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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines Vakuumabsaugsystems, insbesondere für eine Anwendung an einer Vakuumtoilette in einem Flugzeug.
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Vakuumabsaugsysteme bezeichnen spezielle pneumatische Transportanlagen wie sie beispielsweise in Vakuumtoiletten von Personentransportmitteln wie Bahnen oder Flugzeugen eingesetzt werden. Dabei wird durch Anlegen einer Druckdifferenz ein Transportgut mittels einer durch die Druckdifferenz hervorgerufenen Gasströmung transportiert. Im Allgemeinen dient Luft als Transportmedium.
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Vakuumabsaugsysteme in Personentransportmitteln, insbesondere in Flugzeugen, dienen zum Transport von Abfällen (Transportgut) aus der Passagierkabine, insbesondere aus Toiletten, in einen Abfallsammelbehälter, der in regelmäßigen Abständen entleert werden muss, beispielsweise durch Ablassen oder Absaugen mittels einer bodengebundenen Absauganlage während der Standzeit oder Wartungszeit des Flugzeugs. Das Transportgut wird mittels eines Unterdrucks im Abfallsammelbehälter aus der Passagierkabine, insbesondere über eine Aufnahmevorrichtung (Toilettenschüssel) über ein Rohrsystem zu dem Abfallsammelbehälter befördert.
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Im Rohrsystem von derartigen Flugzeugtoiletten bilden sich Ablagerungen, die das Transportverhalten negativ beeinflussen. Daher muss das Rohrsystem regelmäßig gereinigt werden. Bisher wird eine Reinigung in regelmäßigen Zeitabständen, unabhängig vom eigentlichen Verschmutzungsgrad des Rohrsystems durchgeführt. Auch die Dauer und Intensität der Reinigung des Rohrsystems orientiert sich nicht an dessen Verschmutzungsgrad. Im Wesentlichen umfasst die Reinigung zunächst eine Sichtprüfung des Rohrleitungssystems im Hinblick auf Ablagerungen. Derartige Reinigungen sind arbeitsaufwändig und deshalb in der Regel nur während bestimmter längerer Standzeiten eines Personentransportmittels durchführbar, in denen kein Personentransport stattfinden kann.
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Der Verschmutzungsgrad ist jedoch nicht ausschließlich von definierten Zeitabschnitten wie etwa Reisedauer oder Kalendertagen abhängig, sondern wird wesentlich vom Einsatzprofil des Personentransportmittels, insbesondere bei Flugzeugen, und dem Nutzungsverhalten der Passagiere bestimmt.
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Um bedarfsgerechte Reinigungsintervalle zu ermöglichen, ist es sinnvoll, den Verschmutzungsgrad zunächst zu diagnostizieren, um dann die Reinigungsintervalle und Reinigungsintensitäten anpassen zu können. Verfahren aus dem Stand der Technik nutzen hierfür beispielsweise eine Messung des Massenstroms an verschiedenen Stellen im Rohrsystem sowie Messungen des Druckverlustes. Aber auch für diese Diagnosezwecke sind komplexe Messaufbauten mit Eingriff in das Vakuumsystem vonnöten.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Diagnosevorrichtung und eines Diagnoseverfahrens für Ablagerungen und Verschmutzungen eines Vakuumsystems zur Optimierung von durch den Verschmutzungsgrad bedingten Reinigungszyklen ohne Eingriff in das Vakuumsystem.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Diagnoseverfahren und einer Diagnosevorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Lösungen möglich.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Diagnose eines Vakuumabsaugsystems mit einer Aufnahmevorrichtung für Transportgut bereitgestellt, die einen Schallsensor, eine Verarbeitungseinheit, eine Analyseeinheit, eine Speichereinheit und eine Ausgabeeinheit umfasst. Dabei ist der Schallsensor vorzugsweise an einer Aufnahmevorrichtung für Transportgut eines Vakuumabsaugsystems positionierbar, beispielsweise an einer Toilettenschüssel einer Vakuumtoilette, und dazu eingerichtet, ein Schallsignal zu detektieren. Die Positionierbarkeit an einer Aufnahmevorrichtung bedeutet im Detail, dass der Schallsensor in direktem Kontakt mit der Aufnahmevorrichtung oder dem angeschlossenen Rohrleitungssystem steht, falls der Schallsensor zum Sensieren von Körperschall eingerichtet ist. Falls der Schallsensor zum Sensieren von Luftschall eingerichtet ist, kann der Schallsensor kontaktlos positioniert sein, aber zumindest derart in der Nähe der Aufnahmevorrichtung, dass ein Sensieren des Luftschalls aus der Vakuumabsaugvorrichtung gewährleistet ist. Der Schallsensor steht dabei mit der Verarbeitungseinheit in Verbindung, um das detektierte Schallsignal zu übertragen. Die Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, ein detektiertes Schallsignal nach dessen Frequenzanteilen in ein Frequenzmuster zu zerlegen. Die Analyseeinheit ist dazu eingerichtet, das detektierte Frequenzmuster mit Referenz-Frequenzmustern, die in der Speichereinheit abgelegt sind, zu vergleichen und mittels der Ausgabeeinheit die Abweichungen der Frequenzmuster auszugeben.
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Gemäß der Erfindung wird eine unabhängige Diagnosevorrichtung bereitgestellt, die beispielsweise an einer Vakuumtoilette verwendet wird, um das Förderverhalten eines Vakuumabsaugsystems, das mit der Vakuumtoilette in Verbindung steht, zu prüfen, ohne dass ein Eingriff in das Vakuumsystem erforderlich ist.
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Vorzugsweise ist die Analyseeinheit dazu eingerichtet, Abweichungen der Intensitäten der detektierten Frequenzmuster von denen des Referenz-Frequenzmusters zu ermitteln und die Abweichungen der Intensitäten mit vorbestimmten Schwellwerten zu vergleichen.
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Vorzugsweise ist die Analyseeinheit dazu eingerichtet, die Schwellwerte in Abhängigkeit von verschiedenen Verschmutzungsgraden des Rohleitungssystems zu ermitteln. Dazu können Referenzen zu verschiedenen Verschmutzungsgraden mit dem aktuellen Frequenzmuster verglichen werden, so dass bereits vor einem drohenden Systemausfall die Verschmutzungsdynamik analysiert werden kann und Prognosen zum Zeitintervall bis zu einem Ausfall durch das Analyseeinheit erstellt werden können.
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Vorzugsweise ist die Ausgabeeinheit dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines Schwellwertes zusätzlich Zustandshinweise des Vakuumabsaugsystems und/oder Handlungsanweisungen auszugeben. Dadurch kann die durch die Analyseeinheit ermittelte Verschmutzungsdynamik angezeigt werden und ermöglicht eine Anpassung an das Einsatzprofil des Luftverkehrsmittels. Beispielsweise kann der Reinigungsbedarf angezeigt werden, wenn ein Langstreckenprofil vorliegt, während für Kurzstreckenprofile weniger Nutzung zu erwarten ist und deshalb ein Reinigungsbedarf erst nach weiteren Kurzstreckeneinsätzen erforderlich wird.
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Mit einer derartigen Vorrichtung kann eine Diagnose durchgeführt werden, indem der Schallsensor an der Aufnahmevorrichtung positioniert wird und von dem Schallsensor während eines Absaugvorgangs ein Schallsignal detektiert wird. Das Schallsignal wird anschließend zu einer mit dem Schallsensor in Verbindung stehenden Verarbeitungseinheit übertragen. Die Verarbeitungseinheit zerlegt das Schallsignal nach dessen Frequenzanteilen in ein Frequenzmuster und anschließend vergleicht die Analyseeinheit das Frequenzmuster des Schallsignals mit dem Frequenzmuster eines aus der Speichereinheit abgerufenen Referenz-Frequenzmusters. Als Referenz-Frequenzmuster können dabei zu einem vorhergehenden Zeitpunkt in einer Testreihe aufgenommene Schallsignale genutzt werden, die beispielsweise im Neuzustand des Vakuumabsaugsystems generiert wurden, oder aber auch Schallsignale, die nach einer intensiven Reinigung aufgenommen wurden, oder modellierte Schallsignale. Die Intensitäten der einzelnen Frequenzanteile des detektierten Frequenzmusters werden durch die Analyseeinheit bezüglich des Gesamtschallpegels geeignet normiert und verglichen. Dabei werden die Abweichungen der Intensitäten der einzelnen Frequenzanteile des detektierten Frequenzmusters und des Referenz-Frequenzmusters ermittelt. Diese Abweichungen der Intensitäten können mit vorbestimmten Schwellwerten verglichen werden und in der Ausgabeeinrichtung ausgegeben werden. Die Schwellwerte lassen sich dabei ebenfalls aus vorangegangenen Messungen ermitteln, die mit einem bestimmten Verschmutzungsgrad korrelieren und aufgrund von Verringerung des Rohrquerschnitts durch Ablagerungen bis hin zu einer kompletten Verstopfung führen.
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Bei dem Schallsensor handelt es sich vorzugsweise um einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, Luftschall zu detektieren; der Schallsensor ist dann vorzugsweise durch ein Mikrofon gebildet.
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Vorzugsweise kann der Schallsensor dazu eingerichtet sein, Körperschall zu detektieren. Bei dieser Ausführungsvariante steht der Schallsensor in Kontakt mit dem Vakuumabsaugsystem. Vorzugsweise ist der Schallsensor durch eine Sensoreinheit gebildet, die sich den piezoelektrischen Effekt zu Nutze macht; weiter vorzugsweise kann auch eine Ultraschallsonde genutzt werden.
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Der Schallsensor ist bevorzugt dazu eingerichtet Schallfrequenzen in einem Frequenzbereich zwischen 20 Hz und 20 kHz zu detektieren.
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Der Schallsensor kann mit den weiteren Komponenten (Verarbeitungseinheit, Analyseeinheit, Ausgabeeinheit) auch in einem externen Gerät (beispielsweise PC) vereint sein. Die Verarbeitungseinheit und Analyseeinheit müssen bei einem derartigen Gerät nicht zwangsläufig physikalisch getrennte Gebilde sein, sondern können auch als Computerprogramme desselben Geräts verwirklicht sein.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Diagnosevorrichtung und ein Diagnoseverfahren bereitgestellt, das ohne mechanischen Eingriff in das Vakuumabsaugsystem, eine schnelle unkomplizierte Möglichkeit eröffnet, den Verschmutzungsgrad eines Vakuumabsaugsystems zu quantifizieren und daraus eine bedarfsgerechte Handlungsanweisung bezüglich Reinigungsintervall und Reinigungsintensitäten abzuleiten.
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Ferner können bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Diagnoseverfahrens bereits durch das Anzeigegerät Handlungshinweise und/oder Zustandshinweise ausgegeben werden. Beispielsweise durch eine konkrete Extrapolation des verbleibenden Wartungsintervalls oder durch Warnanzeigen bei Überschreiten verschiedener Schwellwerte.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung des Risikos einer Verstopfung des Vakuumabsaugsystems in Abhängigkeit der variablen Zustands- und Nutzungsparameter;
- 2a eine schematische Darstellung eines konventionellen Vakuumabsaugsystems für Flugzeuge mit der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung zur Detektion von Luftschall;
- 2b eine schematische Darstellung eines konventionellen Vakuumabsaugsystems für Flugzeuge mit der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung zur Detektion von Körperschall;
- 3 eine schematische Darstellung des Ablaufs des Diagnoseverfahrens;
- 4 eine schematische Darstellung des detektierten Schallsignals;
- 5 eine schematische Darstellung des detektierten Frequenzmusters
- 6 eine schematische Darstellung geeigneter Frequenzklassen des detektierten Frequenzmusters und des Referenzmusters;
- 7 eine schematische Darstellung der Intensitätsabweichungen der einzelnen Frequenzklassen; und
- 8 eine schematische Darstellung der ermittelten Intensitätsabweichungen und der Schwellwerte.
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Die Verunreinigung des Rohrsystems des Vakuumabsaugsystems verläuft nicht kontinuierlich im Verlaufe der Zeit, so dass periodische Reinigungen des Rohrsystems die Gefahr einer kompletten Verstopfung nicht ausschließen können. Insbesondere ist das Risiko einer Verstopfung (X) des Rohrsystems abhängig von der Stärke bereits vorhandener Ablagerungen (SVA) und dem Passagiernutzungsverhalten (PNV). Die 1 zeigt diese Abhängigkeit schematisch. Dabei ist die Stärke der bereits vorhandenen Verschmutzungen (SVA) gegen das Passagiernutzungsverhalten (PNV) aufgetragen. Das Passagiernutzungsverhalten (PNV) ist im Prinzip sowohl von der Einsatzzeit des Flugzeugs als auch von dem individuellen Verhalten der Passagiere abhängig, insbesondere auch vom Einwerfen von Fremdkörpern in die Aufnahmevorrichtung, die üblicherweise in separaten Müllbehältern zu entsorgen sind. Im Zustand eines intensiv grundgereinigten Rohrsystems (Linie A) ist das Risiko einer Verstopfung minimal und das Reinigungsintervall maximal. Mit zunehmender Nutzung steigt auch die Stärke der vorhandenen Ablagerungen (Linie B) und damit auch das Risiko von Verstopfungen (X). Ab einem bestimmten Grad der Verschmutzung (Linie C) steigt das Verstopfungsrisiko (X) so weit an, dass eine Reinigung (Pfeil R) vonnöten ist. Feste Reinigungsintervallzeiten können nicht unbedingt gewährleisten, dass eine Reinigung vor dem kritischen Zeitpunkt, an dem es zu einer Verstopfung kommt, stattfindet. Derartige Verstopfungen beeinträchtigen die Verfügbarkeit des Flugzeugs erheblich, da für die Behebung des Schadens viele vermeidbare Arbeitsstunden anfallen und zu verlängerte Bodenstandzeiten des Flugzeugs führen. Um dieses Risiko zu minimieren, muss bei festen Reinigungsintervallzeiten, sehr oft und frühzeitig gereinigt werden. Es ist daher vorteilhaft ein Diagnoseverfahren bereitzustellen, das rechtzeitig und unkompliziert ein Verstopfungsrisiko (X) erkennt und somit die Reinigungsintervallzeiten dem Bedarf anpasst. Dadurch lassen sich Verstopfungen, die zu einer Funktionsuntüchtigkeit des Vakuumabsaugsystems 1 führen, größtenteils vermeiden. Selbstverständlich kann das Diagnoseverfahren aber eine durch grobe Zuwiderhandlung der Funktionsweise des Vakuumabsaugsystems 1 hervorgerufene Verstopfung nicht gänzlich ausschließen.
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Die 2a zeigt eine schematische Darstellung eines konventionellen Vakuumabsaugsystems 1 für Flugzeuge mit der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung. Das Vakuumabsaugsystem 1 besteht im Wesentlichen aus einer Aufnahmevorrichtung 2 (beispielsweise Toilettenschüssel) für die Aufnahme des Transportguts, das weg befördert werden soll. Über ein Spülventil 3 und ein Rohrleitungssystem 4 ist die Aufnahmevorrichtung 2 mit einem Abfallsammelbehälter 5, in der Regel ein Sammeltank, verbunden. Im System aus Sammeltank 5 und Rohrsystem 4 wird mittels einer geeigneten Unterdruckerzeugung 6, beispielsweise durch Vakuumpumpen, gegenüber dem Kabinendruck, bzw. Umgebungsdruck an der Aufnahmevorrichtung 2 ein Unterdruck erzeugt. Die Druckdifferenz zum Umgebungsdruck muss dabei ausreichend groß sein, um bei der Betätigung des Spülventils 3 das in der Aufnahmevorrichtung 2 platzierte Transportgut absaugen zu können. Während des Absaugvorgangs entstehen charakteristische Geräusche. Diese Geräusche werden mittels der Diagnosevorrichtung detektiert. An der Diagnosevorrichtung ist dabei ein Schallsensor 7 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist der Schallsensor 7 als ein Mikrofon zur Detektion von Luftschall ausgebildet, das an der Aufnahmevorrichtung 2 positioniert wird, um das Geräusch des Spülvorgangs detektieren zu können. Der Schallsensor 7 ist mit einer Verarbeitungseinrichtung 8 verbunden, beispielsweise über ein Signalkabel und geeignete Schnittstellen (nicht gezeigt). Die Diagnosevorrichtung weist ferner eine Analyseeinheit 9 und eine Speichereinheit 10 auf. Diese können auch zusammen in einem einzelnen externen Gerät 11 gebündelt sein, beispielsweise als ausgeführte Computerprogramme in einer Prozessoreinheit eines PCs. In 2b ist der gleiche Vorrichtungsaufbau schematisch dargestellt, nur mit dem Unterschied, dass der Schallsensor 7 dazu eingerichtet ist, Körperschall zu sensieren. Der Schallsensor 7 kann hier beispielsweise in direktem Kontakt zu dem Rohrleitungssystem 4 stehen.
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In 3 ist schematisch der Ablauf des Diagnoseverfahrens dargestellt. Kasten 12 zeigt dabei die Messung des Geräuschs des Spülvorgangs des Vakuumabsaugsystems 1 mit dem Mikrofon 7. Das Mikrofon 7 sollte Geräusche im Bereich einer Schallfrequenz von wenigen Hertz bis zu 20 kHz detektieren können, wobei insbesondere die niedrigen Frequenzbereiche unter 100 Hz für die Diagnose von Bedeutung sind. Das detektierte Schallsignal 22 wird an die Verarbeitungseinheit 8 weitergegeben und dort einer Frequenzanalyse unterzogen (Kasten 13), so dass ein verarbeitetes Signal als Frequenzmuster 14 entsteht. Im nächsten Schritt (Kasten 15) wird das detektierte Frequenzmuster 14 in der Analyseeinheit 9 mit einem Referenz-Frequenzmuster 16 verglichen. Das Referenz-Frequenzmuster 16 ist in der Speichereinheit 10 abgelegt und wird zur Analyse abgerufen. Es werden die Abweichungen 17 der Intensität der einzelnen Frequenzbereiche ermittelt und im nächsten Diagnoseschritt (Kasten 18) mit Schwellwerten 19 verglichen, die ebenfalls bereits in der Speichereinheit 10 abgelegt sein können. Eine detailliertere Darstellung des Frequenzvergleichs 15 und des Schwellwertvergleichs 18 ist in den 5 bis 7 ersichtlich. Die Abweichung von den Schwellwerten 19 kann dann in einer Ausgabeeinheit 20 ausgegeben werden (Kasten 21). Die Ausgabeeinheit 20 kann dabei beispielsweise in einem Bildschirm bestehen, der die Frequenzmuster 14, 16 und Schwellwerte 19 sowie Zustands- und/oder Handlungshinweise anzeigt, oder aber auch beispielsweise lediglich in Warnsignalen, beispielsweise in Form von Warnlämpchen.
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4 zeigt das detektierte Schallsignal 22, wobei die Intensität I (Schalldruck) über die Zeit t aufgetragen ist. Dieses Signal 22 wird einer Frequenzanalyse 13 unterzogen, so dass sich ein Frequenzmuster 14 ergibt, das die Intensität I in Abhängigkeit der Schallfrequenz f zeigt (5). Die Intensitäten I des Frequenzmusters 14 werden in geeignete Frequenzklassen 23 eingeteilt, beispielsweise 10 Klassen in einer logarithmischen oder linearen Frequenzskala (6). Es empfiehlt sich dabei eine logarithmische Skala, weil dadurch der niedrige Frequenzbereich unter 100 Hz besonders gut darstellbar ist. Dieser Frequenzbereich ist daher so besonders hervorzuheben, da sich gezeigt hat, dass die Intensität der niedrigen Frequenzen bei zunehmendem Verschmutzungsgrad durch Ablagerungen im Rohrleitungssystem 4 und somit einer Verringerung der Rohrquerschnitte, in stärkerem Maße abnimmt, als bei höheren Frequenzen. Die Frequenzklassen 23 des detektierten Frequenzmusters 14 werden mit den Intensitäten der Frequenzklassen 23 eines Referenz-Frequenzmusters 16 verglichen (Kasten 15) ( 7). Das Referenz-Frequenzmuster 16 ergibt sich dabei idealerweise aus bereits vorhergehenden Messungen des Absaugvorgangs bei demselben oder einem baugleichen Vakuumabsaugsystems 1 das im Neuzustand, oder nach einer intensiven Grundreinigung noch ohne Ablagerungen ist. Die ermittelten Abweichungen 17 werden dann mit Schwellwerten 19 verglichen (8). Diese Schwellwerte 19 können sich beispielsweise aus Messungen an einem verstopften (19a, gestrichelt) oder durch Ablagerungen gestörten (19b) Vakuumabsaugsystem 1 ergeben. Je nachdem, welche Schwellwerte 19a, 19b erreicht oder überschritten werden, können zugehörige Zustandshinweise oder Handlungsaufforderungen bereitgestellt werden (Kasten 21). Dadurch ist es möglich, Reinigungsintervalle zu wählen, die sich am tatsächlichen Bedarf aufgrund des Verschmutzungsgrades und des Nutzungsverhaltens ergeben, so dass eine frühzeitige bedarfsgerechte Reinigung erfolgen kann.
