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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Notsauerstoffsystem für einen Flugzeugpassagier und ein Verfahren zum Steuern der Sauerstoffzufuhr für eine Sauerstoffmaske eines Notsauerstoffsystem für einen Flugzeugpassagier, insbesondere zur Überkopfpositionierung oberhalb von Sitzreihen in einem Passagierflugzeug.
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Üblicherweise sind zur Sauerstoffnotversorgung von Passagieren eines Flugzeugs, beispielsweise bei plötzlichem Druckverlust in der Kabine, Sauerstoffmasken überden Sitzen unterhalb der Überkopf-Gepäckfächer vorgesehen, welche in einem Notfall aus der Kabinendecke herausfallen und die Passagiere mit Sauerstoff aus einer zentralen oder dezentralen Sauerstoffversorgung versorgen.
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Es ist bekannt, die Sauerstoffzufuhr in eine Sauerstoffmaske im Notfall nach Bedarf zu regeln. Das Einatmen eines Passagiers bei aufgesetzter Sauerstoffmaske erzeugt dabei einen leichten Unterdruck in der Sauerstoffmaske, der registriert wird, woraufhin ein Sauerstoffpuls in die Maske ausgelöst wird, den der Passagier einatmen kann. Je höher die Atemfrequenz des Passagiers ist, umso mehr Sauerstoffpulse werden dem Passagier bereitgestellt, um zum einen dem Sauerstoffbedarf gerecht zu werden, zum anderen aber nicht dann Sauerstoff bereitzustellen, wenn er nicht gebraucht wird, wie etwa während des Ausatmens.
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Problematisch ist es allerdings, wenn der zu registrierende leichte Unterdruck in der Sauerstoffmaske nicht erreicht wird, sodass kein Atemzug registriert wird und entsprechend kein Sauerstoffpuls ausgelöst wird. Dies könnte beispielsweise passieren, wenn die Sauerstoffmaske nicht korrekt aufgesetzt ist und beim Einatmen Umgebungsluft in die Sauerstoffmaske einströmt, sodass sich kein Unterdruck aufbaut. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Szenarios ist wahrscheinlicher bei Kleinkindern und Babys, bei denen aus mehreren Gründen zum einen die Wahrscheinlichkeit für einen nicht optimalen Sitz der Sauerstoffmaske grundsätzlich höher ist und zum anderen die Registrierung des im Vergleich zu Erwachsenen grundsätzlich flacheren Atems schwieriger ist.
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Die
US 2019/0224505 A1 beschreibt ein Notsauerstoffsystem, bei dem das Risiko von Leitungsverstopfungen reduziert ist. Die
DE 10 2004 063 698 A1 betrifft ein Notsauerstoffsystem für Flugzeugpassagiere mit einer Sauerstoffbedarfsermittlung und Dosiereinrichtung für die Dosierung des ermittelten Sauerstoffbedarfs. Die
EP 2 152 578 B1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, in Abhängigkeit von der Flughöhe die Sauerstoffmasken entweder in einem bedarfsgesteuerten Betriebsmodus mit Sauerstoff zu versorgen oder permanent mit Sauerstoff, wobei ein Reservoirbeutel mit Sauerstoff gefüllt wird, an dem die Sauerstoffmaske angeschlossen ist.
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Nachteilig an der Lösung der
EP 2 152 578 B1 ist, dass ein Reservoirbeutel benötigt wird, um bei permanenter Sauerstoffversorgung den Sauerstoff zu puffern, damit dieser zum einen nicht ungenutzt entweicht und zum anderen zur Verfügung steht, wenn der Passagier einatmet. Im Übrigen ist es an der
EP 2 152 578 B1 nachteilig, dass nicht in jeder Flughöhe eine Sauerstoffversorgung bei inkorrekt sitzender Maske gewährleistet ist.
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Das hierin offenbarte Notsauerstoffsystem und Verfahren bietet dagegen in jeder Flughöhe eine ausreichende Sauerstoffversorgung selbst bei schlecht sitzender Maske, wobei kein Reservoirbeutel benötigt wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Notsauerstoffsystem für einen Flugzeugpassagier bereitgestellt mit
- - einer Sauerstoffmaske,
- - einer steuerbaren Sauerstoffzufuhr für die Sauerstoffmaske, und
- - einer Steuerungseinheit zum Steuern der Sauerstoffzufuhr zur Sauerstoffmaske,
wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, die Sauerstoffzufuhr derart zu steuern, dass ein Bedarfs-Sauerstoffpuls in die Sauerstoffmaske strömt, wenn ein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wird, und, dass regelmäßig Sicherheits-Sauerstoffpulse in die Sauerstoffmaske strömen, wenn innerhalb eines bestimmten Zeitfensters kein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wurde.
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Das hierin offenbarte Notsauerstoffsystem nutzt also nicht nur die Registrierung eines Atemzugs eines Flugzeugpassagiers für die bedarfsorientierte Sauerstoffzufuhr, sondern verwendet gleichzeitig im selben Betriebsmodus die Information über eine Nicht-Registrierung eines Atemzugs eines Flugzeugpassagiers innerhalb eines bestimmten Zeitfensters als Auslöser, um regelmäßig Sicherheits-Sauerstoffpulse in die Sauerstoffmaske in die Maske abzugeben. Dadurch ist sichergestellt, dass selbst bei schlecht sitzender Maske und sehr flachem Atem regelmäßig Sauerstoff in der Sauerstoffmaske ist, der vom Flugzeugpassagier eingeatmet werden kann. Durch die regelmäßige Abgabe von Sicherheits-Sauerstoffpulsen kann die Sauerstoffmaske selbst als Sauerstoff-Puffer fungieren, sodass kein Reservoirbeutel wie im Stand der Technik bei permanenter Sauerstoffversorgung benötigt wird.
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Die Flughöhe oder der Kabinendruck spielt keine Rolle bei der Steuerung, ob ein Bedarfs-Sauerstoffpuls oder Sicherheits-Sauerstoffpulse abgegeben werden. Die Flughöhe und/oder der Kabinendruck geht allerdings erfindungsgemäß bei der Bemessung der Periode der Sicherheits-Sauerstoffpulse und/oder der Sauerstoffmenge pro Sicherheits-Sauerstoffpuls ein. Je höher die Flughöhe oder je niedriger der Kabinendruck ist, umso häufiger und/oder größer sind die Sicherheits-Sauerstoffpulse.
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Optional kann das Zeitfenster eine bestimmte Länge haben und sowohl durch ein Auslösen des Notsauerstoffsystems als auch durch einen Bedarfs-Sauerstoffpuls neu starten. Es kann also nicht nur zu Beginn nach dem Auslösen des Notsauerstoffsystems überprüft werden, ob kein Atemzug innerhalb eines Zeitfensters registriert wird, sondern auch nach jedem registrierten Atemzug wieder. Das Zeitfenster kann vorzugsweise so eingestellt sein, dass bei normaler Atmungsfrequenz mit registrierbaren Atemzügen kein Sicherheits-Sauerstoffpuls abgegeben werden muss. Beispielsweise kann das Zeitfenster 10 Sekunden betragen, da man erwarten kann, dass innerhalb von 10 Sekunden ein Atemzug registriert werden müsste. Wenn nach 10 Sekunden allerdings kein Atemzug registriert wurde, startet die regelmäßige Abgabe von Sicherheits-Sauerstoffpulsen.
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Optional kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, die Sauerstoffzufuhr derart zu steuern, dass nach Ablauf des Zeitfensters regelmäßig so lange Sicherheits-Sauerstoffpulse in die Sauerstoffmaske strömen bis ein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wird. Die regelmäßige Abgabe von Sicherheits-Sauerstoffpulsen wird dabei dann nur von der Registrierung eines Atemzugs des Flugzeugpassagiers gestoppt, woraufhin ein Bedarfs-Sauerstoffpuls abgegeben wird.
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Optional kann das Zeitfenster länger sein als eine Periode der regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulse. Die Periode der regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulse kann beispielsweise 4 Sekunden betragen, was in etwa einer erwarteten Atemfrequenz von 15 Atemzügen pro Minute entspricht. Damit ist es wahrscheinlich, dass bei mindestens jedem zweiten nicht registrierten Atemzug des Flugzeugpassagiers Sauerstoff in der Sauerstoffmaske zum Einatmen bereitsteht. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass bei einem nicht registrierten Atemzug des Flugzeugpassagiers Sauerstoff in der Sauerstoffmaske zum Einatmen bereitsteht, kann die Periode der regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulse verkürzt werden, also beispielsweise nur 2 Sekunden betragen. Um dabei die Gesamtabgabe an Sauerstoff durch die regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulse nicht zu erhöhen, kann die Sauerstoffmenge pro Sicherheits-Sauerstoffpuls entsprechend reduziert sein, also beispielsweise nur 50% eines normalen Sicherheits-Sauerstoffpulses betragen.
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Optional kann ein Bedarfs-Sauerstoffpuls eine größere Sauerstoffmenge enthalten als ein Sicherheits-Sauerstoffpuls. Dadurch wird vermieden, dass eine zu große Menge an Sauerstoff bereitgestellt wird, der nicht eingeatmet wird. Im Falle eines Bedarfs-Sauerstoffpulses ist sichergestellt, dass der Sauerstoff tatsächlich eingeatmet wird, wogegen ein Sicherheits-Sauerstoffpuls mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nicht eingeatmet wird. Allerdings kann man auch davon ausgehen, dass nicht registrierte Atemzüge weniger Sauerstoffbedarf haben als registrierte Atemzüge. Beispielsweise im Falle eines Kindes oder Babys, das nicht registrierte Atemzüge vollführt, ist der Sauerstoffbedarf geringer als bei einem Erwachsenen.
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Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Steuerungseinheit erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die Sauerstoffzufuhr derart zu steuern, dass die Periode der Sicherheits-Sauerstoffpulse und/oder die Sauerstoffmenge pro Sicherheits-Sauerstoffpuls von der Flughöhe oder dem Kabinendruck abhängt. Damit ist die Sauerstoffabgabe über die Sicherheits-Sauerstoffpulse an den allgemeinen Notfallbedarf angepasst. Je höher die Flughöhe oder je niedriger der Kabinendruck ist, umso höher ist der Sauerstoffbedarf, der nicht durch die Kabinenluft gedeckt werden kann, sodass die Sicherheits-Sauerstoffpulse entsprechend häufiger und/oder größer sein können.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Steuern der Sauerstoffzufuhr für eine Sauerstoffmaske eines Notsauerstoffsystem für einen Flugzeugpassagier mit den Schritten:
- - Zuführen eines Bedarfs-Sauerstoffpulses in die Sauerstoffmaske, wenn ein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wird, und
- - Zuführen von regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulsen in die Sauerstoffmaske, wenn innerhalb eines bestimmten Zeitfensters kein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wurde.
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Optional kann das Zeitfenster eine bestimmte Länge haben und sowohl durch ein Auslösen des Notsauerstoffsystems als auch durch einen Bedarfs-Sauerstoffpuls neu starten.
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Optional können nach Ablauf des Zeitfensters regelmäßig so lange Sicherheits-Sauerstoffpulse der Sauerstoffmaske zugeführt werden bis ein Atemzug des Flugzeugpassagiers registriert wird.
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Optional kann das Zeitfenster länger sein als eine Periode der regelmäßigen Sicherheits-Sauerstoffpulse.
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Optional kann ein Bedarfs-Sauerstoffpuls eine größere Sauerstoffmenge enthalten als ein Sicherheits-Sauerstoffpuls.
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Erfindungsgemäß hängt die Periode der Sicherheits-Sauerstoffpulse und/oder die Sauerstoffmenge pro Sicherheits-Sauerstoffpuls von der Flughöhe oder dem Kabinendruck ab.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt mit gespeicherten Anweisungen zum Ausführen des zuvor beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren kann also durch Software auf einem Computer ausgeführt werden, nach deren Anweisungen die Steuerungseinheit betrieben wird.
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Die Offenbarung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht auf die Komponenten eines beispielhaften Notsauerstoffsystems mit einer Steuerungseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
- 2 ein Diagramm des Sauerstoffzuflusses in die Notsauerstoffmasken als Funktion über die Zeit jeweils basierend auf Atmung und Sauerstoffzufuhr gemäß einer beispielshaften Ausführungsform des hierin offenbarten des Steuerungsverfahrens.
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In 1 sind Komponenten eines Notsauerstoffsystems 1 gezeigt, mit dem Flugzeugpassagiere im Falle eines Flugzeugkabinendruckverlustes über einen gewissen Zeitraum mit Sauerstoff versorgt werden können, während sich das Flugzeug in Flughöhen befindet, in denen der Umgebungsluftdruck keine ausreichende Sauerstoffversorgung der Flugzeugpassagiere gewährleistet. Das Notsauerstoffsystems 1 weist einen Sauerstoffdruckbehälter 3, der mit Sauerstoff angereichertes Atemgas enthält, das komprimiert unter Druck steht. Alternativ oder zusätzlich könnte ein chemischer Sauerstoffgenerator mit Pufferbehältervorrichtung im Notsauerstoffsystems 1 vorgesehen sein, um bei Bedarf Sauerstoff chemisch zu erzeugen.
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Das Notsauerstoffsystems 1 weist ferner eine Steuerungseinheit 5 und vier Notsauerstoffmasken 7 auf. Die Steuerungseinheit 5 weist ein Verteilermodul 9 auf, das mit einer rohr- oder schlauchförmigen Fluidverbindung 11 mit dem Sauerstoffdruckbehälter 3 verbunden ist, wobei der Sauerstoffdurchfluss durch die Fluidverbindung 11 mittels eines Absperrelements 12 und eines Regelventils 13 einstellbar ist. Die vier Notsauerstoffmasken 7 sind jeweils mit einer schlauchförmigen Fluidverbindung 15 mit dem Verteilermodul 9 der Steuerungseinheit 5 verbunden. Die Sauerstoffzufuhr in die jeweilige schlauchförmige Fluidverbindung 15 wird jeweils über ein elektrisch steuerbares Ventil 17 im Verteilermodul 9 gesteuert. Die Steuerungseinheit 5 weist ferner Steuerungselektronik 19 zum Steuern der Ventile 17 auf.
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In 2 ist gezeigt, wie die Steuerungseinheit 5 den Sauerstoffzufluss in die Notsauerstoffmasken 7 regelt. Der relative Druck in der jeweiligen Notsauerstoffmaske 7 ist hier auf einer beliebigen Skala über die Zeit in Sekunden abgetragen. In einem ersten Zeitabschnitt A führen Atemzüge 20 eines Passagiers, der durch eine der Notsauerstoffmasken 7 atmet, zu einer relativen Druckschwankung in der jeweiligen Notsauerstoffmaske 7 (siehe gestrichelte Linie). Diese Druckschwankung wird durch die Steuerungseinheit 5 registriert und ein Bedarfs-Sauerstoffpuls 21 (siehe durchgezogene Linie) abgegeben, wenn der relative Druck in der Notsauerstoffmaske 7 unter eine Schwelle sinkt und/oder die Rate des Druckabfalls unter eine Schwelle sinkt.
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Wenn allerdings in einem zweiten Zeitabschnitt B kein Atemzug 20 registriert wird, so werden nach einem bestimmten Zeitfenster T regelmäßig Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 abgegeben. Die Frequenz der Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 ist hier mehr als fünfmal höher als die typische Frequenz der Bedarfs-Sauerstoffpulse 21. Die Pulsdauer der Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 beträgt hingegen weniger als die Hälfte der Pulsdauer der Bedarfs-Sauerstoffpulse 21. Damit wird einerseits die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass bei einem nicht registrierten Atemzug genug Sauerstoff in der Notsauerstoffmaske 7 bereitsteht, aber andererseits nicht unnötig Sauerstoff für die Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 verschwendet wird, wenn es weniger oder gar keinen Atembedarf gibt. Das Zeitfenster T ist hier mit ca. 10 Sekunden größer gewählt als die typische Periodendauer der Bedarfs-Sauerstoffpulse 21, damit zwischen normal registrierten Atemzügen 20 keine Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 abgegeben werden.
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Die Sicherheits-Sauerstoffpulse 23 werden so lange abgegeben bis wieder ein Atemzug 20 registriert wird. Dann werden in einem dritten Zeitabschnitt C wieder durch registrierte Atemzüge 20 ausgelöste Bedarfs-Sauerstoffpulse 21 abgegeben.
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Die nummerierten Bezeichnungen der Bauteile oder Bewegungsrichtungen als „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. sind hierin rein willkürlich zur Unterscheidung der Bauteile oder Bewegungsrichtungen untereinander gewählt und können beliebig anders gewählt werden. Es ist damit kein Bedeutungsrang verbunden.
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Äquivalente Ausführungsformen der hierin beschriebenen Parameter, Bauteile oder Funktionen, die in Anbetracht dieser Beschreibung einer fachlich versierten Person als offensichtlich erscheinen, seien hierin so erfasst als wären sie explizit beschrieben. Entsprechend soll der Schutzbereich der Ansprüche solche äquivalente Ausführungsformen umfassen. Als optional, vorteilhaft, bevorzugt, erwünscht oder ähnlich bezeichnete „kann“-Merkmale sind als optional zu verstehen und nicht als schutzbereichsbeschrä n kend.
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Die beschriebenen Ausführungsformen sind als illustrative Beispiele zu verstehen und stellen keine abschließende Liste von möglichen Ausführungsformen dar. Jedes Merkmal, das im Rahmen einer Ausführungsform offenbart wurde, kann allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen verwendet werden, unabhängig davon, in welcher Ausführungsform die Merkmale jeweils beschrieben wurden. Während mindestens ein Ausführungsbeispiel hierin beschrieben und gezeigt ist, seien Abwandlungen und alternative Ausführungsformen, die einer fachmännisch versierten Person in Anbetracht dieser Beschreibung als offensichtlich erscheinen, vom Schutzbereich dieser Offenbarung mit erfasst. Im Übrigen soll hierin weder der Begriff „aufweisen“ zusätzliche andere Merkmale oder Verfahrensschritte ausschließen noch soll „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl ausschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Notsauerstoffsystem
- 3
- Sauerstoffdruckbehälter
- 5
- Steuerungseinheit
- 7
- Notsauerstoffmasken
- 9
- Verteilermodul
- 11
- Fluidverbindung
- 13
- Regelventil
- 15
- Fluidverbindung
- 17
- Ventile
- 19
- Steuerungselektronik
- 20
- Atemzüge
- 21
- Bedarfs-Sauerstoffpulse
- 23
- Sicherheits-Sauerstoffpulse
- T
- Zeitfenster
- A
- erster Zeitabschnitt
- B
- zweiter Zeitabschnitt
- C
- dritter Zeitabschnitt
