DE1070929B

DE1070929B -

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Publication number: DE1070929B
Application number: DENDAT1070929D
Authority: DE
Publication date: 1959-12-10

Description

Es gibt bereits Geräte zur Regelung des Zustandes eines Mediums innerhalb eines geschlossenen Raumes, z. B. der Temperatur der Luft innerhalb eines Abteils, mit einer Quelle erhitzter Luft, einer Quelle gekühlter Luft, einer Vorrichtung zum Mischen der erhitzten und der gekühlten Luft zwecks Einführung des Luftgemisches in das Abteil und einer ersten Vorrichtung, die auf eine Änderung der Lufttemperatur innerhalb des Abteils anspricht, um die Mischvorrichtung zu regeln.

Die Erfindung unterscheidet sich demgegenüber dadurch, daß eine zweite Vorrichtung vorgesehen ist, welche auf die Geschwindigkeit der Änderungen in fer Temperatur des Luftgemisches anspricht, um die CTgelung der Mischvorrichtung zu begrenzen.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung einer erfindungsgemäßen Temperaturregelungsanlage für die Kabinen von Flugzeugen;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Elektronensystems, einschließlich der Temperaturabnahmen und der Magnetspule zum Betriebe des Umlauf regulierventils ;

Fig. 3 zeigt eine Modifikation des Stromnetzes nach Fig. 2;

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstabe die Senkvorrichtung einschließlich des durch die Magnetspule betätigten Flatterventils und der Servorrückkoppelung.

Die Konstruktion einer Klimaanlage für moderne Flugzeuge erfordert die Berücksichtigung mehrerer Faktoren, welche mit den Änderungen im Flugbetriebe schwanken und die Erfordernisse der Anlage bestimmen. Beispielsweise kann während des Betriebes am Boden und während des Fluges in niedrigen Höhen von der Anlage verlangt werden, daß sie in den Fluggastraum oder in den Führerraum einen Strom kühler Luft fördert, um für die darin befindlichen Personen angenehme Verhältnisse zu schaffen. Bei mäßigen Höhen kann von der Anlage gefordert werden, daß sie einen Strom warmer Luft fördert, und während des Fluges in großen Höhen und bei hoher Geschwindigkeit wird die Anlage wahrscheinlich dazu berufen sein, den Kabinen kalte Luft zuzuführen.

Bisher sind verschiedene Anlagen entwickelt worden unter Verwendung einer Druckluftquelle, wobei beispielsweise der Kompressor einer Turbine angezapft wird und wobei Luft bei den verschiedenen Temperaturen, wie sie für die Behaglichkeit der Kabineninsassen erforderlich sind, zugeführt wird. Bei solchen Anlagen wird ein Teil der heißen Druckluft twit den üblichen Mitteln gekühlt, um einen kalten Luftstrom zu erhalten, während ein anderer Teil der heißen komprimierten Luft für die Zufuhr eines

Gerät '
zur Regelung des Zustandes eines Mediums innerhalb eines geschlossenen Raumes,
z. B. der Temperatur der Luft
innerhalb einer Flugzeugkabine

Anmelder:

United Aircraft Corporation,
East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke₁ Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg₁
München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 26. November 1954

James Stanley Sims, Granby₁ Conn.,
und Thomas Paul Parkas, Bloomfield₁ Conn. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Stromes von Warmluft verwendet wird. Die heiße und die kalte Luft werden in wechselnden Anteilen miteinander gemischt und dem Fluggastraum bzw. dem Führerraum zugeleitet, um die gewünschte Lufttemperatur in den Kabinen zu erhalten.

Diese Anlagen können auch gemäß der üblichen Praxis so eingerichtet sein, daß sie einen gewählten Kabinendruck aufrechterhalten. Da aber die Erfindung sich in erster Linie auf den Teil einer solchen Anlage bezieht, der die Temperatur der Luft regelt, soll die Druckregelung hier nur kurz gestreift werden.

Die in den Zeichnungen dargestellte und zur Erläuterung der Erfindung gewählte besondere Ausführungsform umfaßt eine Quelle 10 für Druckluft, beispielsweise den Kompressor eines Strahltriebwerks. Heiße Luft aus dem Kompressor wird durch die Leitung 12 abgezapft und durch zwei parallele Leitungen 14 und 16 der Eintrittsleitung 18 der Kabine zugeführt. Die dem Kompressor 10 entnommene und über die Leitung 16 geförderte Luft wird gekühlt, um die vorher erwähnte Kaltluftförderung für die Kabine 20 zu erhalten, während die über die Leitung 14 geförderte Luft die Kühlvorrichtung umgeht und als heiße Luft zu der Kabine strömt.

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Unter besonderer Bezugnahme auf die Kaltluftzufuhr sei hier bemerkt, daß die Luft in der Leitung 16 durch einen Wärmeaustauscher 22 geleitet wird, in welchem sie den größeren Teil ihrer Wärme abgibt. Hierauf strömt die Luft durch die Leitung 24 zum Antrieb einer Turbine 26, welche dem Luftstrom Energie entnimmt und dabei die Lufttemperatur noch weiter herabsetzt. Die gekühlte Luft strömt von der Turbine 26 zu der Kabineneintrittsleitung 18. Die Kühlluft für den Wärmeaustauscher 22 tritt durch eine Leitung 28 ein, welch letztere mit Staudruckluft beschickt werden kann. Nach dem Verlassen des Wärmeaustauschers 22 tritt die Kühlluft in die Leitung 30 ein und strömt durch einen von der Turbine 26 angetriebenen Ventilator bzw. ein Gebläse 32 und von diesem durch eine Rohrleitung 34 nach Außenbord. Das Gebläse 32 ist die Belastung der Turbine 26, welche somit in die Lage versetzt wird, eine Nutzarbeit zu leisten und der durch sie hindurchströmenden Luft Wärme zu entziehen.

Der Zustrom der durch die Umlaufleitung 14 geförderten heißen Luft wird geregelt durch das Drosselventil 48 (Fig. 4), seinerseits geregelt durch die Servovorrichtung 34, und geht dann durch die Rohrleitung 36 zu der Lufteintrittsleitung 18 der Kabine. Der Heißluftzustrom aus der Leitung 36 und der Kaltluftzustrom aus der Turbine 26 werden in der Lufteintrittsleitung 18 miteinander gemischt, also vor Eintritt in die Kabine. Die Anteilsmengen des Gemisches werden geregelt durch die Servovorrichtung 34, welche automatisch in Tätigkeit versetzt wird, und zwar durch die in der Kabine 20 sowie in der Leitung 18 angebrachten Temperaturfühler 40, 42, 43, 44.

Die Anlage wurde beschrieben ohne Berücksichtigung der Druckerfordernisse in verschiedenen Höhenlagen und der wechselnden Verhältnisse des Flugbetriebes. Der Einfachheit halber soll angenommen werden, daß die Anlage der Kabine Luft unter einem Druck zuführt, der für alle in Frage kommenden Flugverhältnisse ausreicht, und daß ein auf Druck ansprechender Kabinenventilator bzw. ein Entlastungsventil oder Abblasventil 38 angeordnet ist, um den Kabinendruck auf einer gewünschten bzw. ausgewählten Höhe zu halten.

Die oben beschriebene Anlage für die Zufuhr von Kabinenluft wird leichter verständlich werden, wenn man bei der Erklärung der Betriebsweise für Temperatur und Druck einige beliebig angenommene Zahlen verwendet. Diese Zahlen sollen also nur der Erklärung dienen, und die Erfindung ist keineswegs durch diese besonderen Zahlen oder Zahlenbereiche irgendwie eingeschränkt.

Wenn der Kompressor Luft mit einer Temperatur von rund 371° C und unter einem Druck von 4,2 kg/cm² fördert, dann ist es ganz klar, daß die Heißluft in der Leitung 14 ebenfalls eine Temperatur von oder nahezu rund 371° C und einem Druck von 4,2 kg/cm² besitzt. Beim Durchströmen des Wärmeaustauschers 22 von der Leitung 16 aus zu der Leitung 24 kann die Temperatur der heißen komprimierten Luft auf rund 93° C und der Druck derselben auf 3,85 kg/cm² herabgesetzt werden. Bei Durchströmen der Turbine 26 von der Leitung 24 aus zu der Lufteintrittsleitung 18 der Kabine kann die Temperatur der Luft weiterhin von rund 93° C auf etwa —18° C und der Druck derselben auf 0,7 kg/cm² herabgesetzt werden. Es steht also ein Kaltluftzustrom von rund —18° C und einem Druck von 0,7 kg/cm² sowie ein Heißluftzustrom — gedrosselt — mit einer Temperatur von rund 371° C und einem Druck von 4,2 kg/cm² zur Verfügung.

Soll innerhalb der Kabine bzw. des Führerraums 20 eine Lufttemperatur von etwa +18° C gehalten werden und ist die Temperatur der Außenluft gleich 35° C, wie es am Meeresspiegel bei niedrigen Geschwindigkeiten vorkommen kann, dann ist es wohl klar, daß wenig oder gar kein Bedarf für heiße Luft aus der Leitung 36 besteht. Demzufolge kann das Drosselventil 48 für den Heißluftzustrom geschlossen oder doch praktisch geschlossen sein. Wenn sich jedoch die Flugverhältnisse ändern, so daß die Temperatur der Außenluft auf rund —18° C fällt, dann muß das Drosselventil 48 geöffnet werden, um ein größeres Volumen heißer Luft einzuführen und gleichzeitig — infolge seiner Anordnung in einer Umgehungsleitung — den Zustrom von Kaltluft herabzusetzen und somit innerhalb der Kabine die einmal gewählte Temperatur von rund +18° C zu halten. Wenn sich die Flugverhältnisse weiterhin ändern, beispielsweise durch eine Zunahme der Geschwindigkeit, so daß die Luftreibung die Kabine erhitzt, obwohl die Temperatur der Außenluft dabei niedrig sein kann, dann kann es notwendig werden, der Kabine neuerdings Kaltluft zuzuführen. Unter gewissen Verhältnissen kann es notwendig werden, den Zustrom an Luft zur Kabine auf einer Temperatur nahe der Grenztemperatur des Kaltluftzustroms zu halten, in welchem Falle das Ventil 48 neuerdings geschlossen oder doch praktisch geschlossen werden muß.

Der Erfindung zufolge wird die Servovorrichtung 34 gesteuert durch Temperaturfühler, von denen einer, 40, in der Kabine 20 angebracht ist, um die Kabinentemperatur abzufühlen, während die Fühler 42 und 43 in dem Einlaßkanal 18 angeordnet sind, um die Temperatur des der Kabine durch die Leitung 18 zugeführten Luftgemisches abzufühlen, und schließlich ein Fühler44 in der Leitungl8 angebracht ist, um irgendwelche Temperaturänderungen des Luftgemisches abzufühlen. Von diesen vier Temperaturfühlern gehen Signale zu einem Elektronen-Wählerstromkreis 46, welcher das betreffende Signal zur Steuerung des Ventils 48 auswählt. Das ausgewählte Signal erregt eine Proportionalitäts-Magnetspule, hier ganz allgemein mit 35 bezeichnet, wodurch über die Servovorrichtung das Ventil 48 betätigt wird. Die Signale aus dem Temperaturfühler 40 bewegen das Ventil 48 so, daß praktisch die einmal gewählte Kabinentemperatur gehalten wird. Signale aus dem Temperaturfühler 42 machen die Signale aus dem Temperaturfühler 40 unwirksam, falls die Temperatur des Luftgemisches einen vorher gewählten Wert, wie z. B. rund 121° C. überschreitet, um damit die Höchsttemperatur der der Kabine zugeführten Luft zu beschränken und Schäden an der Kabinenstruktur oder ein unbehagliches Gefühl bei den Insassen der Kabine zu vermeiden. Die Signale aus dem Temperaturfühler 43 überlagern sich den Signalen aus dem Temperaturfühler 40, falls die Temperatur des Luftgemisches unter einen vorher eingestellten Wert, wie z.B. rund +I⁰C₁ fällt, um die Eisbildung in den Leitungen und Kanälen zu vermeiden. Die Signale aus dem Temperaturfühler 44 über den Kondensator 122 (Fig. 2) überlagern sich zeitweise den Signalen aus dem Temperaturfühler 40 in der Kabine, um rasche Temperaturänderungen des Luftgemisches zu verhindern und damit die Arbeitsweise der ganzen Anlage beständiger zu machen. Es wurde festgestellt, daß die Temperatur der dem Kompressor entnommenen Luft während des Fluges in einem erheblichen Bereich sehr rasch schwanken kann. Diese rasche und erhebliche Änderung in dem Zustande des Luftzustroms würde sich auswirken in

einer erheblichen Änderung der Temperatur des Luftgemisches und könnte sehr wohl zu einer beträchtlichen Änderung in der Temperatur des Fluggastraums oder des Führerraums Anlaß geben, bevor noch der Temperaturfühler 40 die notwendigen Korrekturen in der Einstellung des Ventils 48 vornimmt. Der Temperaturfühler 44 liefert über den damit verbundenen elektrischen Stromkreis Signale, wobei er auf die Geschwindigkeit der Temperaturänderung anspricht. Dadurch werden rasche Änderungen in der Temperatür der durch die Leitung 18 zugeführten Luft und damit die oben beschriebenen Schwankungen der Kabinentemperatur vermieden, die Arbeitsweise der ganzen Anlage wird stetiger, und ebenso wird auch ein Hinausschießen über die einmal eingestellte Temperatur vermieden.

Die Servovorrichtung 34 ist in den Einzelheiten dargestellt in der Fig. 4, in welcher das Drosselventil 48 als zwischen den Rohrleitungen 14 und 36 gelegen eingezeichnet ist. Das Ventil 48 ist angebracht auf einer Welle 50 zwecks Betätigung durch einen geschlitzten Hebel 52, welcher seinerseits durch einen Servokolben 54 bewegt wird. Die Luft aus der Leitung 14 wird stromaufwärts von dem Ventil 48 durch eine Einschnürung 56 hindurch in eine Leitung mit den Zweigleitungen 58 und 60 geleitet. Die Zweigleitung 58 führt zu der Kammer 62 oberhalb der Membran 64 des Kolbens 54, während die Zweigleitung 60 zu einer Düse 66 führt, deren Durchgangsquerschnitt reguliert wird durch ein Flatterventil 68, angebracht auf einem Hebel 69, der sich um einen Drehpunkt drehen kann. Der Durchgangsquerschnitt der Einschnürung 56 ist klein, vergleichsweise etwa ein Fünftel von dem Durchgangsquerschnitt der Düse 66, wenn das Flatterventil 68 weit geöffnet ist, so daß der Druck in der Zweigleitung 60 eine Funktion ist von dem Abstand zwischen dem Flatterventil 68 und der Düse 66 und somit den Druck in der Servokammer 62 reguliert. Nähert sich das Flatterventil 68 der Düse 66, dann nimmt der Durchgangsquerschnitt der Düse in dem gleichen Verhältnis der Annäherung ab, wodurch der Durchfluß durch die Düse 66 eingeschränkt wird. Der Druck in der Leitung 60 nimmt zu, ebenso der Druckabfall bzw. das Druckgefälle in der Düse 66, das Druckgefälle in der Einschnürung 56 nimmt ab, während der Druck in der Servokammer 62 zunimmt. Eine Zunahme des Druckes in der Servokammer 62 drückt den Kolben 54 nach unten; letzterer dreht über den Bolzen 70, welcher den Kolben 54 mit dem geschlitzten Hebel 52 verbindet, die Welle 50 so, daß das Ventil 48 geöffnet wird. Umgekehrt, wenn das Flatterventil 68 von der Düse 66 fortbewegt wird, dann nimmt der freie Durchgangsquerschnitt der Düse 66 in dem gleichen Verhältnis zu. Dadurch wird die Leitung 60 teilweise entlüftet, und im gleichen Verhältnis wird der statische Druck in der Kammer62 herabgesetzt, wodurch es der Feder 72 möglich wird, den Kolben 54 nach aufwärts zu drücken und dadurch die Welle 50 so zu drehen, daß das Ventil 48 in der Richtung des Schließens bewegt wird.

Der Hebel 69 schwingt um seinen Drehpunkt 74 infolge der Wirkungen des elektrischen Stromes in den Spulen 80 und 82 der Proportionalitäts-Magnetspule 35. Der Strom in diesen Spulen wird geregelt durch die Temperaturfehlersignale, die durch das nachstehend beschriebene Elektronen-Steuersystem kommen. Die Proportionalitäts-Magnetspule 35 arbeitet nach einem Prinzip, wie es in der USA.-Patentschrift 2 579 723 erläutert ist. Die vorliegende Bauart wurde jedoch gegenüber derjenigen des erwähnten Patents

insofern etwas abgeändert, als man einen um einen Drehpunkt schwingenden zweiarmigen Hebel 69 vorgesehen hat an Stelle eines geradlinig beweglichen Ankers.

Der im allgemeinen permanente Magnet 84 hat zwei Kraftlinienwege, davon je einen durch den Kern jeder der Spulen 80 und 82 und den Hebel 69. Die magnetischen Felder der Spulen 80 und 82 bewirken Kraftlinienflüsse durch den Hebel 69 und die Kerne der Spulen 80 und 82, wobei dem einen der beiden Kraftlinienflüsse des permanenten Magneten entgegengearbeitet wird, während der andere unterstützt wird, so daß man an einem Ende des Hebels eine größere Anziehungskraft erhält als am anderen Ende und damit eine Kraft, die proportional ist dem Strom in den Spulen 80 und 82, um so den Hebel 69 um seinen Drehpunkt 74 zu bewegen.

Bei der Bewegung des Hebels 69 wird entweder die Feder 78 oder es werden die Federn 76 und 88 zusammengedrückt. Damit erhält man eine Gegenkraft bei einer Federkonstanten, die praktisch gleich, aber ein ganz wenig größer ist als die negative Federkonstante der Proportionalitäts-Magnetspule, d. h. das Ausmaß der Zunahme in dem Zuge des permanenten Magneten infolge der Bewegung des Hebels 69 allein.

In der zur Erläuterung der Erfindung gewählten Struktur wirkt der Zentrierfeder 78 die Rückkoppelungsfeder 88 entgegen, und zwar mit einer solchen Kraft, daß um den Drehpunkt 74 ein Gleichgewicht hergestellt wird, durch die Nettokraft der Federn 78 und 88, die Kraft der Zentrierfeder 76, unbeschadet der restlichen Kraft von dem permanenten Magneten, die durch den Strom in der Magnetspule ausgeübte Kraft und die verhältnismäßig geringe Kraft infolge des auf das Flatterventil an der Düse ausgeübten Druckes.

Wie bereits oben erwähnt wurde, betätigt die Bewegung des Hebels 69 durch das Proportionalitätssolenoid 35 das Flatterventil 68 in der Weise, daß der Druck in der Servokammer 62 geändert wird, wodurch wiederum die Welle 50 gedreht und das Ventil 48 betätigt wird. Auf der Welle 50 befestigt, so daß er sich mit derselben drehen kann, ist ein Nocken 86, der so ausgeführt ist, daß er die Kompression der Feder 88 zwischen dem Nocken 86 und dem einen Ende des Hebels 69 ändert. Diese Feder wirkt wie eine Rückkoppelungsvorrichtung, welche dazu neigt, das Ventil 68 in seine ursprüngliche Lage zurückzubringen und damit den Hub des Ventils 68 zu vermindern. Ist beispielsweise mehr Wärme erforderlich bzw. wird diese von der Proportionalitäts-Magnetspule 35 angefordert, dann dreht der durch die letztere fließende Strom den Hebel 69 im Uhrzeigersinne um seinen Drehpunkt 74, wodurch das Flatterventil 68 auf die Düse 66 zu gedrückt wird. Es wurde bereits oben darauf hingewiesen, daß dadurch der Druck in der Kammer 62 zunimmt und das Ventil 48 in der Richtung des Öffnens bewegt wird. Dadurch gelangt wiederum ein größerer Anteil heißer Luft in die zu der Kabine führende Leitung 18. Diese Bewegung der Welle 50 dreht aber auch den Nocken 86 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne und entlastet dadurch die Feder 88, welche dann dazu neigt bzw. das Bestreben hat, den Hebel 69 in die ursprüngliche Lage zurückzuführen.

Die Feder 88 wirkt also wie eine Kraft-Rückkoppelungsvorrichtung, welche nicht nur die Größe des Ansprechens der beiden Ventile 68 und 48 infolge einer Änderung des Magnetspulenstromes herabsetzt, sondern auch die Einwirkung äußerer Kräfte auf die ganze Vorrichtung vermindert. Jede Neigung des

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Ventils 48, sich infolge unausgeglichener Luftkräfte, die infolge der Strömung der Luft durch die Leitungen 14 und 36 auf das Ventil wirken, zu bewegen, führt zu einer Änderung in der Lage der Feder 88, was durch die Bewegung des Ventils 68 um eine kleine Strecke eine große Änderung der Kraft an dem Kolben 54 entgegen der Bewegung des Ventils 48 hervorruft.

Zu jedem Wert der Magnetspulenkraft gehört eine gewisse Federkompression bzw. Federkraft sowie eine gewisse Düsenkraft, die zusammen einen Ausgleich der Kräfte an dem Hebel 69 ergeben. Die Federkraft ist eine Funktion der Drosselventilstellung, und die Düsenkraft, welche von dem Druck in der Kammer 62 abhängt, welch letzterer wiederum die Stellung des Drosselventils 48 bestimmt, ist ebenfalls eine Funktion der Drosselventilstellung; jedem Wert der Stromstärke ist also zum Gleichgewicht der Kräfte an dem Hebel 69 eine einzige ganz bestimmte Stellung des Drosselventils 48 zugehörig.

Jede Zunahme des Druckes infolge einer Veränderung in der Quelle des Druckes hat eine Zunahme des Druckes in der Kammer 62 zur Folge und erzeugt damit eine Bewegung des Kolbens 54 zur öffnung des Ventils 48. Diese Zunahme des Druckes erzeugt eine geringe Zunahme der auf das Flatterventil 68 wirkenden Kraft zur öffnung desselben und Herabsetzung des Druckes. Infolge der Zunahme des Druckes oberhalb des Kolbens 54 wird der letztere bewegt, wodurch die Feder 88 entlastet wird bzw. entspannt wird. Durch diese Kräfte wird das Flatterventil 68 bewegt, bis eine neue Gleichgewichtslage des Flatterventils 68 und des Hebels 69 erreicht ist. Die Wirkung auf den Hebel 69 durch eine kleine Änderung in der Lage der Feder 88 ist sehr viel größer als die Wirkung der Änderung des Düsendruckes auf das Flatterventil 68. Nur eine geringe Bewegung des Flatterventils 68 ist erforderlich, um einen großen Druckunterschied in der Kammer 62 hervorzurufen, und zur Erzeugung dieser geringen Bewegung des Flatterventils 68 ist eine solch geringe Änderung bei der Feder 88 erforderlich, daß die Bewegung des Ventils 48 bei den Druckänderungen der Quelle des Druckes ganz unerheblich ist.

Es ist erwünscht, das Ventil 48 möglichst proportional dem Strom in den Spulen 80 und 82 einzustellen. Bei der Ausführungsform ist die Wirkung des Düsendruckes auf das Flatterventil gering, vergleichsweise etwa ein Zehntel der Wirkung der Federkräfte, insbesondere der Rückkoppelungsfeder 88, auf den Hebel 69 infolge der gleichen Druckänderung in der Kammer 62. Eine Änderung der Stromstärke in der Proportional itäts-Magnetspule 35 bewirkt eine Bewegung des Hebels 69 und des Flatterventils 68 in der Weise, daß der Druck in der Kammer 62 geändert wird und der Kolben 54 sowie das Ventil 48 bewegt werden. Die Bewegung des Kolbens 54 ändert die Kraft der Rückkoppelungsfeder 88, bis die resultierende Kraft der drei Federn 76, 78 und 88 den Zug der Magnetspule praktisch ausgleicht. Hieraus kann man also entnehmen, daß, während der Düsendruck auf das Flatterventil 68 nur eine geringe Wirkung hat, die größeren Verstellkräfte auf den Hebel 69 dargestellt werden durch den Zug der Spulen 80 und 82 sowie durch die einstellbare resultierende Kraft der drei Federn 76, 78 und 88, eingestellt durch den auf die Membran 64 in der Kammer 62 wirkenden Druck und die Einstellung der Feder 88, um auf diese Weise den Zug der Magnetspule auszugleichen. Druckänderungen in der Kammer 62 werden also korrigiert

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durch geringe Änderungen in der Stellung der Rückkoppelungsfeder 88 und des Hebels 69, während Änderungen der Stromstärke in den Spulen 80 und 82 genügend Kraft erzeugen, um eine erhebliche Bewegung der Rückkoppelungsfeder zum Ausgleich zu erfordern. Änderungen der Stromstärke in den Spulen 80 und 82 wirken sich also in einer erheblichen Bewegung des Ventils 48 aus.

Die Betriebsweise dieser Vorrichtung ist vielleicht ίο besser zu verstehen, wenn für die Erklärung spezifische Werte verwendet werden. So kann sich beispielsweise der Hub des Flatterventils 68 auf 0,127 bis 0,203 mm belaufen, um einen vollständigen Druckbereich in der Kammer'62 zu ergeben, angefangen mit iS dem Kompressordruck von etwa 4,2 kg/cm² bis herunter zu einem Druck von praktisch Null bzw. dem Druck der umgebenden Atmosphäre. Ein derartiger Druckbereich genügt, um das Ventil 48 aus der voll geöffneten in die voll geschlossene Lage zu bewegen, so Ein Hub des Flatterventils von 0,127 bis 0,203 mm wird also ausreichen, um die Rückkoppelungsfeder durch ihren ganzen Kompressionsbereich zu bewegen. Da die Kraft der Magnetspule, welche proportional ist zu der Stromstärke in der Magnetspule, in direkter Beziehung steht zu der Kraft der Rückkoppelungsfeder 88, ergibt sich daraus, daß der volle Bereich der Magnetspulen-Stromstärke das Flatterventil nur um 0,127 bis 0,203 mm, das Ventil 48 aber durch seinen ganzen Bereich, von voll offen bis voll geschlossen, bewegt.

Bei der gewählten Ausführungsform bedeutet eine zunehmende Stromstärke in der Magnetspule einen größeren Wärmebedarf, das Flatterventil 68 wird geschlossen, der Druck in der Kammer 62 nimmt zu, der Kolben 54 wird herabgedrückt, und das Umlaufventil 48 wird geöffnet, wodurch mehr Wärme in die Kabine gelangt. Die Abnahme der Stromstärke in der Magnetspule gestattet der Feder 78, das Flatterventil zu öffnen; bei einer Stromstärke von Null ist dasFlatterventil ganz geöffnet. Jeder Stromwert in der Magnetspule entspricht einem zugehörigen Druck in der Kammer 62 und letzterer einer entsprechenden Stellung des Ventils 48.

Der in der Fig. 2 dargestellte Elektronenwähler 46 erhält Signale von den Temperaturfühlern 40, 42, 43 und 44, verstärkt dieselben und sorgt für eine proportionale Stromstärke in der ProportionalitätsMagnetspule 35. Diese Temperaturfühler sind vorzugsweise Thermistoren, welche einen negativen Temperaturkoeffizienten haben, so daß also eine Zunahme der Temperatur deren Widerstand vermindert.

Die Stromversorgung des Elektronen-Stromnetzes erfolgt von einer Wechselstromquelle 90 aus, welche drei Netzteile mit den üblichen Widerständen, Gleichrichtern und Kondensatoren speist. Der eine Netzteil 92 speist den Anodenstromkreis einer Elektronenröhre 94 einschließlich der Proportionalitäts-Magnetspule 35. Die anderen beiden Netzteile 96 und 98 ergeben einen Spannungsunterschied, und zwar liefert der Netzteil 96 eine positive Spannung und der Netzteil 98 eine negative Spannung. Jeder der Thermistoren bildet einen Teil eines Spannungsteiler-Stromkreises quer über die Spannungsdifferenz, so daß eine Änderung in dem Widerstand des Thermistors eine Spannungsänderung oder ein Signal hervorruft, welches dazu verwendet werden kann, die Stromstärke in der Proportionalitäts-Magnetspule 35 zu regeln. Das bei der Darstellung der Gleichrichter verwendete Symbol ist das eines Stromflusses von Plus nach Minus zum Unterschiede von dem Elektronenfluß.

Wenn sich die Proportionalitäts-Magnetspule 35 in dem Anodenstromkreis der Röhre 94 zwischen der Anode und dem Netzteil 92 befindet, dann wird der Anodenstrom und damit der durch die Proportionalitäts-Magnetspule 35 fließende Strom gesteuert durch die Steuerung der Gitterspannung der Röhre 94. Diese Gitterspannung wird zur Regelung der Kabinentemperatur gesteuert durch Änderung der Vorspannung auf einen Spannungsteiler 97, bestehend aus den Widerständen 98' und 100, die zwischen der Anode einer Röhre 102 und dem negativen Netzteil 98 angeschlossen sind. Die Vereinigungsstelle 104 der Anode der Röhre 102 mit dem Spannungsteiler 97 ist an den positiven Netzteil 96 über einen Widerstand 106 angeschlossen. Wenn in der Röhre 102 kein Strom fließt, dann ist die Spannung an der Vereinigungsstelle 104 am oberen Ende des Spannungsteilers 97 praktisch die gleiche wie die Spannung in dem positiven Netzteil 96. Fließt jedoch durch die Röhre 102 ein Strom, dann gibt es infolge dieses ao Röhrenstroms einen zunehmenden Spannungsabfall in dem Widerstand 106, wodurch die Spannung am positiven Ende des Spannungsteilers 97 vermindert wird. Die Verminderung der Spannung am oberen Ende 104 des Spannungsteilers 97 vermindert auch die Spannung am Mittelpunkt 108 des Spannungsteilers 97; damit wird die an das Gitter der Röhre 94 gelegte Spannung herabgesetzt.

Der Stromfluß in dem Anodenstromkreis der Röhre 102 wird gesteuert durch Änderung der an ihr Gitter gelegten Spannung. Das geschieht durch den Anschluß des Gitters praktisch in der Mitte eines Spannungsteilers, bestehend aus dem Kabinen-Abnahmethermistor 40 und einem Widerstand 110, welcher — wie angegeben — den positiven Netzteil 96 mit dem nega- tiven Netzteil 98 verbindet. Der Widerstand 110 kann — falls gewünscht — regulierbar sein, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. Die Kombination 112 von Kondensator und Widerstand ist eine Vorsteuerung, welche bei einer raschen Änderung der Kabinen-Abnahmespannung so wirkt, daß am Gitter eine größere Spannung auftritt als sie sich aus den Widerständen 114 und 116 allein ergeben würde. Der Kondensator wirkt während der raschen Änderungen wie eine Art Umlauf zu dem Widerstand 114, wobei der Kondensator von einer Richtung zur anderen wechselt. Dde Kombination 112 nimmt damit den Bedarf an mehr oder weniger Wärme vorweg, indem das Gitter der Röhre 102 zeitweise eine übermäßige Vorspannung erhält.

Wenn die Kabinentemperatur zu niedrig ist, dann nimmt der Widerstand des Thermistors 40 zu. Das ergibt eine größere negative Spannung am Gitter der Röhre 102, welche ihrerseits den Stromfluß durch die Röhre herabsetzt. Dadurch nimmt die Spannung am oberen Ende des Spannungsteilers 97 zu, am Gitter der Röhre 94 erscheint eine größere positive Spannung, wodurch der Anodenstrom der Röhre 94 sowie der Stromfluß durch die Proportionalitäts-Magnetspule 35 zunehmen. Dadurch wird das Flatterventil 68 geschlossen, der Druck in der Kammer 62 nimmt zu, der Kolben 54 wird nach abwärts gedrückt zusammen mit dem Stift 70, die Welle 50 wird gedreht, und es öffnet sich das Ventil 48, um mehr Wärme zu der Kabine durchzulassen.

Der Thermistor 44 für die Geschwindigkeit der Änderung und der Widerstand 118 bilden einen Spannungsteiler, der den positiven Netzteil 96 mit dem negativen Netzteil 98 verbindet. Die Vereinigungsstelle 120 dieser Widerstände ist über -einen

Kondensator 122 an das Gitter der Röhre 94 angeschlossen. Der Kondensator 122 wirkt in der Weise, daß er lediglich die Geschwindigkeit der Spannungsänderung hindurchläßt. Der Widerstand 124 in dem Gitter dient lediglich dem Schutz der Röhre gegen einen übermäßigen Gitterstrom, falls das Gitter durch den Kondensator 122 positiv gemacht wird. Wenn der Rohrleitungstemperaturfühler 44 seinen Widerstand rasch ändert, dann ergibt das eine Änderung in der Gitterspannung der Röhre 94 mittels des Kondensators 122; das wirkt der Änderung in der Rohrleitungstemperatur entgegen bis der Kondensator 122 wieder stabilisiert ist. Bei einer Zunahme der Rohrledtungstemperatur nimmt der Widerstand des Temperaturfühlers bzw. Thermistors 44 ab. Damit erhält die Vereinigungsstelle 120 und infolgedessen auch das Gitter der Röhre 94 eine höhere negative Spannung, während der Kondensator 122 sich auflädt. Die Änderung in dem Rohrleitungsthermistor 44 vermindert den Strom durch die Proportionalitäts-Magnetspule und damit den Heiß luftstrom, wodurch die Temperatur des Luftgemisches in der Rohrleitung 18 herabgesetzt wird. Hat der Kondensator 122 wieder seinen stabilen Zustand angenommen, dann hat der Rohrleitungstemperaturabnehmer 44 keine weitere Wirkung.

Die Höchsttemperatur-Begrenzungsvorrichtung ist ein ähnlicher Spannungsteiler, bestehend aus dem Rohrleitungstemperaturabnehmer 42 und einem Widerstand 126, welcher den positiven Netzteil 96 mit dem negativen Netzteil 98 verbindet, wobei die Vereinigungsstelle 128 über die Gleichrichter 130, 132 und 134 an das Gitter der Röhre 94 angeschlossen ist. Erreicht die Temperatur in der Rohrleitung eine bestimmte obere Grenze, dann wird der Widerstand des Rohrleitungs-Abnehmers 42 so weit herabgesetzt worden sein, daß die Vereinigungsstelle 128 eine derart negative Spannung hat, daß die Gleichrichter 130 und 134 zu dem Gitter der Röhre 94 eine negative Spannung durchlassen. Dadurch vermindert sich der Anodenstrom der Röhre 94 und ebenso der Strom in der Proportionalitäts-Magnetspule 35, wodurch wiederum das Drosselventil geschlossen und das der Mischleitung 18 zugeführte Volumen an Heißluft vermindert wird. Der Gleichrichter 132 befindet sich in dem Stromkreis, um irgendeine positive Spannung, die durch die Rückleitung des Gleichrichters 130 hindurchtreten sollte, zur Erde abzuführen bzw. an die Masse zu legen.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß es sich bei der Erfindung um eine Anlage handelt, bei welcher ein Kabinentemperaturfühler ein Signal abgibt, durch welches die Lufttemperatur innerhalb des Fluggastraums oder des Führerraums eines Flugzeuges geregelt wird. Im allgemeinen fällt dieser Kabinensteuerung die gesamte Regelung zu. Erfolgt jedoch die Luftzufuhr von dem Kompressor einer Turbine, dann ist dieselbe erheblichen Änderungen mit Bezug auf die Temperatur und auch auf den Druck unterworfen, und diese Änderungen können sehr rasch vor sich gehen. Unter derartigen Umständen ist es immerhin möglich, daß die Kabinensteuerung nicht schnell genug in Tätigkeit tritt, um eine unangenehme Änderung in der Temperatur der Luft, die dem Fluggastraum oder dem Führerraum zugeführt wird, zu verhindern. Unter diesen Umständen tritt der Temperaturfühler für die Geschwindigkeit der Änderung in Tätigkeit, wobei derselbe so eingestellt ist, daß er auf verhältnismäßig geringe Änderungen in der Temperatur der durch die Mischleitung 18 streichenden Luft anspricht. Jede rasche Änderung führt sofort zu

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Claims

einer Spannungsänderung mit Ladung oder Entladung des Kondensators 122. Im Verlauf der Änderung wird dadurch die an der Vereinigungsstelle 108 auftretende Spannung, die über die Kabinen-Abfühl vorrichtung dem Gitter der Röhre 94 zugeführt wird, in einem solchen Ausmaße verändert, daß dadurch praktisch die ganze. Regelung des Drosselventils erfolgt und der Heißluftstrom so beeinflußt wird, daß die Temperatur der durch die Leitung 18 strömenden Luft nahezu konstant bleibt. Die ganze Anlage ist so bemessen, daß eine beschränkte Geschwindigkeit der Änderungen zulässig ist, um die notwendige Zunahme oder Abnahme der Temperatur des Luftgemisches zu gestatten und damit die gewünschte oder ausgewählte Kabinentemperatur unter den verschiedenen Flugverhältnissen zu halten. Die zulässige Geschwindigkeit der Änderungen ist jedoch so begrenzt, daß die raschen Änderungen in der Temperatur der zugeführten Luft sich nicht in raschen Änderungen der Kabinen temperatur auswirken. ao Der Entregelungs-Abfühler 42 ist so eingestellt, daß er die ganze Regelung übernimmt, wenn die Temperatur der Luft in der Rohrleitung auf rund 121° C ansteigt, um zu verhindern, daß eine übermäßig hohe Temperatur entweder der Struktur der *5 Kabine oder ihren Insassen Schaden zufügt. Obwohl die obere Begrenzung in der Regel für die Entregelung ausreicht und bei der oben beschriebenen Regelung der Geschwindigkeit der Änderungen eine zufriedenstellende praktische Vorrichtung ergibt, kann — falls gewünscht — noch ein Endregler für die untere Grenze hinzugefügt werden, um die Mindesttemperatur der Luft in der Rohrleitung 18 zu beschränken und so ein Vereisen oder ähnliche Störungen zu vermeiden. Die in der Fig. 2 dargestellte Mindesttemperatur-Endregelungsvorrichtung ist ein Spannungsteiler, bestehend aus dem Rohrleitungsabfühler 43 und einem Widerstand 135, welcher den positiven Netzteil 96 mit dem negativen Netzteil 98 verbindet. Die Vereinigungsstelle 137 ist über einen1' Gleichrichter 139 an das Gitter der Röhre 94 angeschlossen. Sinkt die Temperatur der Luft in der Leitung 18 auf ein bestimmtes Mindestmaß, z. B. +1,67° C, dann nimmt der Widerstand des Rohrleitungsabfühlers 43 derart zu, daß die Vereinigungsstelle 137 gegenüber dem Gitter 94 positiv wird, so daß der Gleichrichter 139 leitet und das Gitter der Röhre 94 eine höhere positive oder eine niedrigere negative Spannung erhält, wodurch der Anodenstrom der Röhre 94 und damit auch der Strom in der Proportionalitäts-Magnetspule 35 zunimmt. Das Ventil 48 wird geöffnet durch die Zunahme der Stromstärke, und dadurch erhöht sich die Menge der der Mischleitung zugeführten Heißluft. Die Spannungen an der Anschlußstelle 128 des Stromkreises für die obere Grenze und an der Anschlußstelle 137 des Stromkreises für die untere Grenze steigen und fallen gemeinsam, unterscheiden sich aber durch einen bestimmten Wert, und zwar ist die Spannung an der Anschlußstelle 137 um einen bestimmten Betrag negativer als die Spannung an der Anschlußstelle 128. Wenn also beide Spannungen ansteigen, d. h. wenn die Temperatur in der Rohrleitung abnimmt, dann leitet der Gleichrichter 139, wenn die Spannung an der Anschlußstelle 137 die Gitterspannung der Röhre 94 6g übersteigt und bestimmt damit die Gitterspannung der Röhre 94. Da nun aber die Spannung an der Anschlußstelle 128 praktisch mit der gleichen Geschwindigkeit ansteigt, bleibt die Spannung an dieser letzteren Anschlußstelle stets um einen festen Betrag weniger negativ als die Spannung am Gitter der Röhre 94, obwohl doch diese letztgenannte Spannung durch die Anschlußstelle 137 weniger negativ gemacht wird, so daß die Gleichrichter 130 und 134 nicht leiten. Wenn die Spannungen an den beiden Anschlußstellen 128 und 137 abnehmen, d. h. wenn die Temperatur in der Rohrleitung zunimmt, dann leiten die Gleichrichter 130 und 134., wenn die Spannung an der Anschlußstelle 128 unter die Gitterspannung der Röhre 94 sinkt. Da aber die Spannung an der Anschlußstelle 137 mit praktisch der gleichen Geschwindigkeit abnimmt, wird der Gleichrichter 139 nichtleitend gemacht, selbst bei der abnehmenden Gitterspannung der Röhre 94. Wie es in der Fig. 2 zur leichteren Erklärung dargestellt ist, können zwei getrennte Spannungsteiler für die Endregelungsvorrichtungen verwendet werden, der eine bestehend aus dem Temperaturfühler 44 und dem Widerstand 118, der andere aus dem Temperaturfühler 42 und dem Widerstand 126. Es ist jedoch klar, daß für diese Endregelungsvorrichtungen eine Modifikation in den Stromkreisen für die Erzeugung der Signale angebracht werden kann, wie es z. B. in der Fig. 3 dargestellt ist, in welcher die beiden Spannungsteiler miteinander kombiniert sind. Schließt man den Widerstand 118', der klein ist gegenüber dem Gesamtwiderstand von Widerstand 126' und Abfühler 42, so an, daß eine Parallelschaltung zu dem Widerstand 126' und dem Abfühler 42 zustande kommt, dann hat die Änderung des Widerstandes des Abfühlers 42 nur eine unwesentliche gegenteilige Wirkung auf den Geschwindigkeitsabfühler 44. Bei zunehmender Temperatur der Luft in der Rohrleitung nehmen die Widerstände der beiden Abfühler 44 und 42 ab. Da jedoch der Widerstandswert des Widerstandes 118' verhältnismäßig klein ist, hat die Änderung in dem Widerstande des Abfühlers 42 nur eine unerhebliche Wirkung auf die Spannung an der Anschlußstelle 120', während die Änderung in dem Widerstande des Abfühlers 44 nur eine unerhebliche Wirkung auf die Spannung an der Anschlußstelle 128' hat. Die Abnahme in dem Widerstande des Abfühlers 44 erhöht nämlich die Empfindlichkeit des Abfühlers 42 insofern als, wenn die Lufttemperatur in der Mischleitung zunimmt und die Widerstände der Abfühler abnehmen, der abnehmende Widerstand des Abfühlers 42 die Spannung an der Anschlußstelle 128' näher an diejenige der Anschlußstelle 120' heranbringt, und die Abnahme des Widerstandes des Abfühlers 44 macht die Spannung an der Anschlußstelle 120' negativer, so daß in der Auswirkung beide Abfühler zusammenarbeiten, wenn deren Widerstände abnehmen, um der Anschlußstelle 128' eine negative Spannung zu verleihen. Sobald die Anschlußstelle 128' (vgl. Fig. 2) eine genügend negative Spannung erhalten hat, leiten die Gleichrichter 130 und 134 so, daß der Anodenstrom in der Röhre94 sowie der Strom in der Magnetspule 35 herabgesetzt oder gleich Null werden. Dadurch wird der Strom der durch das Ventil 48 in die Mischleitung 18, welche zu dem Führerraum des Flugzeuges führt, fließenden heißen Luft gedrosselt oder auch ganz unterbunden. PATENTANSPRÜCHE:

1. Gerät zur Regelung des Zustandes eines Mediums innerhalb eines geschlossenen Raums, z. B. der Temperatur der Luft innerhalb einer Flugzeugkabine, mit einer Quelle erhitzter Luft, einer Quelle gekühlter Luft, einer Vorrichtung