DE1900688A1 - Drucksteuereinrichtung - Google Patents

Drucksteuereinrichtung

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DE1900688A1 DE19691900688 DE1900688A DE1900688A1 DE 1900688 A1 DE1900688 A1 DE 1900688A1 DE 19691900688 DE19691900688 DE 19691900688 DE 1900688 A DE1900688 A DE 1900688A DE 1900688 A1 DE1900688 A1 DE 1900688A1
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Description

DIPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WASMEIER REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 10 Patentanwälte Begrich · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach 11
An das
Deutsche Patentamt
8 München 2
Telefon 0941/31055 Bayer. Staatsbank, Regensburg 507 Postscheckkonto: Mönchen 89369 Telegramme: Begpatent Regensburg
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W/p 6537
7. Januar 1969 W/We
Westland Aircraft limited, Yeovil Somerset, England
Drucksteuereinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucksteuereinrichtung, die durch Strömungsmittel betätigte logische Vorrichtungen beaufschlagt wird, und eine Vorrichtung zur Feststellung der Druckenderungsgeschwindigkeit hierfür.
Ziel der Erfindung ist es, die Betriebseigenschaften eines Strömungsmittel-Drucksystems zu verbessern, das in Verbindung mit großen Kabinen oder großen Kammern zur Anwendung kommt. Ferner ist es Ziel der Erfindung, die Empfindlichkeit eines Strömungsmittel-Druoksystems in bezug auf die Druckänderungsgeschwindigkeit zu verbessern·
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Feststellung der Geschwindigkeit der Umweltänderung mit einer Druckdose, einem Geschwißhtaausgleichträger und einer Ventilanordnung vorgesehen, wobei die Druckdose außen auf direkte Umgebungsänderungen und innen auf gesteuerte Umgebungsänderungen
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anspricht, und wobei die Bewegung der Druckdose und des mit
der Ventilanordnung zusammenwirkenden Trägers ein Signal
erzeugt, das die Umgebungsänderungsgeschwindigkeit anzeigt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Strömungsmittel betätigte Drucksteuereinrichtung vorgesehen, die eine
Kammer, eine Druckerhöhungsvorrichtung und eine Druckverminderungsvorrichtung, einen Strömungsmittelverstärker mit einer
Druckdüse für den Durchfluß von Antriebsströmungsmittel, eine Vielzahl von Auslaßöffnungen für das Antriebsströmungsmittel
und wenigstens eine Steuerdüse für einen Durchfluß von Steuerstrübungsmittel aufweist, das mit dem Durchfluß des Antriebsströmungsmittels aus der Antriebsdüse zur Steuerung der
Richtung des Durchflusses des Antriebsströmungsmittels in bezug auf die Öffnungen zusammenwirkt; ferner weist die Einrichtung eine Vorrichtung zur Feststellung des Kammerdruckes eine Druckdose, einen G-ewichtsausgleichträger und eine Ventilanordnung, welche so arbeitet, daß sie den Durchfluß des Steuerströmungsmediums zur Steuerdüse des Strömungsmittelverstärkers verändert, damit der Durchfluß des Antriebsströmungsmittels zu den
Öffnungen gesteuert wird, sowie eine Vorrichtung auf, die auf den Durchfluß des Antriebssteuermittels aus den Öffnungen anspricht, damit wenigstens eine der Druckerhöhungs- und Druckverminderungsvorrichtungen zur Einstellung des Kammerdruckes
auf einen bestimmten Wert beaufschlagt werden·
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert:
Hg» 1 zeigt eine Steuereinrichtung für die Druckgeschwindigkeitsänderung in Verbindung mit einer Plugzeug- Druckkabine·
Pig. 2 eine Einzelheiten zeigende Ausführungsform der durch
die Druckdose betätigten Geschwindigkeitsfeststellvorrichtung nach Pig· 1,
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Figuren 3 und 4 schematisehe Darstellungen von Verstärkerelementen, wie sie für die.erfindungsgemäße Einrichtung verwendet werden.
Das in Figur 1 gezeigte Schaltdiagramm zeigt ein System zur Herstellung bestimmter Bedingungen für eine Kabine oder ein Flugzeugabteil. Die Energie zur Betätigung des Systems wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor eingespeist, der auch das Medium zur Druckaufladung der Kammer bereitstellt, der aber auch als Anzapfung am Flugzeugmotor ausgebildet sein kann. Das System weist einen Kabinenhöhenwähler 1, einen Geschwindigkeitswähler 2, einen Geschwindigkeitsfühler 3» einen Maximal-Differentialdruckfühler 4, ein Abgabeleistungsrelais und ein Paar Abgabeventile 6 und 7 auf. Diese Abgabeventile steuern den Luftauslaß aus der Kabine 8 in die Umgebung 9 um die Kabine und werden pneumatisch unter Steuerung eines Strömungsmittelverstärkersystems innerhalb der Verbindung betätigt. Alle Strömun£smittelkomponenten werden aus einer einzigen Leitung 10 über das Keduzierventil 11 und den Hauptfilter 12 gespeist.
In Betrieb hält bei steigendem Flugzeug, wobei also die Kabinenhöhe ebenfalls zunimmt, der Kabinenhöhenwähler 1 die ■ Abgabeventile 6 und 7 weit geöffnet, wodurch die Kabinenhöhe mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Flugzeughöhe ansteigen kann. Wird der Geschwindigkeitswähler 2 auf eineji gewünschten Wert der Kabinendruckänderung gebracht, der kleiner ist als der, der unter absoluter Steuerung auftritt, ereignet sich folgendes:
Wenn der Kabinendruck.abnimmt (die Kabinenhöhe zunimmt), wird die Druckänderungsgeschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitsfühler 3 festgestellt. Dieser Fühler weist eine Druckdose 13, einen Gewichtsausgleichträger 15 und eine zugeordnete Ventilanordnung 16, 17 auf. Wie dargestellt, werden zwei voreingestellte Druckquellen hoher Impedanz, die von der Leitung 10
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durch. Leitungen 18 und 19 über Droseelstellen 20 und 21 angezapft sind, zur Einspeisung der Grundeingangssignale zur Steuerung der Steig- und Fallgeschwindigkeit der Kabine verwendet. Diese Signale werden so moduliert, wie dies durch die gesteuerten Ableitungen zur Kabine 8 über die beiden Ventile 16 und 17 erforderlich ist. Sie werden dann in einem Strömungsini ttelverstärker 22 verarbeitet, bevor sie den Steuerdüsen oder 24· des Absolutgeschwindigkeits-Summierverstärkers 25 zugeführt werden. Die Ausgangsimpedanz der Ventile 16 und 17 wird durch eine Bewegung des kleinen Wippenträgers 15 verändert, der in seiner Mittenlinie verschwenkt wird und federvorbel%stet ist, so daß er gegen ein geführtes, messerartiges Gelenk auf der Druckdose 13 aufliegt,, Ein voreingestellter Anschlag 26, der direkt über der Messerkante der Druckdose befestigt ist, verhindert, daß der Träger und die Schwenkstellen überlastet werden, wenn das System bei maximalem Kabinendifferenzdruck arbeitet. Der Träger stellt eine zweckmäßige Methode für den Massenabgleich der Geschwindigkeitsdruckdose 13 dar und macht sie unempfindlich gegen Änderungen der Höhe und der Erdanziehungskraft. Die Innenseite der Druckdose 13 ist mit einer zusätzlichen Kapazität 14 an den Kabinendruck über eine Filter- Drosselstelle hoher Impedanz (Geschwindigkeitswähler 2) angeschlossen, die durch einen Bedienenden einstellbar ist. Wenn der Kabinendruck abnimmt, dehnt sich die Druckdose aus, weil der Druck innerhalb der Druckdose und die Kapazität 14 sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit ändern können, mit der sich der Kabinendruck ändert, und zwar aufgrund der Engstelle, die durch das Nadelventil 27 des Geschwindigkeitswählers hervorgerufen wird. Die Ausdehnung der Druckdose 13 des Geschwindigkeitswählers kippt den Balken 15, so daß das Ventil 16 sich zu schließen und das Ventil 17 sich zu öffnen versucht. Dies ergibt ein größer werdendes Signal zur Steuerdüse 28 und ein kleiner werdendes Signal zur Steuerdüse 29 des ersten Geschwindigkeitsrückkopplungsverstärkers 22, woraus sich ein vergrößertes Ausgangssignal über den Ausgangskanal 30 ergibt. Dieses Signal wird in den Geschwindigkeit s-
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Summierverstärker 25 geleitet, damit es den Leistungsstrom durch die Steuerdüse 24 beeinflußt. Dies wirkt dem Signal aus der Absolutwert-Wählerbrüeke 31 entgegen· Diese Brücke 31 enthält zwei getrennte Signale, eines direkt aus der Leitung 10 über die Drosselstelle 32 und die Leitung 33 und das andere aus dem Kabinenhöhenwähler 1 über die Leitung 34. Die Summe dieser Signale geht durch den Pufferverstärker 35, so daß sie als vergrößertes Signal am Ausgang 36 des Verstärkers 35 erscheint. Das Signal aus diesem Verstärker wird über die SummenfühlerSignalleitung 36 zur Steuerdüse 37 des ffühlerkopf-Signalsummierverstärkers 38 übertragen« Hier wirkt es einem voreingestellten Vorspannsteuerfluß aus einem Stabilisierschaltungsverstärker 39 entgegent und versucht das Ausgangssignal aus dem Verstärker 38 über den Ausgangskanal 40 zu vermindern. Dies ergibt eine Signalabnahme aus dem Endverstärker 41 über den Ausgangskanal 42 zum Relais 5. Der Druckabfall innerhalb des Relais 5 ergibt eine geringere Druckübertragung zu den Abgabeventilen 6 und 7, wodurch die Ventile sich weiter schließen können und damit verhindert wird, daß der Kabinendruck mit einer Geschwindigkeit abnimmt, die höher ist als die gewählte Geschwindigkeit.
Wenn die Bedingungen umgekehrt sind, d.h., wenn das Flugzeug fällt, sind alle Signale und ihre Auswirkungen umgekehrt zu den vorbeschriebenen. -
Aus der Schaltung ergibt sich, daß die Absolutwertdrucksteuerbrüoke 31 auf dem Summierverstärker 25 für Absolutgeschwindigkeit angeordnet ist. Der Ausgang aus dem Element wird weiter in einem Pufferverstärker 35 verstärkt, dessen einer Schenkel 43 zur Kabine 8 entlüftet ist. Der Ausgang aus dem anderen Schenkel 36 wird dann gegen einen voreingestellten Vorspannstrahl in dem Verstärker 38 der nächsten Stufe abgeglichen und wird auch mit dem Ausgang aus dem Verstärker 39 summiert. Diese letztere untergeordnete Sohaltung ergibt eine stark
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stabilisierende Wirkung, die einen Betrieb des Gesamtsystems mit höherer Empfindlichkeit ermöglicht, ohne daß eine Pendelung auftritt« Das Absolutwert-Brückendrucksignal über dem Pufferverstärker 35 wird durch den Maximal-Differentialdruckfühler 4 mit der Kabine in lötverbindung gebracht, wobei der fest vorgegebene Vorspannstrahl, der weiter oben erwähnt worden ist, dann das verminderte Pufferverstärkerausgangssignal überspielt, wodurch die Abgabeventile 6 und 7 entgegen ihrer Pederschließkraft in der erforderlichen Weise öffnen.
Das kleine Pilter 42 am Auslaß des Endstufen-Strömungsmittelverstärkers 41 dient einem doppelten Zweck. Zuerst bietet es einen zusätzlichen Schutz für die abgeglichenen Öffnungen in der Schaltung und weiterhin vermindert es ein Hochfrequenzsignalgeräusch, so daß dieses in der Schaltung nicht weiter verstärkt und auf das bzw. die Leistungsrelais 5 übergeführt wird.
Der Geschwindigkeitsfühler nach Pig. 2 ist in seinem Aufbau ähnlich dem schematisch in Hg. 1 gezeigten. Die Änderung des Plugzeugkabinendruckes wird durch eine Differential-Druckdose 13 in Reihe mit einer Kapazität 43 und einer Öffnung 44 festgestellt. Wenn beispielsweise beim Steigen des Plugzeuges der Kabinendruck fällt, eilt der Druck innerhalb der Druckdose dem Kabinendruck nach; dies ist bedingt durch die Zeit, die die Luft benötigt, um aus der Kapazität 43 über die Mündung
44 abzufließen. Dieses Druckdifferential an der Druckdose bewirkt, daß die Druckdose sioh ausdehnt und den Gelenkstift
45 in der Weise betätigt, daß er den Träger 15 bewegt. Wenn das Plugzeug weder steigt noch fällt, wird der Träger in seiner Mittelstellung etwa im gleichen Abstand von den Ventilen 16 und 17 gehalten. Gewinnt das Plugzeug an Höhe, versucht eines der Ventile zu öffnen, während das andere zu schließen versucht, indem eine Druckdifferenz auftritt, die von dem Ausgang der Ventile an den Steueröffnungen des Strömungsmittel-
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Verstärkers 22 ausgenutzt wird. Eine bestimmte gesteuerte Steiggeschwindigkeit kann dadurch ausgewählt werden, daß die Öffnung 44 in ihrer Größe verändert wird, z.B. indem ein Nadelventil verwendet wird, so daß Luft von der Kapazität 43 abfließen kann» Eine Vorspannfeder 46 dient dem Zweck, zu gewährleisten, daß die Druckdose stets unter Kompression arbeitet. Um jede Beschädigung der Trägeranordnung aufgrund unbeabsichtigter Überlastungen durch die Druckdose 13 zu vermeiden, besitzt der Gelenkstift 45 eine Feder 47, die zusammengepresst wird und die einen Überlastdruck aufnimmt.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt; beispielsweise kann das Strömungsmedium, das durch das gesamte System oder durch einen Teil des Systemes fließt, Gas oder eine Flüssigkeit sein, je nach den Druckaufladungsanforderungen. Zusätzliche Verstärkungsstufen können erforderlichenfalls eingeschaltet werden oder es kann zu Stabilitätszwecken eine zusätzliche Voreilung/Nacheilung vorgesehen werden. Erforderlichenfalls können auch zusätzliche Kapazitäten und .Drosselstellen hinzugefügt werden, und die Drosselstellen können einstellbar sein (z.B. Nadelventile), oder es können feste Drosselstellen, z.B. Mündungs- oder Kapillarservorsysteme eingeschaltet sein, wenn Strömungsmitteldrücke nicht ausreichen, um die erforderliche Energie zu erzeugen. Obgleich nur" eine Art von Verstärkerelement dargestellt ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt und es können verschiedene bekannte Arten miteinander oder einzeln belüftete Verstärker verwendet werden, um die Konstruktion zu vereinfachen, so daß das gesamte Strömungsmedium, das in dem Verstärkerelement verwendet wird, nicht durch nachfolgende Elemente angepasst zu werden braucht, sondern in den freien Raum entlüftet werden kann. Entsprechende Verstärker sind in den Figuren 3 und 4 schematisch dargestellt· In Figur 3 ist ein entlüfteter Strahlwirkungs-Trägerablenkverstärker gezeigt· Der Einfachheit halber ist der Verstärker als Verstärker 22 der Fig. 1 dargestellt. Der Verstärker wird bei V1, V2 und V,
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entlüftet und ist sonst ähnlich dem Verstärker 22 und arbeitet auch in der gleichen Weise. Ein entlüfteter Druekzwischenwirkungs-Trägerauslenkverstärker ist in Hg· 4 gezeigt. Bei dieser Vorrichtung wird der Kraftstrom durch die Leistungsdüse durch Änderungen in den Drücken der Steuerleitungen 28 und 29 ausgelenkt, die in diesem Falle nicht mit Strahlen versehen sind, um den Strom des Leistungsmediums durch die Auelaßöffnungen zu verändern. Diese Vorrichtung ist bei V- und Vp entlüftet und arbeitet ähnlich dem vorerwähnten Verstärker.
Das Steuerverfahren kann in jeder ortsfesten oder beweglichen Kammer oder dgl., z.B. einer Plugzeugkabine, einer hyperbarischen Kammer, einem Raumfahrzeug oder einer Unterwasseranlage zur Anwendung kommen, und es können Umwandler verwendet werden, die den Druck oder Fluß in elektrische Signale umwandeln bzw· umgekehrt, wo dies für spezielle Betätigungsvorrichtungen, Verstärker, Fühler oder Übertragungssysteme notwendig ist. Das fieschwindigkeitssteuersystem kann für jede Änderung der Umgebung eingesetzt werden, z.B. Temperaturdruck, Strömung oder Feuchtigkeit, und das Strömungsmittelsystem kann notwendigenfalls abgeändert werden· Ein System kann ferner mehr mechanische oder elektrische Vorrichtungen aufweisen, falls dies zweckmäßig ist, obgleioh dadurch in Verbindung mit den vorbeechriebenen Systemen Schwierigkeiten auftreten können* Ein Flugzeugsystem kann ein Hauptabgabeventil, ein Hilfsabgabeventil und ein doppeltwirkendes Relais aufweisen, wobei das Hauptνentil in unmittelbarer Nähe des Relais angeordnet ist, so daß es rasch auf Druck-anstiege im System anspricht, und das Hilfsventil kann entfernt von dem Relais angeordnet sein, damit es wesentlich langsamer anspricht und damit eine Steuerwirkung auf die Flußverteilung durch die Kabine ergibt«.
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Claims (16)

25-3.1969 W/He3P19OO688.3Patentansprüche:190068SNeue
1. Einrichtung zum Peststellen der Geschwindigkeit einer Änderung des Umgebungsdruckes, gekennzeichnet,durch eine Druckdose (13), einen massenabgeglichenen Träger (15) und eine Ventilanordnung (16, 17), wobei die Druckdose außen auf direkte Umgebungsänderungen und innen auf gesteuerte Umgebungsänderungen anspricht, und wobei die Bewegung der Druckdose und des Trägers mit der Ventilanordnung derart zusammenwirkt, daß ein Signal erzeugt wird, das die Geschwindigkeit der Umgebungsänderung anzeigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, die in Verbindung mit einem Strömungsmittelsteuersystem verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Strömungsmittelverstärker (22) mit einer Antriebsdüse für einen Antriebsströmungsmittelstrom und wenigstens eine Steuerdüse (28 oder 29) für einen Steuerströmungsmittelstrom, der mit dem Antriebssteuermittelstrom aus der Antriebsdüse zur Steuerung der Richtung des Antriebsströmungsmittelflusses in bezug auf wenigstens eine Auslaßöffnung (30) zusammenwirkt, vorgesehen ist.
3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungssteuersystem ein strömungsmittelbetätigtes Drucksteuersystem ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Änderungsgeschwindigkeit von Umgebungsbedingungen anzeigende Signal den Steuerdüsen (28 und.· 29) eines Strömungsmittelverstärkers (22) aufgebbar ist.
5· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System in Verbindung mit der Vorrichtung (3) eine Kammer, eine druckerhöhende Vorrichtung und eine druckvermindernde Vorrichtung (6,7) sowie eine Vorrichtung aufweist, die auf den Antriebs-
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strömungsmlttelstrom aus der Auslaßöffnung anspricht, um wenigstens eine der beiden Vorrichtungen (6, 7) zu betätigen, damit der Kammerdruck auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem in einer Flugzeugkabine angeordnet ist.
7· Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem in Verbindung mit einer hyperbarischen Kammer anwendbar ist. -- .
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdose (I3) einstellbar ausgebildet ist, damit die Ventilanordnung bei einem vorbestimmten Druck betätigt wird.
9· Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Kammer, eine Druckerhöhungsvorrichtung und eine Druckverminderungsvorrichtung (6, 1J), einen Stremungsmittelverstärker (22), der eine Antriebsdüse für den Antriebsmittelstrom, eine Vielzahl von Auslaßöffnungen (30) für das Antriebsmedium und wenigstens eine Steuerdüse (28 oder 29) für einen Steuermittelstrom aufweist, der mit dem Antriebsmittelstrom aus der Antriebsdüse zur Steuerung der Richtung des Antriebsmittelstromes in bezug auf die öffnungen zusammenwirkt, einen Kammerdruckgeschwindigkeitsfühler (3)* der eine Druckdose (13), einen massenabgeglichenen Träger (15) und eine Pufferventilanordnung (16, 17) aufweist, welche so arbeitet, daß der· Steuermittelstrom zur Steuerdüse (28, 29) des Strömungsmittelverstärkers geändert wird, um den Antriebsmittelstrom zu den öffnungen zu steuern, und eine Vorrichtung,- die auf den Antriebsmittelstrom aus den öffnungen anspricht, um wenigstens eine der druckerhöhenden und druckvermindernden Vorrichtungen (6, 7) zu betätigen, damit der Kammerdruck auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
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10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdose (13) außen auf direkte Druckänderung und innen auf gesteuerte Druckänderung anspricht, wobei die daraus resultierende Bewegung der Druckdose in Abhängigkeit von der Druckänderung und in Verbindung mit dem in der Masse abgeglichenen Träger (15) und der Pufferventilanordnung (l6, I7) ein Signal ergibt, das die Druckänderungsgeschwindigkeit anzeigt.
11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck der Druckdose durch eine von Hand betätigte Geschwindigkeitsauswählvorrichtung (2) steuerbar ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Differentialdruckfühler (4), der den inneren Kammerdruck und den Umgebungsdruck nahe der Kammer fest-* stellt und ein resultierendes Ausgangssignal an einer Steuerdüse eines Strömungsmittelverstärkers ergibt, die den Antriebsstrom des Verstärkers und im Anschluß daran die Betätigungsvorrichtung f5, 6, 7), die den Differentialdruck innerhalb eines vorbestimmten Wertes hält, umzukehren versucht.
13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (4) ein Entladeventil (6, 7) öffnet und damit den Differentialdruck vomindert.
14. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmedium und das Steuermedium Luft sind. j
15. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch ' gekennzeiclonet, daß durch Trägerauslenkungs-Druckzwischenwirkung belüfcete Verstärker vorgesehen sind.
16. Einrichtung nach Ansprüchen 2bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch Trägerauslenkungs-StrahlZwischenwirkung belUft/ete Verstärker vorgesehen sind. 9098 3 3/ 1 η η ο
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