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Kabinendruck-Regelungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kabinendruck-Regelungseinrichtung,
welche einAuslaßventil, einen Kompressor und MeßeinÜchtungen für den statischen
Außendruck, den Kabinendruck und die Kabinendruckänderungsgeschwindigkeit aufweist,
und durch welche vorbestimmte Druck- und Druckänderungsverhältnisse in der Kabine
aufrechterhalten werden, wobei ein von zwei auf den Kabinendruck bzw. den statischen
Außendruck ansprechenden Gleichlaufgebern gebildetes Fehlersignal über einen Begrenzern
zwei Summierungskreise und einen Verstärker einem Steuerinotor für die öffnung und
Schließung einer die Verbindung mit der Atmosphäre herstellenden Drosselklappe.
zugeführt wird.
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Beim schnellen Steigen und, Sinken des Flugzeugs kann sich der Kabinendruck
so schnell ändern, daß das Wohlbefinden der Insassen beeinträchtigt wird. Die Aufgabe
der Erfindung besteht daher darin, eine Regeleinrichtungr, der vorbeschriebenen
Art so zu ergänzend daß die Änderungsgeschwindigkeit des Kabinendrucks -einen, bestimmten
noch zulässigen Wert nicht überschreitet. Erfindungsgemäß: wird dies dadurch erreicht,
daß an dem zweiten Suminierungskreis zusätzlich ein der Kabinendruckänderungsge,
schwindigkeit entsprechendes Steuersignal anliegt. Auf diese Weise wird in das Signal,
das. dem Steuermotor -für die öffnung und Schließung der Drosselklappe zugeführt.
wird" ein zusätzlicher Korrekturanteil eingeführt, so daß. über das öffnen und Schließen
der Drosselkluppe, der Druckaufbau bzw. Druckabfall innerhalb der Kabine so geregelt
wird, daß die Druckänderungsgeschwindigkeit innerhalb vorbestimmter Grenzen bleibt-Kurz
vor dein Landen sollte; der Kabinendruck dem *auf. dem Flugplatz herrschenden Luftdruck
angeglichen werden, damit nicht beim öffnen der Flugzeugtür ein, plötzlicWer" physiologisch
unangenehmer öder sogar schädlicher Druckausgleich stattfindet. Dies läßt sich dadurch.
erreichen" daß an dem zweiten Summlerungskreis über - einen, vom Fahrgestell
bzw. einen von Hand zu betätigenden Schalter eine weitere Spannungsquelle anliegt,
die bei Schließung. eines der Schalter dem Steuermotor ein öffaungssignal- zuführt,
Dadurch, wird entweder automatisch beim Ausfahren des, Fahrgestells oder durch Knopfdruck
des Piloten die Drosselklappe geöffnet> se daß sich der> Kabinendruck
: mit dem äußeren Luftdruck ausgleichen., kann.
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Nachfolgend ist ein Ansführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung beschrieben;
in dieser zeigt F ig. 1 die Skala des, Instrumentes der Kabinendruck-Regelungseinrichtung>
F ig.2 ein bestimmtes Diagramm des statischen Außendruckes und des Kabinendruckes,
das gemäß der Erfindung eingehalten werden soll, und F i g. 3 ein schematisches
Schaltbild der Kabinendruck-Regelungseinnchtung, die gemäß dem vorher festgelegten
Diagramm (F i g. 2) arbeitet.
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Die Erfindung geht davon aus, daß es für jeden Wert des Außendruckes.
einen festgelegten zu regelnden Kabinendruck geben soll- Dabei soll wegen der Einfachheit
der Instrumentation und. der besseren Genauigkeit nicht der Außendruck. selbst,
sondern der Differenzdruck zwischen dem. Inneren und dem Äußeren der, Flugzeugkabine
gemessen werden..
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Die zwischen, dem Außendruck und dem Kabinendruck aufrechterhaltene
Beziehung, ist in dem Diagramni in F i, g. 2 dargestellt, in welchem auf
der vertikalen Achse der Außendruck in m für Normalatniosphäre und, in Torr (Absolutdruck)
aufgetragen ist. Auf der horizontalen Achse ist einc Größe aufgetragen, die das
Ausgangssignal darstellt> welches erforderlich ist# damit die, richtigen Bedingimgen
aufrechterhalten, werden. Als. Ausgangssignal- wird hier der Drehwinkel von Gleichlaufgeberroteren
verwendet. Die untere Kurve in F i g- 2 stellt den Kabinendruck als Funktion
des Drehwinkels des Rotors eines ersten. Gleichlaufgebers, dar. Die obere Kurve,
steHt. den statisch-en Außendruck in verschiedenen Höhen als Funktion des. Drehwinkels'des
Rotors. eines zweiten Gleichlaufgebers dar.
Bei einem bestimmten
Außendruck soll ein bestimmter Kabinendruck aufrechterhalten werden. Die zueinander
gehörenden Drücke sind durch eine vertikale Linien von der statischen Druckkurve
zu der Kabinendruckkurve bestimmt.
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Wenn ein Flugzeug immer auf einem Flughafen mit einem Druck,---der.einer
Höhe von minus 300m entspricht, startet. und landet, und wenn es seine Höhe langsam
verändert, besteht immer eine feste Beziehuno, zwischen dem Innen- und dem Außendruck,
wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Bei der Auswahl der Kabinendruckkurve
unter diesen Bedingungen -wird die Kurve so gewählt, daß sie die geringste Maximalgesch::windigkeit
der Kabinendruckänderung ergibt, während das Flugzeug auf seinem wahrscheinlichsten
Flugprogramm steigt oder sinkt.
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Wenn das Flugzeug sehr schnell steigt oder sinkt, entsteht eine entsprechende.
und möglicherweise unangenehm hohe Änderungsgeschwindigkeit des Kabinendruckes.
Um das zu verhindern, wird ein Kabinendruck-Änderungsgeschwindigkeits-Wamgerät verwendet,
um -die Änderungsgeschwindigkeit des Kabinendruckes laufend -zu messen und
diese auf einen geeigneten Wert zu begrenzen, z. B. auf 100 m pro Minute.
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Die Regelungsahrichtung wird durch eine weitere Einrichtung übersteuert,
die auf einen gefährlich hohen Kabinendifferenzdruck anspricht. In einem solchen
Fall erhöht diese Einrichtung die Geschwindigkeitsbegrenzung automatisch und sanft
gerade so weit 3 daß eine übermäßige Steigerung des maximalen Differenzdiuckes
#,erhindert wird.
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Da der Kabinendruck bei Landungen nicht unter den jeweiligenAußendruck
des Flughafens sinken dart ist eine vom- , Piloten einzustellende Einrichtung
vorgesehen, die es ihm -gestattet, während des Fluges den unteren Grenzwert des
Kabinendruckes entsprechend der Flugplatzhöhe einzustellen. Dadurch kann die Einrichtung
während des Sinkens der festgelegten Kurve folgen, bis der Kabinendruck dem Flugplatz-Außendrück
gleich ist.
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Um sicher-zu sein, daß vor der Landung als Folge eines Irrtums bei
- der Einstellung des Instrumentes kein Differenzdruck vorhanden ist, ist
zusätzlich am Fahrwerk ein Schalter vorgesehen, um ein Ventilöffnungssignal
zu geben, oder um den Kompressor abzuschalten, damit die nur der Änderungsgeschwindigkeitsregelung
unterliegenden Innen- und Außendrücke gleich werden. Dieses Signal kann auch während
des Fluges durch von Hand betätigbare Mittel ausgelöst werden.
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Das äußere Bild der Kabinendruck-Regelungseinrichtung ist in F i
g. 1 dargestellt. Es ist ein Instrument 10 mit einer Skala
11, auf der ein Zeiger 12 bewegt wird. Der Zeiger 12 zeigt den herrschenden
Kabinendruck an, 'so daß Fehler der Einrichtung leicht durch den Piloten bemerkt
werden können. Weiter weist das Instrument ein Skalensegment 13
auf, welches
durch eine öffnung in der Skala 11
sichtbar ist. Es zeigt den Höhendruck am
Bestimmungsort des Flugzeuges an, welcher durch einen Knopf 14 von Hand eingestellt
werden kann.
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Der Aufbau der Kabinendruck-Regelungseinrichtung ist als Block
15 in F i g. 3 schematisch dargestellt. Die Kabinendruck-Regelungseinrichtung
weist einen ersten und einen zweiten getrennten Druckfühler 16 und
17 auf. Der Druckfühler 16 besteht aus einer evakuierten Mernbrankapsel,
deren Äußeres dem Kabinendruck ausgesetzt ist, während der Druckfühler
17 aus einer Membrankapsel besteht, deren Inneres über ein Rohr
18 und durch eine Dämpfungskapillare 19 dem statischen Außendruck
ausgesetzt ist. Die Kapillare macht den Druckfühler 17 gegen vorübergehende
statische Druckänderung als Folge von z. B. unruhiger Luft unempfindlich.
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Die äußere Fläche der Membrankapsel des Druckfühlers 17 ist
dem Kabinendruck ausgesetzt, wodurch die Membrankapsel sicl-i in Abhängigkeit von
der Druckdifferenz zwischen dem statischen Außendruck und dem Kabinendruck ausdehnt
und zusammenzieht. Die Membrankapsel des Druckfühlers 16 wird dann mit einem
Rotor 20 eines Gleichlaufgebers 21 wirksam verbunden, der eine Statorwicklung 22
und eine Rotorwicklung 23 aufweist.
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Die Merabrankapsel des Druckfühlers 17 wird mit dem Rotor 24
eines Gleichlaufgebers 25 verbunden, der ebenfalls eine Statorwicklung
26 und eine Rotorwicklung 27 aufweist. Die Verbiiidung zwischen dem
Druckfühler 17 und dem Gleichlaufgeber 25 wird durch ein Gestänge
28 hergestellt, welches den Rotor 24 entsprechend dem Differenzdruck der
Kurve nach F i g. 2 - dreht, während der Rotor 20 gemäß der geraden
Kabinendrucklinie nach F i g. 2 durch den Druckfühler 16 gedreht wird.
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Die Gleichlaufgeber 21 und 25 werden im folgenden wegen ihrer
besonderen Bauart mit »Synchrotel« bezeichnet. Die Rotorwicklung 27 des Synchrotels
25 wird durch eine Wechselspannung mit ungefähr 400 Hertz erregt. Wenn die
Winkelstellungen der Rotoren 20 und 24 nicht in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen
Diagramm nach F i g, 2 sind, entsteht eine Ausgangsspannung an der Rotorwicklung
23 des Synchrotels 21, die aus einer Wechselspannung mit einer von der Richtung
der Druckdifferenz abhängigen Phase und einer von der Abweichung des Fehlers von
seinem vorbestimmten Wert abhängigen Größe besteht.
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Dieses so erzeugte Fehlersignal wird über einen Begrenzer
29, einen Sununierungskreis 30, einen Summierungskreis 31,
einen Verstärker 32 und einen Steuermotor 33 geleitet. Der Steuermotor
33 steuert die Stellung der Drosselldappe 34 eines Auslaßventils, welches
die - Verbindung zwischen der Flugzeugkabinenwand und. der äußeren Atmosphäre
herstellt.
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Wenn demgemäß der. Kabinendruck zu niedrig ist, wird in dem Begrenzer
29 ein Fehlersignal mit einer einen niedrigen Druck anzeigenden Phase und
einer Größe erzeugt, die mit der Größe des Druckfehlers in Beziehung steht. Das
Signal wird dann -über die Summierungskreise 30 und 31, die die im
folgenden beschriebenen Aufgaben - haben, zu dem Verstärker 32 geleitet.
Der Verstärker 32 treibt den Motor 33
bei einem Fehlersignal der einen
Phase in der einen Richtung und bei einem Fehlersignal der anderen Phase in der
anderen Richtung an.
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Wenn der Kabinendruck somit zu gering ist, wird der Motor
33 angetrieben, um die Drosselklappe 34 zu schließen, so daß der Kabinendruck
auf seinen vorbestimmte*n Wert ansteigen kann, worauf das Fehlersignal an dem Verstärker
32 wegdn der richtigen Ausrichtung zwischen den Rotoren 20 und 24 der Synchrotels
21 und 25 verschwindet.
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Um zu verhindern, daß sich ein gefährlich hoher Differenzdruck aufbaut,
ist die Differenzdruckübersteuerungseinrichtung vorgesehen. Insbesondere
wird
der Synchrotel 25 so gedreht, daß ein Differenzdruck mit einem maximal zulässigen
Wert eine Drehung von etwas weniger als 1801 bewirkt. Der Synchrotel
25 befindet sich elektrisch auf Null, so daß bei der etwa 15 Torr
unter dem maximalen Differenzdruck die Spannung an einem Paar von Leitungen der
Statorwicklung 26 durch Null geht und ihre Phase ändert. In F i
g. 3 ist das die Statorleitung 35, welche über einen Diskriminator
36 mit dem Summierungskreis 30 verbunden ist.
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Der Diskriminator 36 ist so - ausgebildet,' daß er nach
dem Nulldurchgang bei ansteigendem Differenzdruck nur die Stromphase der Statorwicklung
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durchläßt. Die vom Diskriminator 36 unter dieser Bedingung an den
Summierungskreis 30 gelieferte Spannung bildet immer ein im wesentlichen
größeres Signal als das von dem Begrenzer 29 in den Summierungskreis30 eintretende
Signal; d.h., der auf dem Diagramm eingetragene Druck oder die Spannung wird durch
den Begrenzer 29 auf einen niedrigen Wert begrenzt. Der Ausgang des Diskriminators36
wird im Summierungskreis30 zu diesem Fehlersignal addiert. Das Differenzsignal übersteuert
jedoch das durch das Diagramm festgelegte Spannungssignal, bevor ein gefährlicher
Zustand entstehen kann, wodurch der Ausgang zum Verstärker32 abgeschaltet oder umgekehrt
wird, wenn das Druckfehlersignal eine Änderung hervorruft, die zu einem gefährlich
hohen Differenzdruck führt.
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Ein zweites Übersteuerungssignal, das *das Kabinendruckfehlersignal
übersteuert, ist das Signal, vgelches von dem Kabinendruck-Änderungsgeschwindigkeits-Warngerät
37 stammt. Dieses Warngerät 37
weist einen Druckfühler 38 auf,
der in der üblichen Weise aufgebaut ist, dessen Innenflächen dem Kabinendruck über
eine Leitung*39 ausgesetzt -sind und eine gesteuerte Undichtigkeit 40 aufweisen.
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Die Ausgangsgröße des Druckfühlers 39; die eine Funktion der
Änderungsgeschwindigkeit des Druckes ist, ist eine Wechselspannung, die an der Wicklung
41 erscheint, welche bei der Druckänderungsgeschwindigkeit Null eine phasenempfindliche
Null-Lage einnimmt.
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Dieses phasenempfindliche Ausgangssignal hat einen maximalen Wert,
der einer maximal zulässigen Druckänderungsgeschwindigkeit von z. B. 100
m pro Minute entspricht. Dieses Signal wird an den Summierungskreis
31 geliefert und zu dem von den Synchrotels 21 und 25 stammendem
Druckfehlersignal addiert, wo das Kabinendruckänderungsgeschwindigkeits-Signal jedoch
eine derartige Phasenlage aufweist, daß es dem Druckfehlersignal immer entgegenwirkt.
So wird die Stelluni der Drosselklappe 34 immer so gehalten, daß der Druckfehler
korrigiert wird, jedoch immer unterhalb einer vorbestimmten maximalen Druckänderungsgeschwindgikeit.
Wenn das Signal aus dem Summierungskreis 30 jedoch das unbegrenzte Differenzdrucksignal
aus dem Diskriminator 36 enthält, ist die Kabinendruckänderungsgeschwindigkeit
nur davon abhängig, wie hoch der Differenzdruck über seinen Null-Wert ansteigt.
Um den bruck auszugleichen, kann eine feste Spannungsquelle 42 über den Leiter 43
und über entweder einen Schalter 44 oder 45 mit dem Eingang des Summierungskreises
31 verbunden werden. Der Schalter 44 wird in Abhängigkeit vom Ausfahren des
Fahrwerkes 46 des Flugzeuges betätigt, wodurch die Ausgleichsspannung aus der Spannungsquelle
42 die anderen Signale überdeckt und zu dem Ausgang des Druckänderungs-Geschwindigkeits-Warngerätes
addiert wird. Demgemäß ergibt sich ein Kabinendruckausgleich gegenüber dem Außendruck
mit einer Geschwindigkeit, die von dem konstanten Wert der Spannungsquelle 42 abhängt.
Diese Arbeitsweise verläuft ebenso, wenn der Schalter 45 durch eine dem Piloten
zugängliche Handsteuerung angeschlossen wird.
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Um die Flugplatzhöhe einzustellen, bei welcher die Landung stattfinden
soll, ist eine einstellbare Anhaltvorrichtung für das Gestänge 28 des Differenzdruckfählers
vorgesehen. Wie schematisch durch gestrichelte, Linien 47 und 48 dargestellt, ist
diese Vorrichtung durch den äußeren Knopf 14 zu verschieben, der auch in F i
g. 1 dargestellt ist. Diese Einstellung stellt eine untere Begrenzung des
Kabinendruckes entsprechend der Höheneinstellung auf dem Skalensegment
13 dar und verhindert die Drehung des Rotors 24 unter eine Winkelstellung,
die dieser Flugplatzhöhe entspricht.