystem
in einer schematischen Blockdarstellung.
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6 zeigt
ein Flugzeug mit einem Klimatisierungssystem, einem Luftverteilungssystem
und mindestens einem erfindungsgemäßen Eisabscheider.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Eisabscheider 2 mit
einer ersten Luftleitfläche 4,
einer zweiten Luftleitfläche 6 und
jeweils einer daran angeordneten Fangtasche 8. Die erste
Luftleitfläche 4 und die
zweite Luftleitfläche 6 weisen
an ihrem in der Zeichnungsebene oberen Ende jeweils eine Vorderkante 10 bzw. 12 auf,
an die sich eine gemeinsame, abgerundete Nasenleiste 14 anschließt. Die
Luftleitfläche 4 und die
zweite Luftleitfläche 6 sind
stetig gekrümmt
und weisen ferner einen Einleitungsbereich 16 im Bereich
der Vorderkante 10 der ersten Luftleitfläche 4 bzw.
einen Einleitungsbereich 18 im Bereich der Vorderkante 12 der
zweiten Luftleitfläche 6 auf. An
den zur Vorderkante 10 und 12 abgewandten Seiten
der ersten Luftleitfläche 4 und
der zweiten Luftleitfläche 6 befinden
sich Hinterkanten 20 bzw. 22, an denen auch jeweils
ein Ausleitungsbereich 24 bzw. 26 angeordnet ist.
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Die
erste Luftleitfläche 4 und
die zweite Luftleitfläche 6 sind
derart gekrümmt,
dass die Vorderkantentangente 28 (exemplarisch nur für die erste Luftleitfläche 4 eingezeichnet)
und die Hinterkantentangente 30 einen Winkel α einschließen, der
kleiner als 180° ist.
Dies steht zwangsläufig
für eine
Umlenkung einer Luftströmung,
die auf die Nasenleiste 14 trifft. Aufgrund der symmetrischen
Gestaltung gilt dies auch für
die zweite Luftleitfläche 6.
Durch die Gestaltung des erfindungsgemäßen Eisabscheiders 2 in
der exemplarischen Form ist es möglich,
aus einem eingehenden Luftstrom zwei abgehende Luftströme zu erzeugen,
die jeweils über
eine der beiden Luftleitflächen 4 und 6 ausströmen.
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Zwischen
der Vorderkante 10 und der Hinterkante 20 bzw.
zwischen der Vorderkante 12 und der Hinterkante 22 befindet
sich jeweils eine Einlauföffnung 32 bzw. 34,
durch die eine Verbindung zu den Fangtaschen 8 geschaffen
wird.
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Gerät ein Luftstrom
auf die Nasenleiste 14 und wird er aufgeteilt zu zwei separaten
Luftströmen entlang
der ersten Luftleitfläche 4 und
der zweiten Luftleitfläche 6 geraten
die in den einzelnen Luftströmen
befindliche Eispartikel aufgrund ihrer Trägheitskraft in die Einlauföffnungen 32 und 34 und
fliegen von dort in die jeweilige Fangtasche 8.
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Die
Einlauföffnungen 32 und 34 sind
derart gestaltet, dass sie eine Bodenfläche 36 bzw. 38 aufweisen,
die gegenüber
der zugehörigen
Luftleitfläche 4 und
Luftleitfläche 6 etwas
abgesenkt ist.
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Eispartikel,
die in die Fangtaschen 8 geraten sind, werden dort durch
die nachfolgende Luftströmung
gehalten und aufgetaut. Dies bedeutet, dass zu erwarten ist, dass
die Fangtaschen 8 nicht nach einer Weile vollständig mit
Eis verstopft sind, sondern dass sich die Fangtaschen 8 selbstständig durch
Aufschmelzen der Eispartikel wieder leeren. Der positive Nebeneffekt
liegt darin, dass die durchströmende Luft
leicht angefeuchtet wird, was insbesondere bei der Verwendung innerhalb
von Flugzeugen mit einer üblicherweise
recht trockenen Kabinenluft von Vorteil sein könnte.
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In 2 wird
in der Draufsicht die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Eisabscheiders
weiter verdeutlicht. So ist hier ersichtlich, dass die Einlauföffnungen 32 und 34 nicht
unbedingt symmetrisch auf den Luftleitflächen 4 und 6 angeordnet
sein müssen,
sondern beispielsweise auch seitlich versetzt.
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Die
Luftleitflächen 4 und 6 sind
aus einem offenporigen Material aufgebaut, was beispielsweise durch
ein Gitter aus faserverstärktem
Kunststoff oder dergleichen realisiert werden könnte. Zur Stabilisierung des
Materials könnte
der erfindungsgemäße Eisabscheider 2 einen äußeren Rahmen 40 aufweisen.
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Die
Fangtaschen 8 sind ebenfalls aus einem offenporigen Material
gebildet, so dass eine kontinuierliche Durchströmung mit Luft ermöglicht wird
und kein Verwirbelungseffekt mit wieder herausfliegenden Eispartikeln
entstehen kann. Durch die Möglichkeit,
dass die Luftströmung
auch durch die Fangtaschen 8 fließen kann, werden die darin
befindlichen Eispartikel zuverlässig
gehalten.
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In
den 3a und 3c werden
abweichende Ausführungsbeispiele
in Form eines erfindungsgemäßen Eisabscheiders 42 mit
lediglich einer ersten Luftleitfläche 4 und in 3c ein
exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Eisabscheiders 44 mit
einer ersten Luftleitfläche 4,
einer zweiten Luftleitfläche 6 und
einer dritten Luftleitfläche 46 gezeigt.
Dieser Eisabscheider 44 könnte etwa in Luftabzweigern
eingesetzt werden, die aus einem eingehenden Hauptluftstrom 3 abgehende Teilluftströme erzeugen. 3b zeigt
den bereits vorgestellten erfindungsgemäßen Eisabscheider 2. Weiterhin
wird für
jeden gezeigten Eisabscheider 2, 42 und 44 eine
Einbauposition in einer entsprechenden Luftleitung dargestellt.
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Für einen
Fachmann ist selbstverständlich, dass
auch von den Darstellungen des erfindungsgemäßen Eisabscheiders 2, 42 und 44 auch
weitere Eisabscheider denkbar sind, die noch mehr Luftleitflächen aufweisen
könnten.
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Alternative
Darstellungen zeigen 4a und 4b, bei
denen jeweils eine Vorrichtung 43 und 45 zum Umlenken
von Strömungen
dargestellt ist sowie jeweils eine zum Eisabscheider modifizierte
Form jeweils in einer Luftleitung. Die Wandung der rohrartigen Vorrichtungen
stellen die Luftleitflächen
dar. Es sind beliebige weitere Formen von Eisabscheidern denkbar,
bei denen eine Strömungsumlenkung
und der Trägheitseffekt
von Eispartikeln ausgenutzt werden kann.
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In 5 wird
schematisch der Aufbau des Klimatisierungssystems in einem Flugzeug
gezeigt, das besonders von den erfindungsgemäßen Aspekten des dargestellten
Eisabscheiders profitieren kann. So stellt ein Klimaaggregat 48 (auch „Pack” genannt)
einen Strom von aufbereiteter Frischluft an eine Mischereinheit 50 bereit,
die die eingehende Frischluft mit verbrauchter Luft aus einer Passagierkabine 52 vermischt.
Diese vermischte Luft wird einem Luftverteilungssystem 54 zugeleitet,
das verschiedene Luftabzweiger 56 aufweist, die mit dem
erfindungsgemäßen Eisabscheider
ausgerüstet
sind oder zu einem solchen erweitert werden. Der Vollständigkeit
halber wird erwähnt,
dass ein Teil der verbrauchten Kabinenluft durch Auslassventile 58 den Rumpf
des Flugzeugs in die Umgebung verlässt.
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Schließlich zeigt 6 ein
Flugzeug 60, das mit mindestens einem Klimatisierungssystem
entsprechend 4 ausgerüstet ist
und über
mindestens ein Luftverteilungssystem 54 Luft an eine Vielzahl
von Luftausslässen
leitet, wobei Abzweiger 56 eingesetzt werden, die mit dem
erfindungsgemäßen Konzept
zu Eisabscheidern umfunktioniert sind oder aufgrund der erfindungswesentlichen
Merkmale diese Funktion übernehmen.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines
der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele
verwendet werden können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Eisabscheider
- 4
- Erste
Luftleitfläche
- 6
- Zweite
Luftleitfläche
- 8
- Fangtasche
- 10
- Vorderkante
- 12
- Vorderkante
- 14
- Nasenleiste
- 16
- Einleitungsbereich
- 18
- Einleitungsbereich
- 20
- Hinterkante
- 22
- Hinterkante
- 24
- Ausleitungsbereich
- 26
- Ausleitungsbereich
- 28
- Vorderkantentangente
- 30
- Hinterkantentangente
- 32
- Einlauföffnung
- 34
- Einlauföffnung
- 36
- Einlaufboden
- 38
- Einlaufboden
- 40
- Rahmen
- 42
- Eisabscheider
- 43
- Vorrichtung
zum Umlenken von Strömungen
- 44
- Eisabscheider
- 45
- Vorrichtung
zum Umlenken von Strömungen
- 46
- Dritte
Luftleitfläche
- 48
- Klimaaggregat
(„Pack”)
- 50
- Mischereinheit
- 52
- Passagierkabine
- 54
- Luftverteilsystem
- 56
- Luftabzweiger
- 58
- Auslassventil
- 60
- Flugzeug