-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Atemgaszufuhr zu einer oder mehrerer Atemmasken einer Sauerstoffnotversorgungseinrichtung sowie eine Vorrichtung zur Sauerstoffnotversorgung zum Ausführen dieses Verfahrens.
-
Bei den heute üblichen Düsenflugzeugen, die eine Reiseflughöhe von 10.000 m und mehr haben, ist eine Druckkabine vorgesehen, in welcher ein die Sauerstoffversorgung der Passagiere sicherstellender Kabinendruck unter ausreichender Frischluftzufuhr erzeugt wird. Um bei einem unerwarteten Druckabfall in einer solchen Höhe die Sauerstoffversorgung der Passagiere sicherstellen zu können, sind Sauerstoffnotversorgungssysteme vorgesehen, mit denen die Passagiere auch dann mit einer ausreichenden Menge Sauerstoff versorgt werden können, wenn ein Dekompressionsfall, also ein Abfall des Kabinendrucks, eingetreten ist. Solche Systeme weisen typischerweise entweder Sauerstoffdruckbehälter oder chemische Sauerstoffgeneratoren auf, die Atemgas oder Sauerstoff über ein Leitungssystem in ausreichender Menge an die für die Versorgung der Passagiere vorgesehenen Atemmasken leiten. Dabei ist das Notsauerstoffsystem so auszulegen, dass eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Passagiere in der maximal zu erwartenden Flughöhe sichergestellt ist. Mit abfallender Flughöhe hingegen verringert sich der Sauerstoffbedarf, da der Sauerstoffanteil in der Umgebungsluft zunimmt.
-
Da das Mitführen von Sauerstoff, sei es in Druckbehältern oder in Generatoren, ein nicht unerhebliches Gewicht bedingt, das im Flugzeug mitgeführt werden muss und als Zuladung nicht mehr zur Verfügung steht, ist es ein stetes Bemühen, die mitzuführende Menge an Sauerstoff oder Atemgas so gering wie möglich zu halten. Um dies zu erreichen, wird die zu den Atemmasken abgegebene Menge von Sauerstoff oder Atemgas entsprechend den einschlägigen Vorschriften kabinendruckabhängig gesteuert. Im Dekompressionsfall entspricht der Kabinendruck weitestgehend dem umgebenden Luftdruck, der im Wesentlichen höhenabhängig ist. In den einschlägigen Vorschriften ist festgelegt, welche Sauerstoffmenge höhen-, das heißt kabinendruckabhängig den Passagieren zuzuführen ist. Dabei ist ein stetes Bestreben, nicht nur die Sauerstoffmenge möglichst nahe an den mindestvorgeschriebenen Wert heranzubringen, um den Sauerstoffverbrauch so gering wie möglich zu halten, sondern auch die in diesem Zusammenhang erforderlichen technischen Einrichtungen so leicht und kostengünstig wie möglich zu gestalten.
-
Aus
EP 2 004 294 B1 zählt es zum Stand der Technik, die kabinendruck-, das heißt höhenabhängige Sauerstoffzufuhr zu den Atemmasken mittels eines Ein/Aus-Ventils zu steuern, wobei die Mengensteuerung durch Pulsweitenmodulation des Ventils erfolgt.
-
Nachteilig hierbei ist, dass zum einen die zur Erzeugung des Pulsweitenmodulationssignals erforderlichen PID-Module vergleichsweise aufwendig sind, zum anderen dass der Energiebedarf für die Betätigung der Ventile vergleichsweise hoch ist, da diese in Abhängigkeit von der Frequenz der Pulsweitenmodulation in sehr kurzer Folge öffnend angesteuert werden und je nach Tastgrad eine Zeit lang öffnend gehalten werden müssen. Entsprechend müssen die Ventile eine hohe Schaltfestigkeit aufweisen.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Atemgaszufuhr zu schaffen, welches zwar einerseits mit solchen an sich kostengünstigen und robusten Ein/Aus-Ventilen arbeitet, welches jedoch andererseits einen geringeren Energieverbrauch aufweist sowie steuerungstechnisch günstig zu realisieren ist.
-
Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Sauerstoffnotversorgung bereitgestellt werden, die nach einem solchen Verfahren arbeitet und kostengünstig in der Herstellung sowie sparsam im Verbrauch von Energie ist, gleichzeitig jedoch eine genaue Steuerung ermöglicht, um den Sauerstoffverbrauch so niedrig wie möglich zu halten.
-
Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst und der vorrichtungsmäßige Teil dieser Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Sauerstoffnotversorgung mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Dabei können die in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in geeigneter Kombination die erfindungsgemäße Lösung gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 weiter ausgestalten.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Atemgaszufuhr, insbesondere der Sauerstoffzufuhr von einer druckführenden Versorgungsleitung zu einer oder mehreren Atemmasken einer Sauerstoffnotversorgungseinrichtung in einem Luftfahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, bei welcher ein Ein/Aus-Ventil zwischen der Versorgungsleitung und der einen oder den mehreren Atemmasken angeordnet ist, mit dem die Leitungsverbindung gesperrt oder freigegeben werden kann, sieht vor, dass ein kabinendruckabhängiger Soll-Massenfluss vorgegeben wird, wie dies zur Notversorgung der Passagiere in einschlägigen Vorschriften angegeben ist und dass der Ist-Massenfluss, also der Massenfluss zu der oder den Atemmasken bestimmt wird. Dabei wird gemäß der Erfindung in einem ersten Verfahrensschritt das Ventil so lange öffnend angesteuert, bis der über die Zeit aufsummierte Fehler zwischen dem Ist-Massenfluss und dem Soll-Massenfluss einen zuvor festgelegten maximalen Fehlerwert überschreitet, wonach das Ventil in einem zweiten Verfahrensschritt solange schließend angesteuert wird, bis der über die Zeit aufsummierte Fehler zwischen dem Ist-Massenfluss und dem Soll-Massenfluss einen zuvor festgelegten minimalen Fehlerwert überschreitet, wonach der Zyklus beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt wiederholt wird.
-
Die Bestimmung des Ist-Massenflusses kann beispielsweise mittels eines Massen- bzw. Volumenflusssensors erfolgen oder auch in anderer geeigneter Weise. Wenn beispielsweise zwischen dem Ein/Aus-Ventil und der einen oder den mehreren Versorgungsleitungen zu den Atemmasken eine Düse angeordnet ist, die so ausgelegt ist, dass sie in dem zu erwartenden Betriebsbereich mit Überschall, d. h. überkritisch, durchströmt wird, dann ist der Druck vor der Düse im Wesentlichen proportional zum Massenstrom, d. h. dem Massenfluss, durch die Düse, sodass der Massenfluss zu den Passagiersauerstoffmasken anhand des Druckes bestimmt werden kann.
-
Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit, nicht, wie beim Stand der Technik, bei konstanter Frequenz den Tastgrad des Rechteckimpulses, also die Breite der Impulse, zu modulieren, sondern das Ventil so lange zunächst öffnend anzusteuern, bis der über die Zeit aufsummierte Fehler zwischen dem Ist-Massenfluss und dem kabinendruckabhängig vorgegebenen Soll-Massenfluss einen zuvor festgelegten maximalen Fehlerwert überschreitet, das heißt, das Ventil so lange geöffnet zu halten, bis mehr Sauerstoff der oder den Atemmasken zugeführt worden ist, als dies kabinendruckabhängig erforderlich wäre. Erst wenn der Ist-Massenfluss, das heißt die über die Zeit aufsummierte Sauerstoffmenge die für diese Zeit vorgesehene Soll-Sauerstoffmenge um ein gewisses Maß, also um einen zuvor festgelegten maximalen Fehlerwert, überschreitet, dann wird das Ventil umgesteuert, um in einem zweiten Verfahrensschritt dieses so lange schließend anzusteuern, bis der über die Zeit aufsummierte Fehler zwischen dem Ist-Massenfluss und dem Soll-Massenfluss einen zuvor festgelegten minimalen Fehlerwert überschreitet, das heißt, das Ventil so lange geschlossen zu halten, bis weniger Sauerstoff der oder den Atemmasken zugeführt worden ist, als dies kabinendruckabhängig erforderlich wäre, wonach der Zyklus beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt wiederholt wird. Dabei wird das zuvor zu viel Zugeführte bzw. das nachfolgend zu wenig Zugeführte beim darauffolgenden Verfahrensschritt berücksichtigt. Es ist ersichtlich, dass durch das abwechselnde Umsteuern des Ventils die zuvor aufgrund des festgelegten Fehlerwertes zu viel zugeführte Sauerstoffmenge bei dem nachfolgenden Verfahrensschritt, in welchem das Ventil schließend angesteuert wird, Berücksichtigung findet, sodass trotz der vergleichsweise geringen Schaltzyklenzahl eine sehr hohe Regelgenauigkeit erzielt werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich zum Steuern der Atemgaszufuhr an sich geeignet, das heißt es kann wahlweise zur Zufuhrsteuerung eines quasi beliebigen Atemgases, insbesondere aber von Sauerstoff dienen. Beim Zuführen von Sauerstoff ist die Atemmaske in an sich bekannter Weise mit einem vorgeschalteten Atembeutel versehen, welcher einen Puffer für die Sauerstoffzufuhr darstellt sowie mit einem Nebenluftventil, wie dies grundsätzlich zum Stand der Technik zählt.
-
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren zwar in Abhängigkeit von einem Ist-Massenfluss und einem Soll-Massenfluss arbeitet, dass jedoch diese Werte auch durch Volumenwerte, das heißt eine volumetrische Durchflusserfassung realisiert werden können.
-
Der Soll-Massenfluss wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer Recheneinheit ermittelt, wobei die Vorgabe durch tabellarisch hinterlegte Werte, also eine Tabelle, durch eine Kurve oder eine Rechenregel in Abhängigkeit des Kabinendrucks ermittelt werden. Der Kabinendruck steht hier für Flughöhe und dem sich daraus ergebenden Sauerstoffgehalt der umgebenden Luft, der grundsätzlich auch messtechnisch erfasst werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so durchzuführen, dass stets eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Passagiere sichergestellt ist. Dies ist gewährleistet, wenn die Ist-Massenflussmessung kontinuierlich oder in ausreichend kurzen Intervallen von beispielsweise zwischen einer Millisekunde bis 100 ms erfolgt. Der maximale Fehlerwert wird vorteilhaft zwischen 10 % und 100 % über dem Soll-Massenfluss angesetzt. Je höher dieser Wert ist, desto geringer ist die Anzahl der Schaltzyklen. Der minimale Fehlerwert sollte vorteilhaft zwischen 10 % und 50 % unter dem Soll-Massenfluss liegen, wobei auch hier gilt, dass mit zunehmender Fehlergröße die Schalthäufigkeit des Ventils sinkt.
-
Zweckmäßigerweise sollten die Fehlerwerte so gewählt werden, dass im zeitlichen Mittel der Ist-Massenfluss mindestens dem Soll-Massenfluss entspricht oder vorteilhaft geringfügig größer ist, um unter allen Umständen eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Passagiere sicherstellen zu können.
-
Dabei ist es vorteilhaft, die Fehlerwerte so zu wählen, dass nach dem ersten Zyklus der Ist-Massenfluss dem Soll-Massenfluss entspricht oder größer als dieser ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Schalthäufigkeit des Ein/Aus-Ventiles im Vergleich zum Verfahren nach dem Stand der Technik vermindern. Es kann somit bei Ventilen eingesetzt werden, deren Schaltfestigkeit geringer ist, bzw. es gewährt bei gleicher Schaltfestigkeit eine höhere Ausfallsicherheit.
-
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn ein bistabiles Ein/Aus-Ventil, vorzugsweise ein bistabiles Ein/Aus-Magnetventil, verwendet wird, da mit einem solchen Ventil weitere Energieeinsparungen einhergehen, da dann lediglich nur noch ein Schaltimpuls zum Umschalten des Ventils zu erzeugen ist, wobei insbesondere in der geöffneten Stellung keine weitere Energie zuzuführen ist, wie dies sonst bei einfachen Magnetventilen üblich ist.
-
Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie die vorliegende Erfindung weiter vorsieht, weist einen Sauerstoffoder Atemgasspeicher oder einen Sauerstofferzeuger, eine sauerstoffoder atemgasführende Druckleitung auf, die ein oder mehrere Atemmasken speist und ein Ein/Aus-Ventil aufweist, mit welchem die Druckleitung geöffnet oder abgesperrt werden kann. Sie weist ferner Mittel zum Bestimmen des Massenflusses durch das Ventil (Ist-Massenfluss) und eine Steuer- und Regelelektronik auf, welche in Abhängigkeit des Signals eines Kabinendrucksensors einen Soll-Massenfluss ermittelt und das Ventil in Abhängigkeit des bestimmten Ist-Massenflusses steuert. Dabei ist die Steuer- und Regelelektronik angepasst, um das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können, das heißt zur Vorgabe von minimalen und maximalen Fehlerwerten vorgesehen. Des Weiteren ist die Steuer- und Regelelektronik dazu ausgelegt, den Ist-Massenfluss über die Zeit aufzusummieren und somit den Fehlerwert zwischen Ist- und Soll-Massenfluss zu bestimmen und mit zuvor festgelegten Fehlerwerten zu vergleichen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Ein/Aus-Ventil ein bistabiles Ein/Aus-Ventil, vorzugsweise ein bistabiles Ein/Aus-Magnetventil. Ein solches Magnetventil benötigt lediglich für das Umschalten einen Schaltimpuls, ist also äußerst energiesparsam im Betrieb, was die elektrischen Ressourcen für die Notversorgung schont.
-
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Steuer- und Regelelektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft zur Ermittlung und/oder Vorgabe von Fehlerwerten ausgebildet, bei deren Erreichen und Überschreiten das Ventil umgesteuert wird. Das heißt, die Steuer- und Regelelektronik ist zur zeitlichen Aufsummierung des ermittelten Ist-Massenflusses ausgelegt sowie zur Vorgabe entsprechender Fehlerwerte.
-
Grundsätzlich ist die Anzahl der an einer Druckleitung angeschlossenen Atemmasken frei wählbar, besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zwei bis sechs Atemmasken an einer druckführenden Leitung angeschlossen und durch ein Ein/Aus-Ventil angesteuert werden. Dabei ist es vorteilhaft, die Speisung der Atemmasken jeweils über einen vorgeschalteten Atembeutel erfolgen zu lassen, wie dies grundsätzlich bei solchen Vorrichtungen zum Stand der Technik zählt.
-
Das Bestimmen des Ist-Massenflusses kann vorteilhaft mittels eines Durchflusssensors erfolgen, der im Leitungsweg zwischen dem Ein/Aus-Ventil und den Atemmasken, insbesondere den mit den Atemmasken verbundenen Leitungen angeordnet ist.
-
Da Durchflusssensoren technisch vergleichsweise aufwendig sind, kann es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein, dem Ein/ Aus-Ventil eine Düse nachzuschalten, die derart bemessen ist, dass bei dem zu erwartenden Betriebsbereich sich eine Überschallströmung, d. h. eine überkritische Strömung, einstellt, bei der die Durchflussmenge im Wesentlichen proportional zu dem an der Düse anstehenden Druck ist. Dann wird vorteilhaft ein Drucksensor zwischen Ein/Aus-Ventil und Düse angeordnet, wobei anhand des zeitlichen Verlaufes des Druckes der Ist-Massenfluss bestimmt wird.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Notsauerstoffversorgung in einem Flugzeug,
-
2 eine Kurve, die den Soll-Massenfluss in Abhängigkeit des Kabinendrucks zeigt,
-
3 drei in zeitlichem Ablauf übereinstimmende Diagramme, und zwar
-
3a den aufsummierten Ist-Massenstrom,
-
3b den Ist-Massenstrom über die Zeit,
-
3c die Schaltimpulse zur Umsteuerung des Ventils über die Zeit, und
-
4a, 4b die Einzelheit A der 3a und 3b in vergrößerter Darstellung.
-
Bei der anhand von 1 dargestellten Notsauerstoffversorgungsvorrichtung ist nur der für die vorliegende Erfindung relevante Teil dargestellt, beginnend mit einer druckführenden Leitung 1 für Sauerstoff, die von einer Druckgasflasche oder einem Sauerstofferzeuger gespeist wird. Diese druckführende Leitung 1 ist über ein bistabiles Ein/Aus-Magnetventil 2 mit einer Gruppe von Atemmasken 3 verbunden, von denen hier zwei beispielhaft dargestellt sind. Bei den Atemmasken 3 handelt es sich um die in der Zivilluftfahrt üblichen Passagiersauerstoffmasken mit vorgeschaltetem Atembeutel 4. Ausgangsseitig des Magnetventils 2 ist ein Durchflussmassenmesser 5 in der Leitung zu den Atemmasken 3 vorgesehen, welcher den Ist-Massendurchfluss erfasst. Ferner ist ein Drucksensor 6 vorgesehen, der den Kabinendruck innerhalb des Flugzeugs erfasst. Eine Steuer- und Regeleinheit 7 ist vorgesehen, welche das Magnetventil 2 in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors 6 sowie vom Signal des Durchflussmassenmessers 5 steuert.
-
Die Steuer- und Regeleinheit 7 ist durch einen Mikroprozessor gebildet, in dem in einer ersten Recheneinheit 8 anhand tabellarisch hinterlegter Werte und des über den Drucksensor 6 ermittelten Kabinendrucks der Soll-Massenstrom ermittelt wird, der bei diesem Kabinendruck erforderlich ist, um die angeschlossenen Atemmasken 3 bzw. die daran angebundenen Personen mit der erforderlichen Menge an Sauerstoff zu versorgen. Eine zweite Recheneinheit 9 ist vorgesehen, welche anhand des von der ersten Recheneinheit 8 ermittelten Soll-Massenstroms die Soll- und Fehlerwerte für die Regelung ermittelt. In einer dritten Recheneinheit 10 werden anhand der Signale des Durchflussmassenmessers 5 der Durchflussmassenstrom über die Zeit aufsummiert und der aktuelle Fehlerwert zum Soll-Massenstrom ermittelt. In der dritten Recheneinheit 10 ist zudem ein maximaler und ein minimaler Fehlerwert vorgegeben, bei dessen Erreichen das Magnetventil 2 einen Schaltimpuls zum Umsteuern erhält.
-
2 zeigt ein Diagramm, welches in der durchgezogenen Linie den Soll-Massenstrom in Abhängigkeit des Kabinendrucks, das heißt in Abhängigkeit der Flughöhe bzw. des Umgebungsdrucks, darstellt. Diese Kurve 11 ist in der Recheneinheit 8 abgespeichert. Zu dieser Kurve 11 ist ein ebenfalls druckabhängiger maximaler Fehler in einer Kurve 12 dargestellt. Unter der Kurve 11 ist ein minimaler Fehler in einer Kurve 13 dargestellt. Die Kurven 12 und 13 folgen, wie 2 deutlich zeigt, in ihrem Verlauf der Kurve 11, die den Soll-Massenfluss in Abhängigkeit des Kabinendrucks darstellt, sind jedoch um ein gewisses Maß nach oben (Kurve 12) bzw. nach unten (Kurve 13) verschoben, markieren somit das Fehlerbzw. Toleranzband um die Kurve 11. Diese Kurven 12 und 13 sind in der Recheneinheit 10 hinterlegt.
-
Anhand der 3 und 4 ist konkret die Steuerung des Ventils 2 dargestellt, wobei in 3a bzw. 4a aus der Kurve 12 ein maximaler Fehlerwert 14 bzw. ein minimaler Fehlerwert 15 aus der Kurve 13 abgeleitet ist. Die Kurve 16 in 3b bzw. 4b stellt den Soll-Massenfluss dar.
-
Beginnend mit der Notsauerstoffversorgung wird zunächst zum Zeitpunkt t0 das Ventil 2 öffnend angesteuert. Dadurch strömt durch die Leitung 1 und das geöffnete Ventil 2 Sauerstoff zu den Atemmasken 3. Über den Durchflussmassensensor 5 wird die Menge des durchfließenden Sauerstoffs erfasst und der sich gegenüber dem Soll-Massenfluss ergebende Fehlerwert in der Recheneinheit 10 zeitlich aufsummiert. Diese Aufsummierung ist anhand der 3a und 4a dargestellt. Dabei ist zunächst anfänglich eine Unterversorgung festzustellen, bis bei geöffnetem Ventil 2 der durch das Ventil strömende Ist-Massenfluss den Soll-Massenfluss überstiegen und den maximalen Fehlerwert 14 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt t1 wird das Ventil 2 mittels eines Schaltimpulses 17 umgesteuert, wonach es geschlossen ist und somit kein weiterer Sauerstoff zu den Atemmasken 3 fließt. Dadurch ergibt sich mit zunehmender Zeit ein wachsender Fehlerwert, das heißt zunächst ein Abbau der Überversorgung des vorherigen Schaltintervalls, und dann eine Unterversorgung gegenüber dem Sollwert 16, bis schließlich dieser unterschritten und ein minimaler Fehlerwert 15, der in der Steuer- und Regeleinheit 7, insbesondere der Recheneinheit 10 abgespeichert ist, erreicht wird. Sobald dieser minimale Fehlerwert erreicht ist, das heißt, wenn die Kurve 13 erreicht bzw. gerade unterschritten ist, wenn also der minimale Fehlerwert 15 erreicht bzw. betragsmäßig gerade überschritten ist, nämlich zum Zeitpunkt t2, wird das Ventil 2 mittels eines Schaltimpulses 18 umgesteuert und ist nunmehr geöffnet, sodass Sauerstoff durch die Leitung 1 zu den Atemmasken 3 strömt. Damit wird zunächst die zurückliegende Unterversorgung gedeckt, wobei mit weiterer Zeit bei geöffnetem Ventil 2 mehr Sauerstoff durchfließt, als gemäß der Sollwertkurve 16 vorgesehen ist. Dies erfolgt so lange, bis der Massendurchfluss einen maximalen Fehlerwert 14 erreicht hat, nämlich zum Zeitpunkt t3, und das Magnetventil 2 mittels eines Schaltimpulses 19 wiederum umgesteuert, das heißt geschlossen wird. Wenn darauffolgend aufgrund der Unterversorgung zunächst die Sollkurve 16 unterschritten und schließlich der minimale Fehlerwert 15 erreicht wird, wird zum Zeitpunkt t4 ein Schaltimpuls 20 von der Recheneinheit 10 abgegeben, welcher das Magnetventil 2 umsteuert, das heißt jetzt öffnend ansteuert, sodass der Sauerstoff wieder strömt. Dieses Verfahren wiederholt sich kontinuierlich, sodass bei geeigneter Abtastrate, vorzugsweise zwischen 1 und 200 ms, hier beispielsweise 5 ms, eine Sauerstoffversorgung erreicht wird, die praktisch exakt der Sollversorgung entspricht.
-
Wie insbesondere die 3b deutlich zeigt, sind zum einen die Schaltvorgänge an sich vergleichsweise gering, da das Ventil 2 bei Erreichen eines maximalen oder minimalen Fehlers lediglich umgesteuert wird, jedoch keine hochfrequente Ansteuerung des Ventils erforderlich ist, wie dies bei der Pulsweitenmodulation üblich ist. Die Ansteuerung ist zudem wesentlich besser an den tatsächlichen Sauerstoffbedarf angepasst, da das Verfahren nicht an eine Frequenz und einen Tastgrad gebunden ist, wie dies bei der Pulsweitenmodulation erforderlich ist.
-
Das vorbeschriebene Regelverfahren summiert die Fehler der Regelgröße zum Steuern des bistabilen Ein/Aus-Magnetventils 2 auf. Dabei wird der Fehlerwert zu einem Sollwert, der druckabhängig in der ersten Recheneinheit 8 anhand vorgegebener Werte ermittelt wird, aufsummiert. Wenn die Fehlersumme den oberen Fehlerwert 14 bei geöffnetem Ventil 2 erreicht, so wird das Ventil umgesteuert. Erst wenn die Fehlersumme den unteren vorgegebenen Fehlerwert 15 erreicht, wird das Ventil 2 wiederum umgeschaltet und damit geöffnet. Es wird somit stets nur ein Energieimpuls für das Schalten benötigt, nicht für das Halten des geöffneten Ventils, wie anhand von 3c deutlich erkennbar ist.
-
Unproblematisch ist das vorstehend beschriebene Verfahren anwendbar, auch wenn sich der Soll-Massenfluss ändert, wenn beispielsweise das Flugzeug im Sinkflug ist, da dann auch der maximale und der minimale Fehlerwert entsprechend den Kurven 12 und 13 angepasst wird, aufgrund der Aufsummierung der Fehlerwerte ist stets sichergestellt, dass der Soll-Massenfluss auch erreicht wird. Diese Regelung ist weitgehend unempfindlich gegen Störgrößen und vermeidet die inhärenten Probleme einer PID-Regelung, wie sie typischerweise beim Stand der Technik angewendet wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- druckführende Leitung
- 2
- bistabiles Ein/Aus-Magnetventil
- 3
- Atemmasken
- 4
- Atembeutel
- 5
- Durchflussmassenmesser
- 6
- Drucksensor
- 7
- Steuer- und Regeleinheit
- 8
- erste Recheneinheit
- 9
- zweite Recheneinheit
- 10
- dritte Recheneinheit
- 11
- Sollkurve
- 12
- Kurve maximaler Fehlerwerte
- 13
- Kurve minimaler Fehlerwerte
- 14
- maximaler Fehlerwert
- 15
- minimaler Fehlerwert
- 16
- Sollwert
- 17
- Schaltimpulse
- 18
- Schaltimpulse
- 19
- Schaltimpulse
- 20
- Schaltimpulse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
