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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit einer Luftprobenentnahmeanordnung und ein Verfahren zum Entnehmen von Luftproben aus einem Flugzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zapfluftbasierte Klimaanlagen entnehmen einer oder mehreren Verdichterstufen eines Turboluftstrahltriebwerks komprimierte Luft und bereiten diese durch nachgeschaltete Klimaaggregate zur Verwendung in einer Kabine auf.
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Luftproben zum Untersuchen der Bestandteile der Zapfluft werden üblicherweise in einer Kabine oder einem Cockpit entnommen. Allerdings ist die in der Kabine befindliche Luft mit rezirkulierter Luft gemischt, gefiltert und thermisch bearbeitet, so dass hierdurch die Untersuchung ungenau sein kann.
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DE 25 09 411 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Analysieren des Emissionsgehalts der Abgase eines Verbrennungsmotors, die eine Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen einer bestimmten Menge von Abgasen mit mindestens zwei Analyseröhrchen umfasst.
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DE 38 44 097 C2 offenbart eine Mehrfachhalterung für Proberöhrchen zum gleichzeitigen Durchströmen einer Gasprobe.
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DE 36 37 869 A1 zeigt eine Mehrfachhalterung für Prüfröhrchen, wobei diese gleichzeitig durchströmbar sind und jeweils mit einem Drosselelement versehen sind. Die
WO 2005/085837 A1 betrifft ein Flugzeug mit einer Luftprobenentnahmeanordnung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei derzeit bekannten Flugzeugen und zapfluftbasierten Klimaanlagen ist es nicht möglich, reine Zapfluft zu untersuchen. Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entnehmen von Luftproben aus einem Flugzeug vorzuschlagen, welches besonders einfach integrierbar ist und folglich keine oder nur geringe Modifikation von vorhandenen Flugzeugsystemen erfordert und den Betrieb des Flugzeugs nicht einschränkt.
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Diese Aufgabe bezüglich der Vorrichtung wird gelöst durch ein Flugzeug mit einer Luftprobenentnahmeanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein Flugzeug mit einer Luftprobenentnahmeanordnung vorgeschlagen, aufweisend eine erste luftführende Komponente mit einem Luftausgang, eine Absorptionseinrichtung mit einem Luftprobeneingang und einem Luftprobenausgang und eine mit der ersten luftführenden Komponente direkt verbindbare zweite luftführende Komponente mit einem Lufteingang. Die Absorptionseinrichtung ist mit dem Luftausgang derart koppelbar, dass zumindest ein Teil der aus dem Luftausgang strömenden Luft in den Luftprobeneingang der Absorptionseinrichtung strömt. Die Absorptionseinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, Luft aus dem Luftprobeneingang zu dem Luftprobenausgang durchzuleiten und über einen in der Absorptionseinrichtung enthaltenen Absorbens Bestandteile des durchgeleiteten Luftstroms zu absorbieren. Der Lufteingang der zweiten luftführenden Komponente ist bei mit der ersten luftführenden Komponente gekoppelter Absorptionseinrichtung mit dem Luftausgang oder dem Luftprobenausgang derart verbunden, dass der gesamte aus dem Luftausgang strömende Luftstrom in die zweite luftführende Komponente geleitet wird, wobei die Luftprobenentnahmeanordnung stromaufwärts einer Kabine und eines Cockpits in einem Flugzeug liegt. Die zweite luftführende Komponente ist eine Zapfluftleitung. Die erste luftführende Komponente ist ein Vorkühler eines Zapfluftsystems mit Lufteingang und Luftausgang, in dem Stauluft als Wärmesenke für die Zapfluft verwendet wird und über einen Stauluftanschluss quer zum Zapfluftstrom fließt.
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Die erfindungsgemäße Luftprobenentnahmeanordnung kann somit in beliebige Komponenten eines luftführenden Systems integriert werden, die besonders bevorzugt stromaufwärts einer Kabine und eines Cockpits in einem Flugzeug liegen. Dadurch wird ermöglicht, Luft mit unverfälschter Konzentration, welche aufgrund von Filtern, Mischeinrichtungen und thermischer Aufbereitung in der Kabine und in einem Cockpit stets verfälscht wäre, Bestandteile von Luft zu untersuchen, die durch ein luftführendes System geleitet wird. Dabei kann die erfindungsgemäße Luftprobenentnahmeanordnung auf tiefgreifende Modifikationen beteiligter luftführender Komponenten verzichten.
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Vielmehr wird ein durchströmbares Element in Form der Absorptionseinrichtung an einem Luftausgang einer luftführenden Komponente angeordnet und leitet somit zumindest einen Teil der aus dem Luftausgang strömenden Luft ohne einen Umweg an einem Absorbens vorbei, so dass die Bestandteile des durchgeleiteten Luftstroms darin aufgenommen werden können.
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Durch Ausführen der ersten luftführende Komponente als Vorkühler des Zapfluftsystems und die zweite luftführende Komponente als eine Zapfluftleitung wird idealerweise frische Zapfluft einer Untersuchung zugänglich gemacht, wobei aufgrund des Vorkühlers eine moderate Temperatur der an dem Absorbens vorbeiströmenden Luft besteht.
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Die Absorptionseinrichtung ist als eine Komponente zu verstehen, die durchströmbar ist und an mindestens einer Innenfläche einen Absorbens aufweist. Der Absorbens sollte auf die Absorption und die anschließende Desorption angepasst sein und dabei ermöglichen, insbesondere mit organischen Stoffen angereichert zu werden, um nach Entnahme der Absorptionseinrichtung oder einer darin enthaltenen Komponente durch gezielte Desorption und insbesondere thermische Desorption diese absorbierten Stoffe bevorzugt selektiv und temperaturgesteuert in einem Labor wieder freizugeben. Die dadurch erreichte Qualität der Messung basierend auf der Luftprobeentnahme übertrifft sämtliche Verfahren, die auf Luftproben basieren, welche einer Kabine oder einem Cockpit entnommen werden. Gleichzeitig ist der damit verbundene Aufwand relativ gering, denn im Idealfall muss lediglich die zweite luftführende Komponente von der ersten luftführenden Komponente getrennt und nach Integration der Absorptionseinrichtung wieder verbunden werden.
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Je nach Art und Ausführung kann die Absorptionseinrichtung den gesamten Luftstrom von dem Luftausgang aufnehmen und durchleiten, oder lediglich einen Teil davon. In erstem Fall sollte die zweite luftführende Komponente mit dem Luftprobenausgang der Absorptionseinrichtung verbindbar sein, während in letzterem Fall die Absorptionseinrichtung besonders bevorzugt in einem Verbindungsbereich der ersten und der zweiten luftführenden Komponenten angeordnet sein kann, um in mindestens eine der luftführenden Komponenten hineinzuragen. Dies wird weiter nachfolgend ausgeführt.
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Die Verbindung der luftführenden Komponenten bzw. der Absorptionseinrichtung kann durch übliche Verfahren und Verbindungsmittel sichergestellt werden, die für einen reibungslosen und zuverlässigen Flugbetrieb geeignet sind und etwa Schraub- oder Steckflansche in Verbindung mit Schellen oder anderen Sicherungsmitteln umfassen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Luftprobenentnahmeanordnung einen Halterahmen zum Befestigen der Absorptionseinrichtung an einem des Luftausgangs und des Lufteingangs auf, wobei die Absorptionseinrichtung bei mit dem Luftausgang verbundenen Lufteingang der zweiten luftführenden Komponente in die zweite luftführende Komponente ragt. Die Absorptionseinrichtung kann auch an der zweiten luftführenden Komponente befestigt sein und ebenso in die zweite luftführende Komponente ragen. Insgesamt erübrigen sich hierdurch tiefgreifende Modifikationen bereits zugelassener und erprobter Komponenten eines herkömmlichen luftführenden Systems. Die erste luftführende Komponente kann bereits über eine Reihe von Befestigungsmöglichkeiten verfügen, an die ein Halterahmen anbringbar ist. Der Halterahmen ist auf die Absorptionseinrichtung anzupassen, so dass beliebige Absorptionseinrichtungen über den Halterahmen an praktisch allen verfügbaren und in Betracht kommenden ersten oder zweiten luftführenden Komponenten anbringbar sind. Es kann ferner vorteilhaft sein, einen Anschlussflansch oder eine ähnliche Komponente durch einen modifizierten Anschlussflansch zu ersetzen, der auch die Funktion des Halterahmens erfüllt. Unabhängig von der Größe und Bauart des Flugzeugs ist die Erfindung leicht umsetzbar.
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Eine weiter vorteilhafte Ausführungsform kann ferner einen mit der Absorptionseinrichtung im Bereich des Luftprobeneingangs verbindbaren Adapter mit einer Auflagefläche aufweisen, die dem Luftprobenausgang abgewandt ist, wobei der Halterahmen mit der Absorptionseinrichtung verbindbar ist und eine dem Luftprobenausgang zugewandte Klemmfläche aufweist und der Halterahmen in einem zum Adapter variablen Abstand arretierbar ist, so dass die Absorptionseinrichtung über die Auflagefläche und die Klemmfläche an der ersten luftführenden Komponente klemmbar ist. Der Adapter ist hierbei eine Komponente, die das Leiten von Luft in die Absorptionseinrichtung ermöglicht, gleichzeitig auch eine Auflagefläche besitzt, mit der die Absorptionseinrichtung auf oder an der ersten luftführenden Komponente abstützbar ist. Die Auflagefläche sollte dabei eine mit der ersten luftführenden Komponente korrespondierende Form aufweisen. Ist die erste luftführende Komponente etwa ein Vorkühler, der in Richtung der zweiten luftführenden Komponente herausragende Röhren oder Röhrenbündel aufweist, bietet sich eine mit Bohrungen versehene Auflagefläche an, die bündig auf diese herausragenden Röhren oder Röhrenbündel aufsetzbar ist. Die Klemmfläche wird dabei etwa an einer Innenseite eines Flanschs der ersten luftführenden Komponente angeordnet, so dass sowohl die Auflagefläche als auch die Klemmfläche eine jeweils von der Klemmfläche bzw. Auflagefläche entgegengesetzte Kraft ausüben und damit die Absorptionseinrichtung klemmend haltern. Selbstverständlich kann diese Art der Befestigung auch an anderen luftführenden Komponenten durchgeführt werden, in denen mit Vorsprüngen oder anderen Querschnittsänderungen ausreichende Klemmkräfte in die jeweilige luftführende Komponente einleitbar sind.
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Der Halterahmen kann etwa einen länglichen Steg aufweisen, der sich über einen Querschnitt des Luftausgangs erstreckt und Befestigungsmittel zum Aufnehmen der Absorptionseinrichtung aufweist. Die Befestigungsmittel können etwa in Form von zwei oder mehr Bohrungen, insbesondere mit einem integrierten Gewinde, auf einer der ersten luftführenden Komponente abgewandten Seite ausgeführt sein, welche über geeignete Verbindungsmittel die Absorptionseinrichtung halten können. Die Befestigungsmittel können direkt in den Steg integriert oder durch Kleben, Schweißen, Löten oder Einlaminieren in Form von Buchsen oder Haken und anderen Formschlussmitteln darauf aufgesetzt sein. Der Halterahmen kann weiterhin an seinen äußeren Enden Klemmflächen aufweisen, mit denen eine Verklemmung des Halterahmens an einer dazu geeigneten Fläche der betreffenden luftführenden Komponente erfolgen kann.
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Es bieten sich beispielsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Absorptionseinrichtung angeordnete längliche Befestigungskomponenten an, die durch einen Flansch oder einen Steg der Absorptionseinrichtung führbar und schließlich mit dem Steg an dem Halterahmen verbindbar sind. Es kommen hier beispielsweise Bolzen, Gewindestangen, Schnapphalter, Zugdrähte oder andere nicht explizit genannte Mittel in Betracht, die mit der Absorptionseinrichtung und dem Halterahmen verbindbar sind. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese Befestigungskomponenten beschränkt ist, sondern dass jegliche anderen Befestigungskomponenten ebenfalls in Betracht kommen, die dazu geeignet sind, die Absorptionseinrichtung mit einem Halterahmen zu verbinden. Neben formschlüssigen Befestigungselementen kommen weiterhin auch kraftschlüssige Elemente in Betracht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Absorptionseinrichtung mindestens einen Halter zum Halten von mindestens einem Proberöhrchen auf, das mit einem Absorbens versehen technisch ausgereift kommerziell verfügbar ist. Es bietet sich besonders an, eine Vielzahl derartiger Proberöhrchen, welche auch als TD-Proberöhrchen (Thermische Desorptionsröhrchen) bekannt sind, zum Vergrößern der freien Oberfläche des Absorbens zu verwenden. Durch die Auswertung einer Vielzahl derartiger Proberöhrchen kann weiterhin eine mangelhafte Absorption in eventuell fehlerhaften Proberöhrchen durch ausreichende Absorption in intakten Proberöhrchen ausgeglichen werden. Verbreitet verfügen Proberöhrchen über einen Durchmesser von 0,25 Zoll und eine Länge von 3,5 Zoll (6,4 mm × 89 mm) und können aufgrund ihrer kompakten Größe problemlos ausgetauscht, transportiert und in dafür eingerichteten Laboren untersucht werden.
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Des Weiteren umfasst die Absorptionseinrichtung einen vorderen und einen hinteren Halter zum Befestigen von Proberöhrchen, wobei sich der vordere Halter im Bereich des Luftprobeneingangs und der hintere Halter im Bereich des Luftprobenausgangs befindet, so dass sich das mindestens eine Proberöhrchen von dem Luftprobeneingang zu dem Luftprobenausgang erstreckt. Zum Aufnehmen von Proberöhrchen weisen die Halter Aufnahmeeinrichtungen zum Einstecken oder Einschnappen auf. Durch die Verwendung zweier Halter an zwei gegenüberliegenden Enden der Absorptionseinrichtung kann sichergestellt werden, dass die Proberöhrchen parallel zu der sich einstellenden Strömungsrichtung ausgerichtet werden, so dass die Luft möglichst geradlinig in die Proberöhrchen einströmt und unter einem geringen zusätzlichen Reibungswiderstand aus den Proberöhrchen wieder ausströmt. Durch die geradlinige Erstreckung entstehen weiterhin möglichst geringe Wechselwirkungen zwischen einer Strömung entlang der Außenseite von Proberöhrchen und deren inneren Querschnitt, so dass die Wirbelbildung im Innern der Absorptionseinrichtung minimiert wird.
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Besonders bevorzugt weist die Absorptionseinrichtung ein hohlzylindrisches Bauteil bzw. ein solches Gehäuse auf, wobei ein offenes Ende der Absorptionseinrichtung der Luftprobeneingang ist. Die Absorptionseinrichtung ist ferner aus einem starren Werkstoff hergestellt, um auch bei etwas beengten Einbauverhältnissen zu verhindern, dass etwaige Biegekräfte bei Schwingungen der luftführenden Komponenten zu einer Beschädigung der Absorptionseinrichtung führen, welche die darin befindlichen Proberöhrchen beeinträchtigen könnte. Es bietet sich insbesondere an, die Absorptionseinrichtung aus einem metallischen Werkstoff auszuführen, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, Titan oder Stahl. Je nach verwendetem Material sollte eine bestimmte Wandstärke vorgesehen werden, die auch unter Berücksichtigung einer thermischen Ausdehnung eine stabile Verbindung mit dem Luftausgang und dem Lufteingang erlaubt. Die vorteilhafte Auswahl der Abmessungen der Absorptionseinrichtung kann ferner den Fertigungsaufwand verringern, wenn das offene Ende den Luftprobeneingang bildet. Das offene Ende kann durch eine oder mehrere Auskragungen, Auswölbungen oder randseitige Vertiefungen als Flansch zum Aufnehmen einer Rohrleitung ausgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft weist die Absorptionseinrichtung an einem dem Luftprobeneingang abgewandten Ende einen Fangkorb auf. Die Absorptionseinrichtung wird mit einem Luftstrom beaufschlagt, der an einem Absorbens vorbeistreicht, welcher in Form von Proberöhrchen installiert sein kann.
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Der Fangkorb kann das Eintreten des Absorbens bzw. eines Proberöhrchens in die zweite luftführende Komponente verhindern.
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Besonders einfach kann ein dem Luftprobeneingang abgewandtes Ende der Absorptionseinrichtung geschlossen sein, wobei der Luftprobenausgang in Form mindestens einer in einer Mantelfläche der Absorptionseinrichtung angeordneten Bohrung realisiert ist. Beispielsweise kann, ausgehend von einem Hohlzylinder als Gehäuse für die Absorptionseinrichtung, eine Scheibe an ein Ende geschweißt, gelötet oder geklebt werden, wobei die Bohrungen stromaufwärts von dem geschlossenen Ende beabstandet sind. Das geschlossene Ende stellt damit den Fangkorb bereit, der besonders robust und zuverlässig ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist im Bereich des Luftprobeneingangs ein Abstandshalter angeordnet, der für einen ausreichenden Abstand der Absorptionseinrichtung von der ersten luftführenden Komponente sorgt. Ist diese etwa als Vorkühler eines Zapfluftsystems ausgeführt, ist jegliche Beeinträchtigung röhrenartiger Kühlleitungen zu vermeiden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Luftprobenentnahmeanordnung ist Teil eines Zapfluftsystems eines Flugzeugs. Dies kann ein Rohrabschnitt, ein Krümmer, ein Flansch oder dergleichen sein, der bedarfsweise mit Proberöhrchen ausstattbar ist.
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Bevorzugt weist die erste luftführende Komponente eine Vielzahl von Röhren auf, die jeweils ein offenes Ende im Bereich des Luftausgangs aufweisen, wobei die erste luftführende Komponente dazu eingerichtet ist, Luft ausschließlich durch die Röhren zum Luftausgang zu leiten, wobei die Absorptionseinrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer festgelegten Anzahl der Röhren verbunden zu werden. Wie vorangehend erläutert kann die Verbindung etwa durch Aufklemmen der Absorptionseinrichtung mit Hilfe des Adapters erfolgen, der derart ausgeführt ist, dass eine Anzahl von Bohrungen vorhanden ist, die auf die Röhren aufgesetzt werden. Diese Bohrungen stehen auf der der ersten luftführenden Komponente abgewandten Seite des Adapters mit Proberöhrchen und/oder einem ersten Halter in Verbindung, so dass die Luft direkt von den Röhren zu damit korrespondierenden Proberöhrchen geleitet wird. Auf diese Weise kann etwa bei Ausführung der ersten luftführenden Komponente als Vorkühler, der in Form eines Luft-Luft-Wärmetauschers eine große Anzahl solcher Röhren aufweisen kann, genau definiert werden, welcher Anteil der vorgekühlten Zapfluft tatsächlich durch den Absorbens fließt, ohne dass der Absorbens insgesamt einen großen Druckverlust an der Zapfluft bewirkt. Durch Kenntnis des Anteils wird über die integrativ durchgeführte Messung, bei der die über einen Einsatzzeitraum durchflossene Luftmenge bekannt ist, die Konzentration von Bestandteilen in der Zapfluft genau bestimmbar.
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Das Flugzeug kann zum Bereitstellen und Entnehmen von Zapfluft weiterhin mindestens ein Triebwerk mit mindestens einer Verdichterstufe sowie mindestens ein Zapfluftsystem aufweisen, wobei das mindestens eine Zapfluftsystem mit der mindestens einen Verdichterstufe koppelbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entnehmen einer Luftprobe in einem Flugzeug, welches im Wesentlichen die nachfolgenden Schritte aufweist: Koppeln einer Absorptionseinrichtung mit einem Luftausgang einer ersten luftführenden Komponente, wobei die Absorptionseinrichtung einen Luftprobeneingang und einen Luftprobenausgang aufweist, Verbinden eines Lufteingangs einer zweiten luftführenden Komponente mit einem des Luftausgangs und des Luftprobenausgangs derart, dass der gesamte aus dem Luftausgang strömende Luftstrom in die zweite luftführende Komponente geleitet wird, Einleiten von Luft aus dem Luftausgang in die Absorptionseinrichtung, Abtrennen des Lufteingangs der zweiten luftführenden Komponente, Entnehmen der Absorptionseinrichtung und Verbinden des Lufteingangs der zweiten luftführenden Komponente mit dem Luftausgang der ersten luftführenden Komponente. Somit kann das Verfahren insbesondere das kurzzeitige Beschaffen einer Luftprobe besonders aus frischer Zapfluft im Rahmen eines Test- oder Zulassungsflugs betreffen, um frühzeitig eventuell auftretende Beeinträchtigungen der für eine Klimaanlage in einem Flugzeug verwendeten Frischluft festzustellen, die mit der Zapfluft über die Klimaanlage in die Kabine bzw. ein Cockpit geraten.
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Nach Entnahme des Absorbens, bspw. durch die Entnahme von Proberöhrchen, kann mit einem thermischen Desorptionsverfahren selektiv, d.h. unter Einsatz einer Erwärmung des Absorbens, insbesondere mit Hilfe eines Trägergases eine Desorption von absorbierten Stoffen erfolgen, die massenspektrografisch untersuchbar sind. Es bietet sich an, über eine selektive Erwärmung des Absorbens mit unterschiedlichen Temperaturen, d.h. insbesondere einer ansteigenden Temperatur, eine selektive Desorption unterschiedlicher Stoffgruppen durchzuführen.
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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. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt ein Flugzeug mit einem darin installierten Zapfluftsystem in einer schematischen Darstellung.
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2 zeigt einen Vorkühler und eine daran anbringbare Zapfluftleitung in einer detaillierteren Darstellung.
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3 zeigt eine Absorptionseinrichtung in einer Drei-Seiten-Darstellung.
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4 zeigt einen Abstandshalter in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung.
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5 zeigt einen vorderen Halter.
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6 zeigt einen hinteren Halter.
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7 zeigt ein Gehäuse der Absorptionseinrichtung.
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8 zeigt eine Absorptionseinrichtung in einem zusammengebauten Zustand.
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9 zeigt einen Flansch an der Absorptionseinrichtung.
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10 zeigt Tragarme zum Haltern der Absorptionseinrichtung an einem Halterahmen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Flugzeug 2, welches zwei Triebwerke 4 aufweist, denen Zapfluft aus unterschiedlichen Verdichterstufen entnehmbar ist. Hierfür ist beispielhaft für jedes Triebwerk 4 ein erstes Ventil 6 und ein zweites Ventil 8 vorgesehen, wobei das erste Ventil 6 einer vorderen Verdichterstufe mit einem mittleren Druck zugeordnet ist, während das zweite Ventil 8 ein Hochdruckventil ist, welches Zapfluft aus einer hinteren Verdichterstufe bereitstellen kann. Die Zapfluft gerät nach Durchlaufen von mindestens einem der beiden Ventile 6 und 8 über ein Druckregelventil 10 in einen Vorkühler 12, durch den die aufgrund der Kompression erwärmte Zapfluft vorgekühlt wird, damit die Zapfluftrohrleitungen eines Zapfluftleitungssystems 14 ein gewisses Temperaturniveau von ungefähr 80°C nicht überschreiten, um die in der Nähe befindlichen Komponenten thermisch nicht zu beschädigen. Über das Zapfluftleitungssystem 14 gelangt die Zapfluft zu zapfluftkonsumierenden Einrichtungen, beispielsweise Klimaaggregate oder Enteisungseinrichtungen, die in 1 nicht dargestellt werden. Die vorgenannten Komponenten werden nachfolgend auch als Zapfluftsystem 15 zusammengefasst.
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Beispielsweise unangenehme, aber harmlose Gerüche, die in einer Kabine 16 oder in einem Cockpit 18 feststellbar sind, könnten ihre Ursache in dem jeweiligen Triebwerk 4 oder dem zugehörigen Zapfluftsystem haben. Um dieses zu untersuchen und ausschließen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Absorptionseinrichtung derart bedarfsweise und temporär in das Zapfluftsystem 15 zu integrieren, um zu ermöglichen, einen Absorbens innerhalb des Zapfluftsystems 15 mit Stoffen anzureichern, die in der Zapfluft transportiert werden.
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2 zeigt den Vorkühler 12 als eine erste luftführende Komponente in einer etwas detaillierteren Darstellung. Der Vorkühler 12 ist über einen Zapflufteingang 20 und eine Schelle 22 an eine Zapfluftzuleitung 19 angeschlossen und kühlt Zapfluft, die durch den Vorkühler 12 zu einem Luftausgang 24 strömt, an dem üblicherweise eine zweite luftführende Komponente in Form einer Zapfluftleitung 26 mit einem Lufteingang 27 über eine weitere Schelle 22 angeschlossen ist. Als Wärmesenke kann Stauluft verwendet werden, die über einen Stauluftanschluss 21 durch den Vorkühler 12 quer zu dem Zapfluftstrom fließt.
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Um möglichst vor Erreichen eines Klimatisierungssystems, welches dem Vorkühler 12 nachgeschaltet ist, Luftproben zu entnehmen und einer Untersuchung zugänglich zu machen, wird beispielhaft eine Absorptionseinrichtung, welche weiter nachfolgend gezeigt wird, zwischen dem Luftausgang 24 und der Zapfluftleitung 26 positioniert.
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3 zeigt eine Absorptionseinrichtung 28 in einer Dreiseitendarstellung. Im Wesentlichen ist die Absorptionseinrichtung 28 ein hohles, längliches, zylindrisches und rohrartiges Bauteil, welches bevorzugt aus einem metallischen Material besteht und über den Luftausgang 24 mit dem Vorkühler 12 koppelbar ist. Hierfür kann etwa eine Anordnung von Bolzen oder Gewindestangen 30 eingesetzt werden, die über einen Flansch 32 mit der Absorptionseinrichtung 28 verbindbar und in Befestigungsgewinde 34 an einem über den Querschnitt des Luftausgangs 24 ragenden Steg 35 als Halterahmen einschraubbar sind, der sich an eine Innenseite eines Flanschs 44 des Vorkühlers 12 drücken kann, so dass die Absorptionseinrichtung 28 sich an einen Innenaufbau des Vorkühlers 12 klemmt und von dem Steg 35 dort sicher gehalten wird.
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Die Absorptionseinrichtung 28 weist weiterhin einen Luftprobenausgang 36 und einen Luftprobeneingang 37 auf, wobei letzterer in den Luftausgang 24 des Vorkühlers 12 ragt und somit von Zapfluft angeströmt wird. Der Querschnitt des Luftprobeneingangs 37 ist in dem gezeigten Beispiel deutlich kleiner dimensioniert als der Luftausgang 24, da der zu erwartende Zapfluftstrom recht groß ist und es nicht notwendig ist, die gesamte Zapfluft durch die Absorptionseinrichtung 28 zu leiten.
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Besonders vorteilhaft ist die schlanke Ausgestaltung der Absorptionseinrichtung 28, die aus diesem Grunde dafür geeignet ist, in die einen deutlich größeren Durchmesser aufweisende Zapfluftleitung 26 zumindest teilweise hineinzuragen, ohne die Befestigung dieser an den Luftausgang 24 zu beeinträchtigen. Durch Anpassung des Halterahmens 35 an die Ausgestaltung der Absorptionseinrichtung 28 können jegliche Bauarten von Vorkühlern oder anderen ersten luftführenden Komponenten berücksichtigt werden, ohne dass Modifikationen an diesen Komponenten vorgenommen werden müssen. Weiterhin ist die Befestigung recht einfach, so dass die Absorptionseinrichtung 28 sehr leicht wieder aus dem Flugzeug 2 entfernbar ist. Dennoch ist im Rahmen eines üblichen Flugbetriebs nicht unbedingt mit einer regelmäßigen Verwendung dieser Absorptionseinrichtung 28 zu rechnen, vielmehr eignet sich diese für Test- und Zulassungsflüge.
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Die Absorptionseinrichtung 28 weist exemplarisch mehrere Komponenten auf, die in den nachfolgenden Figuren etwas detaillierter dargestellt werden. Am Luftausgang 24 folgt ein Adapter 38, der eine in 3 nicht sichtbare Auflagefläche aufweist, die in einen Flächenkontakt mit einem Innenaufbau des Vorkühlers 12 gerät. Auf den Adapter 38 folgt wiederum ein vorderer Halter 40. An einem hinteren Ende, dem Luftprobenausgang 36 zugewandt, befindet sich ein hinterer Halter 42, der mit dem Luftprobenausgang 36 abschließt. Zwischen den Haltern 40 und 42 können kommerziell erhältliche thermische Desorptionsröhrchen, die im folgenden auch Proberöhrchen genannt werden, eingesetzt und in Strömungsrichtung ausgerichtet werden.
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4 zeigt eine exemplarische Darstellung des Adapters 38 in einer Draufsicht sowie einer damit korrespondierenden Schnittdarstellung. Der Adapter 38 besteht exemplarisch aus sechs um jeweils 60° zueinander versetzten, über den Umfang verteilten Rohrabschnitten 46, die einen siebten Rohrabschnitt 46 in ihrem Mittelpunkt einschließen. In der Schnittdarstellung (gekennzeichnet mit A-A) ist zu erkennen, dass die Rohrabschnitte 46 jeweils gasdurchlässig sind und Durchströmquerschnitte 48 aufweisen. Die Rohrabschnitte 46 sind bevorzugt derart angeordnet, dass der Adapter 38 auf Röhren 39 oder Rohrbündel aufsetzbar ist, die im Innern des Vorkühlers 12 angeordnet sein können und die Luft zu dem Luftausgang 24 transportieren. Der Vorkühler 12 ist etwa als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgeführt, bei dem die zu kühlende Luft ausschließlich durch die Röhren 39 geleitet wird, um von einem die Röhren 39 umspülenden Strom kühlerer Luft aus dem Staulufteinlass 21 gekühlt zu werden. Der Adapter 38 kann derart ausgestaltet sein, dass die offenen Enden der Röhren 39 in Anschlag mit einer Auflagefläche 41 geraten oder derart, dass eine axial den Adapter 38 begrenzende Auflagefläche 43 mit einer damit korrespondierenden Fläche zwischen den Röhren 39 des Vorkühlers 12 in Anschlag gerät. Damit wird eine sichere Auflage ohne Beschädigung des Vorkühlers ermöglicht. Durch Anpassen der Durchströmquerschnitte 38 kann weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit im Innern der Proberöhrchen verringert werden, gleichzeitig kann durch eine Verengung vermieden werden, dass die Proberöhrchen durch Vibrationen oder dergleichen zu dem Vorkühler 12 wandern und diesen beschädigen. Die Verwendung einer festgelegten Anzahl von Rohrabschnitten 46 erlaubt unter Berücksichtigung der Gesamtanzahl aller Röhren 39 die Erlangung einer genauen Kenntnis des Anteils des durch den Luftausgang 24 fließenden Luftvolumenstroms, der durch den Adapter 38 bzw. die stromabwärts zum Einsatz kommenden Proberöhrchen fließt. Die durch eine Absorbens in den Proberöhrchen geflossene Luftmenge in einem bestimmten Einsatzzeitraum ist damit ermittelbar und lässt somit eine Berechnung der genauen Konzentration eines bestimmten Bestandteils der untersuchten Luft zu.
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Der vordere Halter 40 ist in 5 näher gezeigt und weist beispielhaft drei als Bohrungen ausgeführte Aufnahmeeinrichtungen 50 zum Haltern von Proberöhrchen auf, welche mit einem Absorbens versehen sind, der beim Durchströmen von Zapfluft mit nicht gasförmigen und gasförmigen Bestandteilen der durchströmenden Zapfluft angereichert wird, um eine spätere Untersuchung zu ermöglichen. Der Durchmesser der Aufnahmeeinrichtungen 50 ist auf den Durchmesser der Proberöhrchen angepasst, wobei eine entsprechende Passung zum lockeren Einführen unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung während des Betriebs zu wählen ist. Der vordere Halter weist ferner eine unterbrochen ringförmige Außenfläche 51 auf, die auf einen Innendurchmesser der Absorptionseinrichtung 28 abgestimmt ist.
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Wie in 6 dargestellt, ist der hintere Halter 42 ausgeführt, wie der in 5 gezeigte vordere Halter 40. Hier sind kreisrund ausgeführte Aufnahmeeinrichtungen 52 vorgesehen, welche jedoch zusätzlich einen Bohrgrund 54 aufweisen, die Aufnahmeeinrichtungen 52 somit als Sackloch ausgeführt sind. Proberöhrchen werden damit zuverlässig vor dem Herausrutschen gesichert, da der Bohrgrund 54 an einem stromabwärtigen Ende der eingeführten Proberöhrchen liegt. Die Außenfläche 51 ist mit der Außenfläche 51 des vorderen Halters 40 weitgehend identisch.
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7 zeigt exemplarisch ein Gehäuse 56 der Absorptionseinrichtung 28, welches auf einem Hohlzylinder basiert, an einem ersten Ende 58 offen und an einem zweiten Ende 60 geschlossen ist. Das offene Ende 58 dient als Luftprobeneingang, während das geschlossene Ende 60 einen Fangkorb ausbildet, um Einzelteile defekter Proberöhrchen oder gänzlich aus den Haltern 40 und 42 herausgelöste Proberöhrchen aufzufangen.
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Umfangsseitig weist das Gehäuse 56 Bohrungen 62 auf, die sich senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses 56 erstrecken und in einem geringen Abstand von dem geschlossenen Ende 60 liegen. Die in das offene Ende 58 einströmende Luft gerät somit über die Bohrungen 62 wieder in den das Gehäuse 56 umgebenden Luftstrahl und damit in die zweite luftführende Komponente, die in 7 nicht dargestellt ist. Die Luft, welche durch den vorderen Halter 40, jedoch nicht durch darin eingelegte Proberöhrchen strömt, gerät über die stromaufwärts des hinteren Halters 42 gelegenen Bohrungen 62 aus dem Gehäuse, während die durch die Proberöhrchen strömende Luft durch die stromabwärtigen Bohrungen 62 abgeführt wird.
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8 stellt die Absorptionseinrichtung 28 in einem zusammengebauten Zustand als Teilschnitt mit darin angeordnetem vorderen Halter 40 und hinterem Halter 42 dar. Das Gehäuse 56 der Absorptionseinrichtung 28 verfügt ferner über einen Flansch 64, der im Bereich des hinteren Halters 42 an das Gehäuse 56 angeschweißt und in 9 in einer Zwei-Seiten-Darstellung gezeigt ist. Der Flansch 64 erstreckt sich zumindest mit zwei Armen 66 radial von der Mantelfläche des Gehäuses 56 nach außen, wobei die Arme 66 jeweils beispielhaft eine Bohrung 68 aufweisen, durch die die Befestigungsmittel 30 führbar sind. Der Flansch 64 erlaubt die Einleitung einer gewissen Zugkraft, so dass die Absorptionseinrichtung 28 möglichst zuverlässig befestigt ist und auch bei unregelmäßigem Volumenstrom ein Ablösen verhindert wird.
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Zur besonders sicheren Befestigung kann der in 3 dargestellte Steg auch in Form zweier Tragarme ausgeführt sein, die in 10 gezeigt und bevorzugt mit dem Flansch 44 einen Flächenkontakt geraten, um die Verklemmung des Adapters 38 auf dem Vorkühler 12 zu ermöglichen. Aufgrund der zulaufenden, trichterförmigen Gestaltung des Flansches 44, wie in 3 ersichtlich, weisen die Tragarme 70 jeweils eine abgeschrägte Klemmfläche 72 auf, die an die schräge Wand des Flansches 44 angeordnet wird. Zu einem gegenüberliegenden Ende, welches mit einer zu dem Gehäuse 56 der Absorptionseinrichtung 28 passenden Rundung 73 ausgestattet ist, gewandt befindet sich eine Bohrung 74, die zum Aufnahmen des Befestigungsmittels 30, welches mit dem Flansch 64 verbunden ist, dient. Wie aus der Drei-Seiten-Darstellung klar wird, sind die Tragarme bevorzugt mit einem C-Profil ausgestattet, das eine möglichst biegestarre Gestaltung in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Zapfluftströmung, realisiert.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ 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.
