DE1900688B2 - Strömungsmittel verwendendes System zur Steuerung des Druckes in einem geschlossenen Raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmittel verwendendes System zur Steuerung des Druckes in einem geschlossenen Raum, insbesondere in einer unter Druck stehenden Flugzeugkabine, mit einer Druckdose, mit einem von dieser Druckdose betätigten, schwenkbar gehalterten Hebel sowie mit einer durch den Hebel gesteuerten Ventilanordnung.

Es ist bereits eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Druckverhältnisses zweier Druckquellen bekannt, bei der eine gewünschte Differenz zwischen den Drükken der beiden Druckquellen aufrechterhalten werden soll. Eine derartige Regeleinrichtung ist zur Regelung des Eingangs- und Ausgangsdruckes einer Kompressoreinheit vorgesehen, nicht aber zur Regelung der Druckverhältnisse innerhalb eines geschlossenen Raumes, z. B. innerhalb einer Flugzeugkabine. Bei Anwendung der bekannten Einrichtung zur Regelung der Druckverhältnisse innerhalb eines geschlossenen Raumes würde sich beim Steigen und Fallen des Flugzeuges der Druck in der Kabine mit gleicher Geschwindigkeit wie der äußere Luftdruck ändern, was für die Passagiere des Flugzeuges sehr unangenehme Folgen hat (GB-PS 1076 074).

Des weiteren ist eine Vorrichtung zur Steuerung von Änderungen des Druckes innerhalb eines Gehäuses, z. B. einer Flugzeugkabine bekannt, die eine Druckdose aufweist, die sowohl außen als auch innen auf Druckänderungen anspricht, bei der ein schwenkbar angeordneter Träger auf die Ausdehnung bzw. Zusammenziehung der Druckdose anspricht, bei der eine Ventilvorrichtung auf die Bewegung der Druckdose und damit auf die entsprechende Bewegung des Trägers anspricht, indem ein Strömungsmittelsteuersignal erzeugt wird, auf das eine Steuervorrichtung zur Steuerung von Druckänderungen im Gehäuse entsprechend dem Steuersignal anspricht. Auch eine derartige bekannte Vorrichtung ist zur Steuerung der Druckänderung, in einem geschlossenen Raum weder geeignet noch vorgesehen. Ferner enthält eine solche bekannte Vorrichtung keinen FUiidic-Regelkreis, sondern eine rein mechanische Vorrichtung in Form zweier Druckregler, deren Bewegung über eine für beide Regler gemeinsame Schwenktraverse auf ein Steuerventil übertragen wird. Eine derartige mechanische. Vorrichtung arbeitet jedoch sehr ungenau und langsam (OT-PS 935 766).
Ziel der Erfindung ist ein schnell und zuverlässig arbeitendes Regelsystem, mit welchem die Geschwindigkeit der Druckänderung in einem geschlossenen Raum, beispielsweise in einer Flugzeugkabine, beim Steigen bzw. Fallen des Flugzeuges auf einfache Weise auf einem einstellbaren Wert gehalten werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zum Regeln der Geschwindigkeit von Druckänderungen in dem geschlossenen Raum die Druckdose außen unmittelbar und innen mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung mit den Druckänderungen in dem geschlossenen Raum beaufschlagt ist, und daß die Ventilanordnung zur Ansteuerung eines Fluidic-Regelkreises für den Druck in dem geschlossenen Raum dient.

so Unter »Fluidic-Regelkreis« ist hierbei ein Regelkreis zu verstehen, der als Informations- und Steuermedium ein Strömungsmittel, ein Gas oder eine Flüssigkeit verwendet. Derartige Regel- oder Steuerkreise haben den Vorteil, daß sie — verglichen mit rein mechanischen Anordnungen — sehr schnell arbeiten und eine hohe Empfindlichkeit besitzen, gleichzeitig jedoch unempfindlich gegen äußere Störungseinflüsse, insbesondere gegen Temperatureinflüsse sind.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert

F i g. 1 zeigt ein Strömungsmittel verwendendes System gemäß der Erfindung zur Regelung der Geschwindigkeit von Druckänderungen in einer Flugzeugkabine, und

F i g. 2 einen Ausschnitt aus dem System nach F i g. 1, und zwar eine Ausführungsform einer durch eine Druckdose betätigten Geschwindigkeitsfeststellvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit von D; uckänderungen.

Das in F i g. 1 gezeigte Schaltdiagramm zeigt ein System zum Regeln der Geschwindigkeit von Druckänderungen in einer Flugzeugkabine od. dgl. Die Energie zur Betätigung des Systems wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor zur Verfügung gestellt, der auch das Medium zur Druckaufladung der Kammer liefert, der aber auch als Anzapfung am Flugzeugmotor ausgebildet sein kann. Das System weist eine KabinenhöheneinstePiVorrichtung 1, eine Geschwindigkeitsein·

so Stellvorrichtung 2, eine Geschwindigkeitsfeststellvorrichtung 3, eine Maximal-Druckunterschiedfeststellvorrichtung 4, ein Abgabeleistungsrelais 5 und Abgabeventile 6 und 7 auf. Diese Abgabeventile steuern den Luftauslaß aus der Kabine 8 in die Umgebung 9 der Kabine und werden pneumatisch durch Steuerung eines Strömungsmittelverstärkersystems innerhalb der Kabine betätigt. Alle Slrömungsmittelkomponenten werden aus einer einzigen Leitung 10 über das Reduzierventil 11 und den Hauptfilter 12 gespeist.

In Betrieb hält bei steigendem Flugzeug, d. h. bei zunehmender Kabinenhöhe die Kabinenhöheneinstellvorrichtung 1 die Abgabeventile 6 und 7 weit geöffnet, wodurch die Kabinenhöhe mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Flugzeughöhe ansteigen kann. Wird die Geschwindigkeitseinstcllvorrichtung 2 auf einen gewünschten Wert der Kabinendruckänderung gebracht, der kleiner ist als der, der unter absoluter Steuerung auftritt, ereignet sich folgendes:

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Nimmt der Kabinendruck ab (und die Kabinenhöhe zu), wird die Druckänderungsgeschwindigkeit durch sine GeschwindigkeitsfeststeUvorrichtung 3 ermittelt Diese Vorrichtung weist eine Druck» tose 13, einen Gevrichtsausgleichträger 15 und einr zugeordnete Ventilanordnung 16,17 auf. Wie dargestellt, werden zwei voreingestelite Druckquellen hoher Impedanz, die von der Leitung 10 durch Leitungen 18 und 19 über Drosselstellen 20 und 21 angezapft sind, zur Einspeisung der Grundvingangssignale 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 Strömungsmitteiverstärker 22 verarbeitet bevor sie }$ den Steuerausen 23 oder 24 des Absolutgeschwindigkeits-Summierverstärkers 25 zugeführt werden. Die Ausgangsimpedanz der Ventile 16 i'nd 17 wird durch eine Bewegung des kleinen Wippenträgers 15 verändert, der in seiner Mittenlinie verschwenkt wird und federvorgespannt ist derart, daß er am einen messerartigen 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 15 stellt eine zweckmäßige Methode für den Massenabgleich der Druckdose 13 dar und macht sie unempfindlich gegen Änderungen der Höhe und der Erdanziehungskraft. Die Innenseite der Druckdose 13 is: mit einer zusätzlichen Kapazität 14 an den Kabinendruck über eine Filter-Drosselstelle hoher Impedanz (Geschwindigkeitswähler 2) angeschlossen, die durch einen Bedienenden einstellbar ist. Wenn det 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 auf Grund der Engstelle, die durch das Nadelventil 27 des Geschwindigkeitswählers hervorgerufen wird. Bei Ausdehnung der Druckdose 13 der Geschwindigkeitseinstellvorrichtung kippt der Träger 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 Sieuerdüse 29 des ersten Geschwindigkeitsrückkopplungsverstärkers 22, woraus sich ein vergrößertes Ausgangssignal über den Ausgangskanal 30 ergibt. Dieses Signal wird in den Geschwindigkeitssummierverstärker 25 geleitet damit es den Leistungsstrom durch die Steuerdüse 24 beeinflußt. Dies wirkt dem Signal aus der Absolutwert-Wählerbrücke 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 der Kabinenhöheneinstellvorrichtung 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 Fühlerkopf-Signalsummierverstärkers 38 übertragen. Hier wirkt es einem voreingestellten Vorspannsteuerfluß aus einem Stabilisierschaltungsverstärker 39 entgegen 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 verbinden wird, daß dar 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 Absolutwertdrucksteuerbrücke 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 geöffnet 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 summieri. Diese letztere untergeordnete Schaltung ergibt eine stark stabilisierende Wirkung, die einen Betrieb des Gesamtsystems mit höherer Empfindlichkeit ermöglicht ohne daß eine Pendelung auftritt Das Absolut'* ert-Brückendrucksigna) über dem Pufferverstärker 35 wird durch die Maximal-Druckunterschiedsfeststellvorriclitung 4 mit der Kabine in Luftverbindung gebracht, wobei der fest vorgegebene Vorspannstn»hl, der weiter oben erwähnt worden ist, dann das verminderte Ptifferverstärkerausgangssignal überspielt wodurch die Abgabeventile 6 und 7 entgegen ihrer Federschließkraft in der erforderlichen Weise öffnen.

Der kleine Filter 42 am Au-slaß 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.

Die Geschwindigkeitsfestellvorrichtung nach F i g. 2 ist in ihrem Aufbau ähnlich der schematisch in F i g. 1 gezeigten. Die Änderung des Flugzeugkabinendruckes wird durch eine Differential-Druckdose 13 in Reihe mit einer Kapazität 14 und einer Öffnung 44 festgestellt. Wenn beispielsweise beim Steigen des Flugzeuges der KabinenHmck fällt, eilt der Druck innerhalb der Druckdose 13 dem Kabinendruck nach; dies ist bedingt durch die Zeit die die Luft benötigt um aus der Kapazität 14 über die Mündung 44 abzufließen. Dieser Druckunterschied an der Druckdose 13 bewirkt, daß die Druckdose 16 sich ausdehnt und den Gelenkstift 45 in der Weise betätigt, daß er den Träger 15 auslenkt Wenn das Flugzeug weder steigt noch fällt wird der Träger in seiner Mittelstellung etwa im gleichen Abstand von den Ventilen 16 und 17 gehalten. Gewinnt das Flugzeug 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 Strömungsmittelverstärkers 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 dei Kapazität 14 abfließen kann. Eine Vorspannfeder 46 soll gewährleisten, daß die Druckdose stets unter Kompression arbeitet. Um jede Beschädigung der Trägeranordnung auf Grund unbeabsichtigter Überlastungen durch die Druckdose 13 zu vermeiden, besitzt der Gelenkstift 45 eine Feder 47, die zusammegepreßt wird und die einen Übeiiastdruck aufnimmt.

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Das Strömungsmedium, das durch das gesamte System oder durch einen Teil des Systemes fließt, kann aus Gas oder einer 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. Zündungs- oder Kapillarservorsysteme eingeschaltet sein, wenn die Strömungsmitteldrücke nicht ausreichen, um die erforderliche Energie zu erzeugen. Obgleich nur eine Art von Verstärkerelement dargestellt ist, können verschiedene bekannte Arten miteinander oder einzeln belüftete Verstärker verwendet v/erden, 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.

Das Steuersystem nach der Erfindung kann in jeder ortsfesten oder beweglichen Kammer od. dgl., zum Beispiel einer Flugzeugkabine, 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

19 OO 688 Patentansprüche:

1. Strömungsmittel verwendendes System zur Steuerung des Druckes in einem geschlossenen Raum, insbesondere in einer unter Druck stehenden Flugzeugkabine, mit einer Druckdose, mit einem von dieser Dose betätigten, schwenkbar gehalterten Hebel sowie mit einer durch den Hebel gesteuerten Ventilanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Regeln der Geschwindigkeit von Druckänderungen in dem geschlossene^ Raum die Druckdose (13) außen unmittelbar und innen mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung mit den Druckänderungen in dem geschlossenen Raum beaufschlagt ist, und daß die Ventilanordnung (16,17) zur Ansteuerung eines Fluidik-Regelkreises für den Druck in dem geschlossenen Raum dient.

2. Strömungsmittel verwendendes System nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdose (13) einstellbar angeordnet ist und die Ventilanordnung (16, 17) bei einem vorbestimmten Druck betätigt.