DE19713125C2 - Verfahren zur Regulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät und Stufenventil hierfür - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät sowie ein Stufenventil zur Verwen­ dung in einem derartigen Verfahren.

Stufenventile, insbesondere Kabinenabluftventile in einem Kabinen­ druckregelsystem eines Flugzeugs, regeln den Druck innerhalb der Ka­ bine in einem festgelegten Bereich, der lebensnotwendig für die Si­ cherheit der an Bord befindlichen Personen ist und ihnen einen maxima­ len Komfort bietet. Durch die Stufenventile wird den Insassen entspre­ chend der Flughöhe der entsprechende Partialdruck des Sauerstoffs bereitgestellt. Durch die Betätigung der Stufenventile kann der aus der Kabine austretende Luftmassenstrom reguliert und variiert werden.

Aus der auf denselben Anmelder zurückgehenden DE 43 16 886 A1 ist ein Verfahren zur Regulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät bekannt. Die Regelung erfolgt über ein Ventil mit einem geschwindig­ keitsgeregelten Antrieb. Der Antrieb wird von einem Regler angesteu­ ert, der als Eingangsgröße den Kabinen-Ist-Druck verwendet. Eine Po­ sitionsrückmeldung vom Ventil zum Regler ist nicht vorgesehen. Ein­ zelheiten des verwendeten Ventils sind nicht entnehmbar.

Zur Regulierung des Kabinendrucks kann ein Ventil mit einer einzigen Ventilklappe vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von dem herrschen­ den Differenzdruck zwischen der Kabine und der äußeren Umgebung entsprechend weit geöffnet wird. Durch eine derartige Anordnung kann zwar der Konstruktionsaufwand reduziert werden, jedoch bestehen bei einem solchen Ventilsystem andere Nachteile. Üblicherweise wird mit dem aus dem Ventil austretenden Luftmassenstrom ein zusätzlicher effektiver Schubgewinn erzielt. Ein solcher Schubgewinn ist mit einem einklappigen Ventilsystem nur schwer zu erreichen, da der Luft­ massenstrom nicht ausreichend kanalisiert und gerichtet austreten kann.

Es ist weiter bekannt, für die Regulierung des Kabinendrucks zwei ge­ trennte Ventile zu verwenden. Dabei sind die Ventile derart gesteuert, daß eines der Ventile bei einem höheren Differenzdruck, d. h. bei Flug in großen Höhen, öffnet, während das zweite Ventil geschlossen bleibt. Erst bei niedrigen Differenzdrücken, d. h. bei Flügen in niedrigen Höhen oder am Boden öffnet auch das zweite Ventil. Durch diese Ventilanordnung kann zwar der austretende Luftmassenstrom aus der Kabine ausreichend gut reguliert werden, allerdings weist das Ventilsy­ stem einen komplizierten Aufbau auf und ist somit in seiner Herstellung relativ kostenintensiv. Darüber hinaus müssen die beiden Ventile über unabhängige Antriebsgetriebe betätigt werden.

Die US-Re. 31,471 zeigt ein Ventil zum Abdichten von Rohrleitungen, das drei drehbar in einer Rohrleitung übereinander angeordnete platten­ förmige Schließglieder aufweist. Die Schließglieder werden durch ein gemeinsames Antriebsgetriebe zeitversetzt betätigt. Hierbei ver­ schwenkt das mittlere Schließglied zunächst in eine erste Richtung, während das obere und untere Schließglied anschließend in Gegenrich­ tung verschwenkt werden. Eine Regulierung des die Rohrleitung durch­ strömenden Fluids oder die Verwendung dieses Ventils zur Regulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät sind nicht angesprochen.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Kabinendruck in einem Fluggerät auf einfache und effektive Weise reguliert werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung soll ein Stufenventil zur Verwendung in dem eingangs genannten Verfahren geschaffen wer­ den, das auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist und mit dem ein effektiver Schubgewinn durch den austretenden Luftmassen­ strom möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Re­ gulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät, insbesondere einem Flugzeug, über ein Stufenventil mit einer kleineren ersten Ventilstufe und einer größeren zweiten Ventilstufe und mit einem Antriebsgetriebe, wobei die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe derart mit dem Antriebsgetriebe verbunden sind, daß die erste Ventilstufe getrennt von der zweiten Ventilstufe betätigt wird, mit folgenden Schritten:
a) Betätigung der kleineren ersten Ventilstufe als Regelstufe über das Antriebsgetriebe während des Flugs bei einem hohen Differenzdruck;
und b) zusätzliche Betätigung der größeren zweiten Ventilstufe über das Antriebsgetriebe bei einem niedrigen Differenzdruck, insbesondere beim Flug in niedrigen Höhen oder am Boden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß durch den austretenden Luftmassestrom während des Flugs ein möglichst hoher effektiver Schubgewinn erzielt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Vielzahl von vorteilhaften Effekten und Wirkungsweisen be­ reit, die nachstehend in Verbindung mit dem zur Verwendung in dem Verfahren vorgesehenen Stufenventil beschrieben werden. In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden die erste Ven­ tilstufe und die zweite Ventilstufe durch das Antriebsgetriebe derart angetrieben, daß sie in der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung in derselben Position ausgerichtet sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stufenventil zur Verwendung in dem eingangs genannten Verfahren mit einer kleineren ersten Ventilstufe und einer größeren zweiten Ven­ tilstufe und mit einem Antriebsgetriebe bereitgestellt, wobei die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe derart mit dem Antriebsgetriebe verbunden sind, daß die erste Ventilstufe getrennt von der zweiten Ventilstufe betätigt wird.

Das erfindungsgemäße Stufenventil weist zwei Ventilstufen auf, die über ein einziges Antriebsgetriebe betätigt werden. Durch die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung und Regelung des Stufenventils wird die Wirtschaftlichkeit der Klimatisierung in der Kabine des Fluggeräts enorm gesteigert. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da die Luftversorgung an Bord eines Fluggeräts, insbesondere eines Flug­ zeugs, der größte Sekundär-Energieverbraucher ist. Weiterhin kann durch die getrennte Betätigung der kleineren ersten Ventilstufe und der größeren zweiten Ventilstufe der Luftmassenstrom derart aus dem Stu­ fenventil austreten, daß während des Flugs ein hoher effektiver Schub­ gewinn erzielt wird. Dazu wird während des Flugs in großen Höhen, d. h. bei einem großen Differenzdruck zwischen dem Kabinenraum und der äußeren Umgebung nur die kleinere erste Ventilstufe geöffnet, aus der der Luftmassenstrom gerichtet und kanalisiert austreten kann. Bei Flügen in geringerer Höhe oder am Boden, d. h. in einem Bereich nied­ rigen Differenzdrucks zwischen dem Kabinenraum und der äußeren Umgebung wird zusätzlich die zweite größere Ventilstufe geöffnet, so daß eine ausreichend große Öffnung für den Austritt des Luftmassen­ stroms zur Verfügung steht.

Erfindungsgemäß können die erste Ventilstufe und die zweite Ven­ tilstufe derart angeordnet sein, daß sie in der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung in derselben Posi­ tion ausgerichtet sind. Dadurch wird erreicht, daß die Ventilstufen in der geöffneten Stellung dem austretenden Luftmassenstrom nur einen geringen Widerstand entgegensetzen. Dabei können die beiden Ven­ tilstufen je nach Ausführungsform des Stufenventils in diesen Stellun­ gen beispielsweise eine Ebene bzw. eine Linie bilden oder aber parallel zueinander ausgerichtet sein. Insbesondere in der geschlossenen Stel­ lung ist es jedoch erforderlich, daß die beiden Ventilstufen in einer ein­ zigen Ebene ausgerichtet sind, um eine ausreichende Dichtwirkung des Stufenventils zu erzielen.

Vorteilhaft sind die erste Ventilstufe und/oder die zweite Ventilstufe plattenförmig ausgebildet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe in einer Ventilöffnung angeordnet. Auf diese Weise ist nur eine einzige Ventilöffnung im Rumpf des Fluggeräts er­ forderlich, was den Herstellungs- und Montageaufwand weiter redu­ ziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Ventilstufe innerhalb der zweiten Ventilstufe angeordnet.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Stufenventils können beide Ventilstufen vorteilhaft über eine einzige Drehachse verschwenkt wer­ den, was den Konstruktionsaufwand des Stufenventils verringert. Wei­ terhin ist es bei einer solchen Anordnung der beiden Ventilstufen mög­ lich, daß die Ventilstufen sowohl in der vollständig geöffneten als auch in der vollständig geschlossenen Stellung des Stufenventils innerhalb einer einzigen Ebene ausgerichtet sind. Dadurch wird ein gerichtet aus­ tretender Luftmassenstrom gewährleistet, mit dem zusätzlich eine ef­ fektive Schubrückgewinnung bei geringen Betätigungskräften erzielt wird.

Vorteilhaft kann die erste Ventilstufe rechteckig ausgebildet sein und/ oder die zweite Ventilstufe eine runde Grundgeometrie aufweisen. Die runde Grundgeometrie der zweiten Ventilstufe gestattet eine einfache und kostengünstige Herstellungsweise und ermöglicht zusätzlich eine einfache Einpassung des Stufenventils in die Ventilöffnung des Flug­ zeugrumpfs bei gleichzeitig vorteilhafter Dichtwirkung.

Die Kontur der kleineren ersten Ventilstufe sowie die innere Form der größeren zweiten Ventilstufe sind vorteilhaft aerodynamisch günstig ausgebildet. Insbesondere wird ein maximaler Schubgewinn bei einem minimalen Drehmomentbedarf erzielt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe hintereinander an­ geordnet.

Wiederum sind beide Ventilstufen innerhalb einer einzigen Ventilöff­ nung im Rumpf des Flugzeugs angeordnet, wodurch eine kostengün­ stige Herstellung und Montage des Stufenventils gewährleistet ist. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ventilstu­ fen erreicht, daß die beiden Ventilstufen in der vollständig geschlosse­ nen Stellung des Stufenventils in einer Ebene ausgerichtet sind, wäh­ rend die beiden Ventilstufen in der vollständig geöffneten Stellung des Stufenventils parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die entspre­ chende Anordnung der Ventilstufen kann ein maximaler Schubrückge­ winn erzielt werden. Weiterhin ist es möglich, die Drehpunkte der Ventilstufen individuell auszuwählen, wodurch erreicht wird, daß zum Öffnen und Schließen des Stufenventils nur minimale Betätigungskräfte benötigt werden.

Vorteilhaft ist die erste Ventilstufe und/oder die zweite Ventilstufe rechteckig ausgebildet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebsgetriebe als Koppelgetriebe ausgebildet, das wenigstens zwei Gelenkelemente auf­ weist, die drehbar miteinander verbunden sind.

Koppelgetriebe sind dadurch charakterisiert, daß sich ihre Gelenkele­ mente durch die drehbare Verbindung in parallelen Ebenen bewegen. Vorteile von Koppelgetrieben gegenüber andersartigen Getriebearten liegen in der einfachen und damit kostengünstigen Herstellbarkeit der Gelenkelemente, den Berührungsverhältnissen in den Gelenken sowie die dadurch bedingte hohe Beanspruchbarkeit des Koppelgetriebes. Weiterhin besteht für Koppelgetriebe eine breite Palette vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere infolge ihres Reichtums an verschiedenen Strukturen, Bauformen und Bewegungsmöglichkeiten. Dadurch können Koppelgetriebe, beispielsweise durch entsprechende Auswahl der Anzahl an Gelenkelementen sowie deren geometrischer Ausgestaltung an die unterschiedlichsten Anwendungserfordernisse und Raumerfordernisse angepaßt werden.

Vorteilhaft sind die wenigstens zwei Gelenkelemente über Drehgelenke miteinander verbunden.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Antriebsgetriebe vier Gelenk­ elemente auf.

Insbesondere durch die Ausgestaltung des Antriebsgetriebes mit vier Gelenkelementen wird erreicht, daß eine gleichmäßige Drehbewegung der Antriebseinheit in eine ungleichmäßige Drehbewegung der einzel­ nen Ventilstufen umgeformt wird, was zu unterschiedlichen Öff­ nungswinkeln der einzelnen Ventilstufen führt. Trotz der ungleichmäßi­ gen Drehbewegungen der einzelnen Ventilstufen wird jedoch erreicht, daß die beiden Ventilstufen in der vollständig geöffneten sowie der vollständig geschlossenen Stellung in derselben Position ausgerichtet sind.

Mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stufenventil wird ein Ventilsystem geschaffen, bei dem die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe über ein einziges Antriebsgetriebe betätigt werden und wobei die kleinere erste Ventilstufe als Regelstufe während des Flugs bei einem hohen Differenzdruck zum Einsatz kommt und die grö­ ßere zweite Ventilstufe zusätzlich bei einem niedrigeren Differenzdruck öffnet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Stufenventil gemäß einer er­ sten Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die bei­ den Ventilstufen in der geschlossenen Position befinden;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Stufenventil gemäß Fig. 1, wobei die kleinere erste Ventilstufe geöffnet ist;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Stufenventil gemäß Fig. 1, wobei beide Ventilstufen vollständig geöffnet sind;

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Stufenventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei beide Ventilstufen geschlossen sind;

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Stufenventil gemäß Fig. 4, wobei die kleinere erste Ventilstufe geöffnet ist; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Stufenventil gemäß Fig. 4, wobei beide Ventilstufen vollständig geöffnet sind.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Stufenventil 10 in einer Ventilöff­ nung 11 eines Flugzeugs angeordnet. Das Stufenventil 10 besteht aus einer kleineren ersten Ventilstufe 20, einer größeren zweiten Ventilstu­ fe 30 sowie einem Antriebsgetriebe 40. Die erste Ventilstufe 20 ist innerhalb der zweiten Ventilstufe 30 angeordnet. Sowohl die erste Ventilstufe 20 als auch die zweite Ventilstufe 30 sind über eine ge­ meinsame Drehachse 22 drehbar im Stufenventil 10 angeordnet. Die zweite Ventilstufe 30 weist eine runde Grundgeometrie auf, während die erste Ventilstufe 20 rechteckig ausgebildet ist. Auf jeden Fall sind die erste Ventilstufe 20 und die zweite Ventilstufe 30 derart ausgebil­ det, daß sie eine aerodynamisch günstige Konfiguration aufweisen.

Die zweite Ventilstufe 30 weist zu der Ventilöffnung 11 hin ausgerich­ tete Stirnseiten 32 auf. Die Stirnseiten 32 sind mit einer leichten Run­ dung versehen, so daß die zweite Ventilstufe 30 in der Ventilöffnung 11 leicht gedreht werden kann. Weiterhin ist die Ventilöffnung 11 mit leicht zurückspringenden Kanten versehen, wodurch die Drehbarkeit der zweiten Ventilstufe 30 zusätzlich verbessert wird.

Die zweite Ventilstufe 30 weist eine Öffnung 31 auf, in der die erste Ventilstufe 20 drehbar angeordnet ist. Die Wände 33 der Ventilstufe 30 im Bereich der Öffnung 31 sind schräg geneigt ausgebildet und weisen jeweils eine Aussparung 34 auf, in die sich im geschlossenen Zustand des Stufenventils 10 die Enden 21 der ersten Ventilstufe 20 einlegen. In den Aussparungen 34 können vorteilhaft Dichtelemente vorgesehen sein.

Die erste Ventilstufe 20 hat annäherungsweise die Form eines Paralle­ logramms, wobei die erste Ventilstufe 20 im Bereich der Drehachse 22 ihren größten Durchmesser aufweist und zu den Enden 21 hin spitz zusammenläuft. Durch diese Ausgestaltung der ersten Ventilstufe 20 wird erreicht, daß sich die Enden 21 im geschlossenen Zustand des Stufenventils gegen die Wände 33 und die Aussparungen 34, in denen Dichtelemente vorgesehen sein können, der zweiten Ventilstufe 30 anlegen, so daß kein Luftmassenstrom aus dem Stufenventil 10 aus­ treten kann.

Die kleinere erste Ventilstufe 20 und die größere zweite Ventilstufe 30 werden über ein einziges Antriebsgetriebe 40 angetrieben. Das An­ triebsgetriebe 40 besteht aus insgesamt vier Gelenkelementen 41, 42, 43, 44, die über jeweilige Drehgelenke 45 drehbar miteinander verbun­ den sind. Die erste Ventilstufe 20 ist über einen Befestigungsabschnitt 23 mit dem knochenartig ausgebildeten Gelenkelement 41 verbunden. Die zweite Ventilstufe 30 ist über einen Befestigungsabschnitt 35 mit dem knochenartig ausgebildeten Gelenkelement 42 verbunden. Die Gelenkelemente 41, 42 sind wiederum über Gelenkelemente 43, 44 indirekt miteinander verbunden. Die nicht dargestellte Antriebseinheit des Antriebsgetriebes 40 ist mit diesem im Verbindungsbereich der Gelenkelemente 43 und 44 verbunden.

Die Funktionsweise des Stufenventils 10 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. In Fig. 1 ist das Stufenventil 10 in geschlossener Stellung dargestellt. Sowohl die erste Ventilstufe 20 als auch die zweite Ventilstufe 30 befinden sich in der geschlossenen Position. Durch die Tatsache, daß die Enden 21 der ersten Ventilstufe 20 auf den Wänden 33 und in den Aussparungen 34, in denen Dichte­ lemente vorgesehen sein können, der zweiten Ventilstufe 30 auf- bzw. anliegen, kann der Luftmassenstrom nicht aus dem Stufenventil 10 austreten.

In Fig. 2 ist das Stufenventil 10 mit geöffneter erster Ventilstufe 20 dargestellt. Eine derartige Einstellung des Stufenventils 10 erfolgt bei­ spielsweise dann, wenn sich das Flugzeug im Reiseflug, d. h. im Flug in großen Höhen befindet. Während des Reisflugs des Flugzeugs herrscht ein großer Differenzdruck zwischen dem Kabineninnenraum und der äußeren Umgebung des Flugzeugs. Um einen effektiven Luft­ massenstrom zu erzeugen, der zu einem wirkungsvollen Schubgewinn führt, ist es ausreichend, daß bei einem großen Differenzdruck nur die erste Ventilstufe 20 geöffnet ist, während die zweite Ventilstufe 30 geschlossen bleibt. Um eine derartige Positionierung der beiden Ven­ tilstufen 20, 30 des Stufenventils 10 zu erreichen, wird das Antriebs­ getriebe 40 in der durch den Pfeil D dargestellten Drehrichtung ver­ dreht. Da die erste Ventilstufe 20 über den Befestigungsabschnitt 23 zwar drehbar aber dennoch fest mit dem Gelenkelement 41 des An­ triebsgetriebes 40 verbunden ist, führt eine entsprechend dem Pfeil D durchgeführte Bewegung des Antriebsgetriebes zu einer Öffnung der ersten Ventilstufe 20. Auf Grund der Verwendung eines Antriebsge­ triebes 40 mit insgesamt vier Gelenkelementen wird die gleichmäßige Drehbewegung der nicht dargestellten Antriebseinheit für das An­ triebsgetriebe 40 in eine ungleichmäßige Drehbewegung der einzelnen Ventilstufen 20, 30 umgeformt. Dies führt zu unterschiedlichen Öff­ nungswinkeln der Ventilstufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die entsprechend ausgewählten Gelenkelemente, insbeson­ dere hinsichtlich ihrer Länge, ihrer Winkelstellung und Positionierung erreicht, daß die erste Ventilstufe 20 durch Betätigung des Antriebsge­ triebes 40 geöffnet werden kann, während die zweite Ventilstufe 30 geschlossen bleibt. In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist die erste Ven­ tilstufe 20 soweit geöffnet, daß nicht nur eine vorteilhafte Regelung des austretenden Luftmassenstroms gewährleistet ist, sondern gleich­ zeitig auch ein effektiver Schubgewinn bei geringen Betätigungskräften erzielt wird. Die zweite Ventilstufe 30 ist weiterhin soweit geschlos­ sen, daß durch diese kein Luftmassenstrom austreten kann.

In Fällen eines niedrigen Differenzdrucks zwischen dem Kabineninnen­ raum und der äußeren Umgebung des Flugzeugs, beispielsweise beim Flug in niedrigen Höhen oder am Boden, ist es erforderlich, daß der Luftmassenstrom durch eine ausreichend große Öffnung austreten kann. Bei niedrigen Differenzdrücken muß deshalb das Stufenventil 10 vollständig geöffnet werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Durch das weitere Verdrehen des Antriebsgetriebes 40 in Richtung des Pfei­ les D werden nunmehr auch die mit der zweiten Ventilstufe 30 in Ver­ bindung stehenden Gelenkelemente 42, 44 verschoben, wodurch auch die zweite Ventilstufe 30 geöffnet wird. In der in Fig. 3 dargestellten vollständig geöffneten Position des Stufenventils 10 sind die beiden Ventilstufen 20, 30 in einer Ebene bzw. einer Linie ausgerichtet, so daß dem Luftmassenstrom bei dem herrschenden geringen Differenz­ druck ein minimaler Widerstand entgegengesetzt wird. Weiterhin wird durch die Stellung des Stufenventils 10 eine maximale Öffnung für den Austritt des Luftmassenstroms erzeugt.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Stufenventils dargestellt.

Gemäß Fig. 4 ist das Stufenventil 50 wiederum in einer Ventilöffnung 51 eines Flugzeugrumpfs angeordnet. Das Stufenventil 50 weist eine erste Ventilstufe 60, eine zweite Ventilstufe 70 sowie ein Antriebsge­ triebe 40 auf. Das Antriebsgetriebe 40 entspricht in seinem Aufbau dem in bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen Antriebsgetriebe, so daß gleiche und funktionsgleiche Bauteile mit identischen Bezugs­ zeichen versehen sind und auf eine erneute detaillierte Beschreibung des Antriebsgetriebes 40 verzichtet wird. Die erste Ventilstufe 60 und die zweite Ventilstufe 70, die jeweils eine rechteckige Grundgeometrie aufweisen, sind hintereinander in der Ventilöffnung 51 angeordnet.

Die kleinere erste Ventilstufe 60 ist plattenartig ausgebildet und über eine Drehachse 61 und einen Befestigungsbereich 62 drehbar im Stu­ fenventil 50 angeordnet. Die erste Ventilstufe 60 besteht aus einer Grundplatte 65, einer Leitplatte 66 sowie einem zur Wand der Ventil­ öffnung 51 hin ausgerichteten Endbereich 64. Im freien Ende des End­ bereichs 64 ist ein Befestigungsabschnitt 67 vorgesehen, über den die erste Ventilstufe 60 mit dem Gelenkelement 41 des Antriebsgetriebes 40 drehbar verbunden ist. Die den Luftmassenstrom leitende Leitplatte 66 und die Grundplatte 65 sind schräg zueinander angeordnet und lau­ fen in einem Endbereich 63 zusammen, der in Richtung der zweiten Ventilstufe 70 ausgebildet ist.

Die zweite Ventilstufe 70 ist über eine Drehachse 71 sowie ein Befe­ stigungsbereich 72 drehbar im Stufenventil 50 angeordnet. Auch die zweite Ventilstufe 70 ist plattenartig ausgebildet und besteht aus ei­ nem zur Wand der Ventilöffnung 51 hin ausgericheten Endbereich 74, einer Grundplatte 75, einer den Luftmassenstrom leitenden Leitplatte 76 sowie einer Befestigungsplatte 77. An der Befestigungsplatte 77 ist ein Befestigungsabschnitt 78 vorgesehen, über den die zweite Ven­ tilstufe 70 drehbar mit dem Gelenkelement 42 des Antriebsgetriebes 40 verbunden ist. Die Leitplatte 76, die im geschlossenen Zustand des Stufenventils 50 mit dem Endbereich 63 der ersten Ventilstufe 60 in Berührung kommt, weist im Bereich, in dem der Endbereich 63 der er­ sten Ventilstufe 60 an der Leitplatte 76 der zweiten Ventilstufe 70 an­ liegt, ein zusätzliches Dichtungselement 79 auf. Wie in Fig. 4 darge­ stellt ist, drückt der Endbereich 63 der ersten Ventilstufe 60 im ge­ schlossenen Zustand gegen das Dichtelement 79 der zweiten Ven­ tilstufe 70, wodurch ein Austritt des Luftmassenstroms im geschlos­ senen Zustand des Stufenventils 50 sicher und vollständig vermieden wird. Weiterhin weist die Leitplatte 76 ein wulstartig verbreitertes Ende 73 auf. Das Ende 73 hat die Aufgabe, den Luftmassenstrom im geöff­ neten Zustand des Stufenventils 50 auf die Leitplatte 76 abzulenken. Die wulstartige Ausgestaltung des Endes 73 ist jedoch nicht zwingend erforderlich, so daß auch andere Ausgestaltungen der Leitplatte denk­ bar ist. Voraussetzung ist nur, daß die Ventilstufen aerodynamisch günstig ausgebildet sind.

Die der Wand der Ventilöffnung 51 gegenüberliegenden Endbereiche 64 und 74 der ersten Ventilstufe 60 und der zweiten Ventilstufe 70 sind leicht abgerundet ausgebildet, um ein Drehen der ersten Ventilstu­ fe 60 und der zweiten Ventilstufe 70 innerhalb der Ventilöffnung 51 zu erleichtern. Weiterhin können die durch die Drehachsen 61, 71 und die Befestigungsbereiche 62, 72 festgelegten Drehpunkte der ersten Ven­ tilstufe 60 und der zweiten Ventilstufe 70 je nach Größe der Ventilstu­ fen und der Anwendungserfordernisse derart gewählt werden, daß zum Öffnen und Schließen des Stufenventils 50 nur minimale Betätigungs­ kräfte erforderlich sind.

Die Funktionsweise des Stufenventils 50 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 näher beschrieben.

In Fig. 4 ist das Stufenventil 50 in geschlossener Position dargestellt. Beide Ventilstufen 60 und 70 befinden sich in ihrer vollständig ge­ schlossenen Stellung. Dabei sind die beiden Ventilstufen 60 und 70 in einer Ebene und somit in derselben Position ausgerichtet. Um zu ver­ meiden, daß der im Innenraum der Kabine des Flugzeugs vorhandene Luftmassenstrom aus dem Stufenventil 50 austreten kann, ist der ge­ neigte Endbereich 63 der ersten Ventilstufe 60 fest gegen die ebenfalls geneigte Leitplatte 76 der zweiten Ventilstufe 70 angedrückt. Zusätz­ lich dazu ist in diesem Bereich das zusätzliche Dichtungselement 79 vorgesehen, was eine vollständige Abdichtung des Stufenventils ge­ währleistet.

Fig. 5 zeigt das Stufenventil 50 mit geöffneter erster Ventilstufe 60. Diese Ventilstellung wird gewählt, wenn sich das Flugzeug in Reisehö­ he befindet, wo ein großer Differenzdruck zwischen dem Kabineninnen­ raum und der äußeren Umgebung des Flugzeugs vorherrscht. Die erste Ventilstufe 60 ist soweit geöffnet, daß nicht nur eine Regelung des austretenden Luftmassenstroms gewährleistet ist, sondern daß gleich­ zeitig auch ein maximaler Schubgewinn durch den austretenden Luft­ massenstrom erzielt wird. Die zweite Ventilstufe 60 ist weiterhin so­ weit geschlossen, daß kein Luftmassenstrom austreten kann. Der Luftmassenstrom wird durch das Ende 73 der zweiten Ventilstufe 70 abgelenkt und durch die schrägen Leitplatten 66 und 76 kanalisiert. Die Öffnung der ersten Ventilstufe 60 erfolgt durch die Drehung des An­ triebsgetriebes 40 in Richtung des Pfeils D.

In Fig. 6 ist das Stufenventil 50 in seiner vollständig geöffneten Posi­ tion dargestellt. Diese geöffnete Position des Stufenventils 50 wird ge­ wählt, wenn nur ein geringer Differenzdruck zwischen dem Kabinenin­ nenraum und der äußeren Umgebung des Flugzeugs vorherrscht, wie dies beispielsweise bei geringen Flughöhen oder am Boden der Fall ist.

Sowohl die erste Ventilstufe 60 als auch die zweite Ventilstufe 70 sind in der vollständig geöffneten Stellung wiederum in der gleichen Positi­ on ausgerichtet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 sind sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch nicht in gleicher Ebene sondern parallel zueinander ausgerichtet. Auch durch diese Ausrichtung der beiden Ventilstufen 60, 70 wird erreicht, daß dem Luftmassenstrom nur ein minimaler Widerstand entgegenge­ setzt wird. Gleichzeitig wird eine möglichst große Öffnung bereitge­ stellt, aus der der Luftmassenstrom aus dem Stufenventil 50 austreten kann.

Beiden Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß das Stu­ fenventil in einer einzigen Ventilöffnung des Flugzeugs angeordnet werden kann, und daß die kleinere erste Ventilstufe getrennt von der größeren zweiten Ventilstufe über ein einziges Antriebsgetriebe betä­ tigt werden kann. Dadurch wird erreicht, daß mit dem austretenden Luftmassenstrom ein maximaler Schubgewinn erzielt und eine Energie­ einsparung erreicht werden kann. Zur ausreichenden Abdichtung kön­ nen zwischen den Stirnseiten der Ventilstufen und den jeweiligen Ventilöffnungen sowie zwischen den miteinander kommunizierenden Bereiche der Ventilstufen selbst Dichtelemente vorgesehen sein, die in den Figuren aus Vereinfachungsgründen jedoch nur zum Teil dargestellt sind.

Claims (13)

1. Verfahren zur Regulierung des Kabinendrucks in einem Fluggerät, insbesondere einem Flugzeug, über ein Stufenventil mit einer kleineren ersten Ventilstufe (20; 60) und einer größeren zweiten Ventilstufe (30; 70) und mit einem Antriebsgetriebe (40), wobei die erste Ventilstufe (20; 60) und die zweite Ventilstufe (30; 70) derart mit dem Antriebsgetriebe (40) verbunden sind, daß die er­ ste Ventilstufe (20; 60) getrennt von der zweiten Ventilstufe (30; 70) betätigt wird, mit folgenden Schritten:

• a) Betätigung der kleineren ersten Ventilstufe (20; 60) als Regelstufe über das Antriebsgetriebe (40) während des Flugs bei einem hohen Differenzdruck; und
• b) zusätzliche Betätigung der größeren zweiten Ventilstufe (30; 70) über das Antriebsgetriebe (40) bei einem niedri­ gen Differenzdruck, insbesondere beim Flug in niedrigen Höhen oder am Boden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20; 60) und die zweite Ventilstufe (30; 70) durch das Antriebsgetriebe (40) in der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung in derselben Position ausgerichtet werden.

3. Stufenventil zur Verwendung in einem Verfahren nach An­ spruch 1 oder 2, mit einer kleineren ersten Ventilstufe (20; 60) und einer größeren zweiten Ventilstufe (30; 70) und mit einem Antriebsgetriebe (40), wobei die erste Ventilstufe (20; 60) und die zweite Ventilstufe (30; 70) derart mit dem Antriebsgetriebe (40) verbunden sind, daß die erste Ventilstufe (20; 60) getrennt von der zweiten Ventilstufe (30; 70) betätigt wird.

4. Stufenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20; 60) und die zweite Ventilstufe (30; 70) derart angeordnet sind, daß sie in der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung in derselben Position ausgerichtet sind.

5. Stufenventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20; 60) und/oder die zweite Ventilstu­ fe (30; 70) plattenförmig ausgebildet ist.

6. Stufenventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20; 60) und die zweite Ventilstufe (30; 70) in einer Ventilöffnung (11; 51) angeordnet sind.

7. Stufenventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20) innerhalb der zwei­ ten Ventilstufe (30) angeordnet ist.

8. Stufenventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (20) rechteckig ausgebildet ist und/oder daß die zweite Ventilstufe (30) eine runde Grundgeometrie aufweist.

9. Stufenventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (30) und die zweite Ventilstufe (70) hintereinander angeordnet sind.

10. Stufenventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichent, daß die erste Ventilstufe (30) und/oder die zweite Ventilstufe (70) recht­ eckig ausgebildet ist.

11. Stufenventil nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antriebsgetriebe (40) als Koppelgetriebe ausgebildet ist, das wenigstens zwei Gelenkelemente (41, 42, 43, 44) aufweist, die drehbar miteinander verbunden sind.

12. Stufenventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Gelenkelemente (41, 42, 43, 44) über Drehgelenke (45) miteinander verbunden sind.

13. Stufenventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Antriebsgetriebe (40) vier Gelenkelemente auf­ weist.