DE3016417C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gasströmungsregeleinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bereits eine Einrichtung zur Regulierung der
Gasströmung zu einem Beschleunigungsschutzventil bekannt
(EP-A-312), bei dem die Gasströmung mit Hilfe der auf
ein Gewicht einwirkenden Beschleunigungskräfte gesteuert
wird. Das Gewicht ist mit einem analog wirkenden Ventil
verbunden.
Die derzeitig bekannten Geräte oder Regulatoren für die
oben genannten Anwendungen sind rein pneumatisch
betrieben. Sie sind daher unhandlich und nehmen viel
Platz weg, ihre Eigenschaften sind praktisch seit langem
unverändert und ihre Ansprechzeiten sind manchmal sehr
groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die
küzere Anspruchszeiten aufweist, in ihrem Bau sehr
kompakt und im Gebrauch sehr flexibel ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine
Gasströmungsregeleinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Aufgrund der Verwendung elektronischer Kompetenten kann
die Ansprechzeit außerordentlich kurz sein, beispiels
weise im Bereich einer Millisekunde liegen. Der
Energieverbrauch kann sehr gering sein, da geregelte
Magnetventile konstruiert werden können, die eine
Steuerleistung von weniger als 1 Watt erfordern.
Ein druckgeregeltes Ventil, das zur Verwendung mit einem
Hochdruckeinlaß geeignet ist, ist in der Anmeldung mit
dem Titel "Vorrichtung zum Erzeugen von Gasströmungszyk
len" des gleichen Anmelders mit der gleichen Priorität
beschrieben.
Der Atmungsregulator und das Schutzventil können in
einer einzigen Einheit kombiniert sein. Zusätzlich zu
den oben definierten Funktionen kann diese Einheit die
Aufgabe übernehmen, die Atmungsmischung unter Druck zu
setzen, wenn die Mannschaft einer Beschleunigung
unterworfen ist, und/oder die Taschen des Schutzanzuges
bei großer Höhe aufzublasen. Diese Funktionen werden bei
dem System nach FR-PS 77 20 345 = EP-A-312 von einer
rein pneumatisch arbeitenden Anlage erfüllt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen, Kombinationen von
Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeich
nung. Hierbei zeigen
Fig. 1 ein vereinfachtes Diagramm eines Bedarfs
regulators zum Betrieb in einer mäßigen
Höhe, entsprechend einer ersten Ausfüh
rungsform der Erfindung;
Fig. 1a eine teilweise Darstellung einer
geänderten Ausführungsform;
Fig. 2 ein vereinfachtes Diagramm eines
Schutzventils;
Fig. 2a ein vereinfachtes Diagramm einer
Abwandlung des Ventiles nach Fig. 2;
Fig. 2b eine Teilansicht einer Abänderung eines
Teiles des Ventiles nach Fig. 2a;
Fig. 3 bis 5 Diagramme der Änderung des Ausgangs
druckes des Atmungsbedarfsregulators
(Fig. 3 u. 4) und des Schutzventiles
(Fig. 5) entsprechend unterschiedlichen
Gesetzen;
Fig. 6 ein vereinfachtes Diagramm eines Gerätes,
das sowohl als Atmungsregulator als auch
als Schutzventil arbeitet, mit einer
Wechselwirkung der unterschiedlichen
Funktionen;
Fig. 6a und 6b Einzelheiten von Änderungen gegenüber
Fig. 6.
Fig. 1 zeigt einen programmierten Regulator, der einen
pneumatischen Teil sowie eine Programmier- und Rechen
einheit enthält, die im folgenden beschrieben werden.
Der pneumatische Teil enthält ein herkömmliches Gehäuse
10 mit einem Einlaß zur Verbindung mit einer Quelle 12
von unter Druck stehendem Sauerstoff und einem Auslaß 13
zur Verbindung mit der zu versorgenden Atemmaske. Der
Einlaß
ist mit einem Ventilsitz 14 zur Aufnahme eines Hauptventiles 15
versehen, das von einer nachgiebigen Membran gebildet ist,
deren Rückseite dem in einer Kontrollkammer 16 herrschenden
Druck ausgesetzt ist. In dem Weg des aus dem Durchgang
zwischen dem Sitz 14 und dem Hauptventil 15 fließenden
Sauerstoffs ist eine Verdünnungsdüse 17 angeordnet, die
sich in eine Bedarfskammer 18 öffnet. Ein Einlaß für at
mosphärische Luft in die Kammer 18 wird von einem Verdün
nungsventil 19 gesteuert, das im einzelnen noch beschrieben
werden wird.
Die Sauerstoffquelle 12 ist typischerweise eine Flasche mit
unter Druck stehendem Sauerstoff oder einem Flüssigsauer
stoffumwandler. Es kann jedoch auch ein System zur Anreiche
rung der atmosphärischen Luft mit O₂ sein:
Ein derartiges System zur Lieferung von sauerstoffange
reicherter Luft bei einem mäßigen Druck kann der in
FR-PS 22 64 566 beschriebenen Anordnung ähnlich sein, die
dort zur Lieferung von stickstoffangereicherter Luft be
schrieben ist.
Das Öffnen und Schließen des Hauptventiles 15 wird durch
Änderung des Druckes in der Steuerkammer 16 gesteuert.
Die Kammer 16 ist kontinuierlich mit dem Einlaß 11 über
eine verengte kalibrierte Öffnung 20 mit einem Durchmesser
von etwa 0,2 mm verbunden. Die Verbindung der Steuerkammer 16
mit der Bedarfskammer 18 wird mit Hilfe einer Einrichtung
gesteuert, die dadurch das Hauptventil steuert.
Die Steuerung der Verbindung zwischen den Kammern 16 und 18
wird nicht direkt durch Öffnen eines druckempfindlichen
Pilotventils wie bei herkömmlichen Bedarfsregulatoren be
wirkt. Die Kammer 16 ist mit der Kammer 18 über ein Magnet
ventil 21 verbunden, das abhängig davon, ob es erregt ist
oder nicht, die Kammern 16 und 18 voneinander trennt oder
einen Durchgang zwischen ihnen vorsieht.
Das Gehäuse 10 ist mit einer Vielzahl von Sensoren ver
sehen, um die zur Erzeugung der Steuersignale des Magnet
ventils 21 nötigen Daten zu liefern. In der dargestellten
Ausführungsform sind vorhanden:
Ein Sensor 22 zur Messung des Druckes in der Bedarfskammer 18 und der Maske, beispielsweise ein piezo-elektrischer Sensor;
ein Sensor 23 zur Messung des Außendruckes;
eine Einheit zur Entdeckung von Druckveränderungen in der Bedarfskammer 18.
Ein Sensor 22 zur Messung des Druckes in der Bedarfskammer 18 und der Maske, beispielsweise ein piezo-elektrischer Sensor;
ein Sensor 23 zur Messung des Außendruckes;
eine Einheit zur Entdeckung von Druckveränderungen in der Bedarfskammer 18.
Die letztgenannte Einheit enthält eine Membran 24 zwischen
der Bedarfskammer 18 und einem Steuerabteil 25 mit einem
Drucksensor 26. Eine Rückstellfeder 27 beaufschlagt die
Membran 24 von der Kammer 18 weg in Richtung auf einen
Kapazitiv-Sensor 29. Das Abteil 25 ist kontinuierlich über
eine kalibrierte, verengte Öffnung 28 mit einem Durchmes
ser von etwa 0,3 mm mit dem Einlaß 11 verbunden.
Ein Magnetventil 30 mit zwei Stellungen stellt eine Verbin
dung zwischen dem Abteil 25 und der umgebenden Atmosphäre
her oder trennt es von der Atmosphäre, abhängig davon, ob
es erregt ist oder nicht.
Die Rechen- und Steuereinheit enthält eine analoge oder di
gitale zentrale Verarbeitungseinheit 31. Die Verwendung
einer digitalen Einrichtung, typischerweise eines Mikro
prozessors, erfordert die Hinzufügung von Analog/Digitalum
wandlern. Die Verarbeitungseinrichtung enthält einen
Festwertspeicher (ROM) zur Abspeicherung der zu verwirk
lichenden Gesetze der Veränderung des Druckes gegenüber
der Höhe. Die Sensoren 22, 23, 26 und der Kapazitivsensor 29
sind mit einer elektronischen Schaltkarte 32 zur Ankopplung
an den Mikroprozessor und dessen Speicher mit wählbarem
Zugriff (RAM) verbunden. Die Signale können an einen
Komparator 33 angelegt werden, der ebenfalls die von dem
Mikroprozessor 31 gelieferten Daten empfängt. Eine weitere
Schaltkarte 33a liefert die zur Betätigung der Magnet
ventile 21 und 30 und des Proportionalventils 19 in Ab
hängigkeit von der Ergebnissen des Vergleiches erforder
lichen Leistungssignale.
Als Beispiel kann die ZPU 31 ein Mikroprozessor Z 80 von
Zilog mit einem 2214 RAM-Speicher und einem 2708 ROM-Speicher
zum Abspeichern der Programme und Kalibrierungskurven sein.
Die elektrischen Signale der Druckensoren 22, 23, 26, 29
werden von jeweiligen Analog/Digital-Umwandlern in acht-
bit-breite Worte umgewandelt. Die Ausgänge der Umwandler
werden in dem RAM mit Hilfe einer Ankupplung gespeichert
und mit den vorgesetzten Werten verglichen. Die Schaltungs
karte 33a zur Steuerung der Ventile 19, 21 und 30 kann
logische Schaltungen enthalten, die binäre Signale an die
Magnetventile 21 und 30 liefern, sowie einen Digital-
Analog-Umwandler und einen Leistungsverstärker, der ein
analoges Signal an das Ventil 19 liefert.
Das Verdünnungsventil 19 ist im allgemeinen ein elektrisch
gesteuertes Proportionalventil, das einen Strömungsquer
schnitt definiert, der von dem Wert des elektrischen Sig
nales abhängt, das es empfängt. Ventil 19 kann ein derar
tiges Ventil sein, dessen bewegbares Element eine Stellung
annimmt, die nur von dem in einer Steuerspule des Ventiles
fließenden elektrischen Strom abhängt. Die Kalibrierungs
kurve ist in dem ROM-Speicher abgespeichert. Es ist im
allgemeinen nicht notwendig, das Ventil mit einem Stellungs
detektor zu versehen, da das Steuersystem in sich abgeschlos
sen ist aufgrund des Vorhandenseins des Sensors 22.
Der Bedarfsregulator arbeitet, wenn eine Quelle 12 mit unter
Druck stehendem Sauerstoff mit dem Einlaß 11 verbunden und
der Computer 31 betriebsbereit ist, folgendermaßen:
Die Magnetventile sind anfangs in der in Fig. 1 dargestell ten Stellung und nicht von einem Strom angesteuert. Unter der Wirkung des Einlaßdruckes öffnet sich das Hauptventil 15, so daß Sauerstoff in die Kammer 18 fließt, wo der Druck von dem Sensor 22 gemessen wird. Ein Sauerstoffdruck bil det sich in der Steuerkammer 16 und schließt das Hauptven til wieder. Während eines Betriebes bei niedrigen Höhen ist das Verdünnungsventil 19 weit offen und das Hauptven til 15 bleibt geschlossen. In Höhen, wo der Regulator als Bedarfsregulator mit einer Verdünnung arbeitet, schafft ein Bedarf von dem Benutzer eine relative Drucksendung an der Bedarfsmembran 24, die sich aus ihrer Ruhestellung be wegt und den Fluß zwischen dem Kapazitivsensor 29 und einer Beschichtung der Membran 24 ändert. Von den Ausgangssignalen des Kapazitiv-Sensors 29 und des Sensors 22, der ebenfalls der relativen Druckabsenkung unterworfen ist, errechnet der Computer 31 einen Öffnungsbefehl, der an das Magnet ventil 21 angelegt wird. Der Druck fällt in der Steuerkam mer 16 und das Hauptventil 15 öffnet sich, um die Maske mit Sauerstoff und mit durch das Ventil 19 zugeführter Verdün nungsluft zu versorgen.
Die Magnetventile sind anfangs in der in Fig. 1 dargestell ten Stellung und nicht von einem Strom angesteuert. Unter der Wirkung des Einlaßdruckes öffnet sich das Hauptventil 15, so daß Sauerstoff in die Kammer 18 fließt, wo der Druck von dem Sensor 22 gemessen wird. Ein Sauerstoffdruck bil det sich in der Steuerkammer 16 und schließt das Hauptven til wieder. Während eines Betriebes bei niedrigen Höhen ist das Verdünnungsventil 19 weit offen und das Hauptven til 15 bleibt geschlossen. In Höhen, wo der Regulator als Bedarfsregulator mit einer Verdünnung arbeitet, schafft ein Bedarf von dem Benutzer eine relative Drucksendung an der Bedarfsmembran 24, die sich aus ihrer Ruhestellung be wegt und den Fluß zwischen dem Kapazitivsensor 29 und einer Beschichtung der Membran 24 ändert. Von den Ausgangssignalen des Kapazitiv-Sensors 29 und des Sensors 22, der ebenfalls der relativen Druckabsenkung unterworfen ist, errechnet der Computer 31 einen Öffnungsbefehl, der an das Magnet ventil 21 angelegt wird. Der Druck fällt in der Steuerkam mer 16 und das Hauptventil 15 öffnet sich, um die Maske mit Sauerstoff und mit durch das Ventil 19 zugeführter Verdün nungsluft zu versorgen.
Das Verdünnungssteuerungsventil 19 kann eine von einem
Elektromagnet gesteuerte Drossel, ein Beschränkungsventil,
dessen Strömungsquerschnitt von einem rotierenden oder
linearen Schrittmotor gesteuert ist, ein elektropneumatisches
System oder irgendein anderes gesteuertes Gerät sein.
Während des Ausatmens stellt sich ein relativer Überdruck
in dem Atmungskreis ein. Als Antwort sendet der Sensor 22
an die Computereinheit Daten, die zu einem Schließen des
Magnetventils 21 und zu einem Unterbrechen der Sauerstoff
strömung führen.
Die Verdünnung wird nach und nach reduziert, wenn das Flug
zeug an Höhe gewinnt, da ein Zunehmen der Höhe eine Modi
fizierung des Signals verursacht, das an den Computer
von dem Drucksensor 23 für den äußeren absoluten Druck an
gelegt wird.
Von dem Augenblick an, wenn die von dem Sensor 23 gelieferte
Information anzeigt, daß die Maske unter Druck versorgt
werden soll, steuert der Computer die Magnetventile 21 und
30 derart, daß die Atmungsmischung unter einem nach und
nach steigenden und von dem Sensor 22 gemessenen Druck ge
liefert wird. Für eine genauere Steuerung können die Mag
netventile 21 und 22 von elektrischen Rechteckimpulsen
erregt werden, die ein Tast- bzw. Öffnungsverhältnis auf
weisen, das sich schrittweise von 0 bis 1 verändern läßt, und
die mit ausreichender Frequenz ankommen, damit die Druck
schwingungen in den Kammern 16 und 25 gedämpft werden.
Der Bedarfsregulator kann vorzugsweise mit einem Testsy
stem versehen sein, das ein elektrisch gesteuertes Betäti
gungselement enthält, das eine steuerbare Wirkung auf den
Sensor 23 ausüben kann. Die Bestimmung der Reaktion des
Regulators auf die Erregung des Betätigungselementes zeigt
an, ob das Verdünnungsventil 19 korrekt schließt, wenn die
Höhe sich vergrößert, und ob der altimetrische Überdruck
korrekt eintritt. Die Erfindung kann sowohl bei einem Re
gulator für sehr hohe Höhen als auch bei einem Regulator
für durchschnittliche Höhen wie bei der Anordnung nach
Fig. 1 angewandt werden.
Das Ventil der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann
eine Quelle von Vibrationen sein, die bei der geänderten
Ausführungsform nach Fig. 1a vermieden werden, in der die
den in Fig. 1 gezeigten Teile entsprechenden Teile die gleichen
Bezugszeichen tragen.
Bei dem Regulator nach Fig. 1a ist anstelle der verengten
Auslaßöffnung 20 aus der Kammer 16 ein Magnetventil 20a
eingesetzt. Diese Modifikation bringt Vorteile mit sich.
Wenn die Bedarfsdruckabsenkung von dem Sensor 22 festge
stellt wird, wird die Bedarfsregulierung durch Öffnen und
schließen der Magnetventile 20a und 21 bewirkt, die einen
im wesentlichen konstanten Druck in der Steuerkammer 16
während des Einatmens aufrecht erhalten. Da die verengte
Öffnung nicht vorhanden ist, ist die Gefahr des Verstopfens
wesentlich reduziert. Das Entfernen der Steuermembran 24
bildet eine wesentliche Vereinfachung. Der bei hohen Höhen
auftretende Überdruck kann durch die Magnetventile 20a
und 21 gemessen werden. Das Magnetventil 30 nach Fig. 1
fehlt ebenso wie die Steuermembran 24.
Der erfindungsgemäße Regulator kann mit jedem gewünschten
Variationsgesetz vor jedem Flug programmiert werden. Ins
besondere kann der gleiche Regulator verschiedenen Arten
von Flügen angepaßt werden, indem das geeignete Veränderungs
gesetz in dem Speicher abgespeichert wird. Beispiele von
typischen Verwendungen sind:
Verwendung als ein Regulator bei niedrigen Höhen für Mann schaftsmitglieder, die nur eine Atemmaske besitzen;
Verwendung als ein Regulator für große Höhen für Mannschafts mitglieder mit einem Raumanzug.
Verwendung als ein Regulator bei niedrigen Höhen für Mann schaftsmitglieder, die nur eine Atemmaske besitzen;
Verwendung als ein Regulator für große Höhen für Mannschafts mitglieder mit einem Raumanzug.
Bei jeder Situation ist es möglich, leicht die Charakteristi
ken auszuwählen, insbesondere die Verdünnungskurve und den
Überdruck in der Maske. Als Beispiel zeigt Fig. 3 zwei
Sätze von Kurven, die die Veränderungen des Überdrucks beim
Auslaß des Regulators in Abhängigkeit von der Höhe für einen
niedrig Höhenregulator darstellen, wobei der eine Satz von
den Kurven 65 und 65a und der andere von den Kurven 66 und
66a gebildet ist. Einer der beiden Kurvensätze ist in dem
Speicher gespeichert und eine der beiden Kurven eines Satzes
kann unmittelbar vor dem Start ausgewählt werden, abhängig
von der zu erfüllenden Aufgabe.
Fig. 4 zeigt zwei Sätze von Überdruck-Kurven für Flüge
in großen Höhen, ein Satz gebildet von den Kurven 67 und
67a, der andere von den Kurven 68 und 68a.
Zur leichteren Auswahl jedes Satzes von Kurven kann jeder
Satz auf einem löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher
programmiert sein (EPROM). Dann werden die entsprechenden
Kurven in den Computer dadurch programmiert, daß eine ge
eignete Schaltkarte in einen Stecker gesteckt wird, die
unter einer Vielzahl von vorhandenen Karten ausgewählt
ist.
Die in dem ROM des Computers geschriebenen Programme können
Testprogramme enthalten, die die wichtigsten Funktionen
vor jedem Flug überprüfen, ohne daß es notwendig ist, den
Regulator aus dem Flugzeug zu entfernen. Das entsprechende
Programm kann in einem ROM gespeichert sein, das nur für
die zum Test erforderliche Zeit eingesteckt wird. Es wird
beispielsweise durch Schließen des Ausgangs des Regulators
initiiert. Das Testprogramm kann typischerweise folgende
Anwendungsfälle beeinhalten:
Flugauftrag bei niedriger Höhe: Der Computer simuliert an dem Sensor 23 (siehe Fig. 1) die dem Schließen des Ver dünnungsventils entsprechende Höhe, beispielsweise 9 km. Der Computer überprüft dann, daß der von dem Regulator bei dieser Höhe gelieferte Druck innerhalb seiner Tole ranzen liegt und daß der Schrittmotor zum Verschließen in Abhängigkeit von der Höhe korrekt arbeitet. Um schnell das Auftreten des altimetrischen Überdruckes zu überprüfen, simmuliert der Computer das Signal, das der Sensor 23 bei einer gegebenen Höhe, beispielsweise 15 km, liefern würde, was einen von dem Sensor 22 überwachten Druckanstieg in der Kammer 18 verursacht.
Flugauftrag bei niedriger Höhe: Der Computer simuliert an dem Sensor 23 (siehe Fig. 1) die dem Schließen des Ver dünnungsventils entsprechende Höhe, beispielsweise 9 km. Der Computer überprüft dann, daß der von dem Regulator bei dieser Höhe gelieferte Druck innerhalb seiner Tole ranzen liegt und daß der Schrittmotor zum Verschließen in Abhängigkeit von der Höhe korrekt arbeitet. Um schnell das Auftreten des altimetrischen Überdruckes zu überprüfen, simmuliert der Computer das Signal, das der Sensor 23 bei einer gegebenen Höhe, beispielsweise 15 km, liefern würde, was einen von dem Sensor 22 überwachten Druckanstieg in der Kammer 18 verursacht.
Flugauftrag bei großer Höhe:
Auf die gleiche Art wie vorher wird eine erste Höhe simmu liert, bei der der Computer den entsprechenden Druck über prüft, dann werden eine oder mehrere Höhen mit dem ent sprechenden Überprüfen simuliert.
Auf die gleiche Art wie vorher wird eine erste Höhe simmu liert, bei der der Computer den entsprechenden Druck über prüft, dann werden eine oder mehrere Höhen mit dem ent sprechenden Überprüfen simuliert.
Wenn ein Betriebsfehler vorliegt wird ein Alarm ausgelöst.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die
ein Schwerkraftschutzventil bildet. Das Ventil enthält wie
der ein Gehäuse 35, in dem eine Kammer 36 vorgesehen ist,
die mit Hilfe einer Verbindung 37 in ständige Verbindung mit
den aufblasbaren Taschen einer Schutzhose gebracht werden
kann. Das Gehäuse 35 enthält ein erstes Magnetventil 39
zur Steuerung der Verbindung zwischen der Kammer 36 und
einer Quelle 40 mit unter Druck stehendem Sauerstoff oder
Luft, typischerweise mit einem Druck von etwa 1,4 bis 14 bar.
Beispielsweise ist das Ventil offen oder geschlossen in
Abhängigkeit davon, ob es mit elektrischem Strom versorgt
ist oder nicht. Ein gesteuertes Auslaßventil ist ebenso vor
gesehen zur Herstellung und Unterbrechung der Verbindung
zwischen der Kammer 36 und der umgebenden Atmosphäre.
Das Auslaßventil enthält eine bewegbare Wand 41, die ein
Steuerabteil 42 definiert, das mit der Atmosphäre über ein
Magnetventil 43 und mit der Kammer 36 über eine kalibrierte
Verengung 44 verbunden ist. Die bewegbare Wand 41 bildet ein
Verschlußelement und ist derart angeordnet, daß sie gegen
einen Sitz 45 beaufschlagt wird, der einen die Kammer 36
mit einem ringförmigen, ständig zur Atmosphäre offenen Be
reich 46 verbindenden Durchgang begrenzt.
Das Gehäuse 35 trägt weiterhin einen Drucksensor 47, bei
spielsweise einen piezo-elektrischen Aufnehmer, sowie einen
Beschleunigungssensor 48, der die Beschleunigungen abfühlt,
gegen die die Mannschaft zu schützen ist. (Beschleunigungen,
deren Richtung durch den Doppelpfeil in Fig. 2 angedeutet ist).
Der pneumatische Teil des Gerätes, der eben beschrieben wurde,
ist einem Computer 52 zugeordnet, der einen RAM-Speicher
und einen ROM-Speicher zur Abspeicherung der die Wirkungs
weise des Gerätes bestimmenden Programme besitzt. Der Com
puter kann ein Analog-Computer sein und die von den Senso
ren 47 und 48 empfangenen Signale direkt bearbeiten. Typi
scherweise ist er jedoch ein digitaler Computer, wobei dann
Analog-Digitalumwandler vorhanden sind.
Das schematisch in Fig. 2 dargestellte Schwerkraftschutzven
til ist mit einem System verbunden, das Beschleunigungen
vorweg nimmt und das Aufblasen der Taschen der Schutzhosen
auslöst, sobald die Steuerungen des mit dem Ventil ausge
rüsteten Flugzeuges in eine Lage gebracht werden, die zu
einer Beschleunigung führen. Zu diesem Zweck ist der
Steuerknüppel 49 mit einem Belastungssensor 50 versehen,
dessen Ausgangssignale dem Computer 48 gleichzeitig mit
den Signalen 51 angelegt werden, die den Flugparametern
entsprechen.
Von dem Zeitpunkt, wenn eine schnelle Betätigung des Steuer
knüppels 49 anzeigt, daß das Flugzeug einer Beschleunigung
unterworfen wird, ist die Wirkungsweise folgendermaßen.
Der Sensor 50 sendet ein Signal an den Computer, das zu
einem Befehl zur Öffnung des Magnetventils 39 führt, bis
ein vorbestimmter Druck, z. B. 10 Millibar von dem Sensor 47
in der mit den Hosentaschen verbundenen Kammer 36 entdeckt
ist. Wenn die Beschleunigung tatsächlich auftritt, wird sie
von dem Sensor 48 gemessen. Das von dem Computer 52 aufge
nommene Signal wird verarbeitet und öffnet das elektromag
netische Ventil 39 wieder, bis der gewünschte Druck in der
Kammer 36 erreicht ist. Die Beziehung zwischen dem Druck
und der Beschleunigung ist in dem Computer 52 gespeichert.
Wenn die Beschleunigung abnimmt, veranlaßt der Computer 52
das Magnetventil 43 zu öffnen, was seinerseits das Öffnen
des Hauptventiles verursacht, bis der Druck in der Kammer 36
bis auf den geeigneten, programmierten Wert abgenommen hat.
Wenn schließlich keine Beschleunigung mehr vorhanden ist,
werden beide Magnetventile aberregt:
Das Ventil 39 wird geschlossen und das Ventil 43 geöffnet.
Das Ventil 39 wird geschlossen und das Ventil 43 geöffnet.
Ähnlich wie die Vorrichtung nach Fig. 1 erlaubt die Vorrich
tung nach Fig. 2 Veränderungen. Z. B. kann eine gesteuerte
Ventilanordnung der gleichen Art wie bei dem Regulator ver
wendet werden, um die Notwendigkeit für ein Magnetventil 39
zu vermeiden, das die gesamte zur Versorgung der Schwer
kraftschutzhosen erforderliche Gasströmung hindurchläßt.
Jedoch bringt ein kalibriertes Leck zur Steuerung eines
derartigen Ventiles ein beachtliches Risiko des Versagens
mit sich, aufgrund des Verstopfens des kalibrierten Aus
laßloches, insbesondere dann, wenn das Ventil mit unter
Druck stehender Luft von dem Kompressor einer Düsenmaschine
gefüttert wird.
Diese Schwierigkeit wird bei der Ausführungsform nach Fig. 2a
beseitigt, bei der das gesteuerte Ventil 15b von Magnet
ventilen 44a und 44b gesteuert ist, die den in der Ventil
steuerkammer herrschenden Druck regulieren, wobei die Anord
nung vergleichbar mit der in Fig. 1a dargestellten ist.
Das Risiko des Verstopfens einer Verengung ist viel geringer
bei einem gesteuerten Ventilsteuerloch, da dieses eine viel
größere Größe besitzt.
Als zusätzliche Verbesserung kann das in Fig. 2a dargestellte
Schwerkraftschutzventil ein System enthalten, um das Ventil
in der Fabrik und anschließend im Flugzeug möglicherweise
vor jedem Flug zu überprüfen. Das Ventil enthält ein mit dem
piezo-elektrischen Beschleunigungssensor 48 verbundenes Ele
ment, das vertikale auf den Sensor 48 einwirkende Beschleu
nigungen simuliert. In der in Fig. 2a dargestellten Aus
führungsform enthält das Testsystem eine elektro-pneumatische
Zelle 60, die von einem Ventil 61 erregt wird, das von dem Compu
ter gesteuert wird. Die Zelle 60 enthält ein bewegbares Ele
ment, das beispielsweise von einer deformierbaren Membran
gebildet ist, die von einer Tastvorrichtung getragen wird.
Wenn die Zelle 60 betätigt wird, übt die Tastvorrichtung eine
Kraft auf den Sensor 48 aus, ähnlich einer Beschleunigungs
kraft. Beschleunigungen können leicht in einem Bereich bis
etwa 10 g simuliert werden. Die Testoperation kann vollstän
dig automatisch durchgeführt werden, indem der Computer der
Vorrichtung programmiert wird.
Das Testsystem kann andere Betätigungseinrichtungen als eine
pneumatische Zelle enthalten. In der schematisch in Fig. 2b
dargestellten abgewandelten Ausführungsform, in der die den
schon beschriebenen Teilen entsprechenden Teile mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind, ist die Betätigungseinrichtung
ein Elektromagnet 62 mit einer Spule, in der der Computer einen
veränderbaren Strom fließen läßt. Wie auch immer die Aus
führungsform ist, ein Alarm kann dann ausgelöst werden, wenn
die Beziehung zwischen dem Druck und der Beschleunigung außer
halb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegt.
Bei ihrer Verwendung als ein Schwerkraftschutzventil besitzt
die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen Vorteil der
leichten Veränderbarkeit, um unterschiedliche Veränderungs
gesetze des den Schutzhosen zugeführten Druckes als Funktion
der Beschleunigung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es nur
nötig, die entsprechenden Gesetzmäßigkeiten in einem Speicher
abgespeichert zu haben und eines dieser Gesetzte vor dem Flug
auszuwählen.
In Fig. 5 sind beispielhaft drei mögliche Gesetze dargestellt.
Die Kurve 62 entspricht einem Variationsgesetz das als "hoch"
qualifiziert werden kann und die Mannschaft mit einem ausge
zeichneten Schutz gegen Beschleunigungen versieht, aber um
den Preis eines schmerzhaften Druckes in den Schutztaschen.
Die als "niedrig" zu qualifizierenden Kurven 63 und 64 le
gen auf die Mannschaft weniger Belastung an, ergeben daher
jedoch auch keinen vollständigen Schutz.
Die Kurven können linear sein (64) oder Abbiegungen enthalten
(62 und 63). Sie können vom Ursprung ausgehen (62) oder auch
nicht. Sie können Abschnitte mit konstanter Neigung enthal
ten oder von einer Kurve mit progressiver Veränderung der
Neigung dargestellt sein.
Der Bedarfsatmungsregulator und das Schwerkraftschutzven
til sind vorteilhafterweise in einer einzigen Anordnung an
geordnet, beispielsweise wie in Fig. 6 dargestellt, zur
Wechselwirkung zwischen den Elementen. Die Wechsel
wirkung tritt vorteilhafterweise auf zwei Wegen auf:
Wenn der Atmungsregulator eine unter Druck stehende Atmungs mischung liefert, verursacht er vorteilhafterweise ein Auf blasen der Taschen der Schutzhosen mit Luft unter einem schwachen Druck, so daß ein Schutz gegen Beschleunigungen schneller erreicht wird, wenn in großen Höhen geflogen wird. Unter Beschleunigungsbedingungen verursacht das Schwerkraft schutzventil das Auftreten eines geringen Druckes in der Maske und verhindert dadurch, daß die Lungenbläschen kompri miert werden.
Wenn der Atmungsregulator eine unter Druck stehende Atmungs mischung liefert, verursacht er vorteilhafterweise ein Auf blasen der Taschen der Schutzhosen mit Luft unter einem schwachen Druck, so daß ein Schutz gegen Beschleunigungen schneller erreicht wird, wenn in großen Höhen geflogen wird. Unter Beschleunigungsbedingungen verursacht das Schwerkraft schutzventil das Auftreten eines geringen Druckes in der Maske und verhindert dadurch, daß die Lungenbläschen kompri miert werden.
Die europäische Patentanmeldung 00 00 312 beschreibt ein Gerät,
das eine Wechselwirkung pneumatisch erreicht. Eine flexiblere
und einfachere Lösung ist bei der Vorrichtung gemäß der Er
findung mit einem Computer möglich. Die in Fig. 6 dargestell
te Anordnung enthält einen Atmungsregulator und ein Schwer
kraftschutzventil der gleichen Konstruktion wie bei Fig. 1
und 2, entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen und werden nicht noch einmal beschrieben.
Der Regulator nach Fig. 6 enthält zusätzlich zu den bereits
beschriebenen Teilen ein Ventil 53 zwischen der Kammer 18
und der Atmosphäre. Dieses Ventil wird von einem Kolben 54
unter der Wirkung einer Feder offengehalten, so lange die
Sauerstoffversorgungsquelle nicht mit dem Regulator verbun
den ist. Während der Beschleunigung arbeitet die Vorrichtung
folgendermaßen:
Die nacheinander von dem Sensor 50 und dem Sensor 48 gelie ferten Signale werden von dem Computer verbeitet, der das Magnetventil 39 zur Versorgung der Schutztaschen mit Druck und das Magnetventil 21 zur Versorgung der Maske mit einem Atmungsdruck bis zu einem vorprogrammierten Wert steuert, zumindest wenn die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Sobald der erforderliche Druck in der Maske erreicht ist, schließt der Computer das Ventil 21 aufgrund der von dem Sensor 22 empfangenen Information (Fig. 1). Die auf die Membran 24 ausgeübten Drücke werden automatisch aufgrund der Wirkung des von dem Computer gesteuerten Mag netventiles 30 ausgeglichen. Es ist zu sehen, daß eine Anord nung konstruiert ist, die alle erforderlichen Funktionen des üblichen Regulators und des Schwerkraftschutzventiles ge währleistet. Es können Schalter vorgesehen sein, um es dem Pilot zu ermöglichen, die Computersteuerung zu über gehen und beispielsweise von normaler Versorgung auf 100% Sauerstoffversorgung zu schalten.
Die nacheinander von dem Sensor 50 und dem Sensor 48 gelie ferten Signale werden von dem Computer verbeitet, der das Magnetventil 39 zur Versorgung der Schutztaschen mit Druck und das Magnetventil 21 zur Versorgung der Maske mit einem Atmungsdruck bis zu einem vorprogrammierten Wert steuert, zumindest wenn die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Sobald der erforderliche Druck in der Maske erreicht ist, schließt der Computer das Ventil 21 aufgrund der von dem Sensor 22 empfangenen Information (Fig. 1). Die auf die Membran 24 ausgeübten Drücke werden automatisch aufgrund der Wirkung des von dem Computer gesteuerten Mag netventiles 30 ausgeglichen. Es ist zu sehen, daß eine Anord nung konstruiert ist, die alle erforderlichen Funktionen des üblichen Regulators und des Schwerkraftschutzventiles ge währleistet. Es können Schalter vorgesehen sein, um es dem Pilot zu ermöglichen, die Computersteuerung zu über gehen und beispielsweise von normaler Versorgung auf 100% Sauerstoffversorgung zu schalten.
In Fig. 6a und 6b sind geänderte Ausführungsformen teilweise
dargestellt. Sie enthalten eine Notversorgung für den Fall
eines Fallschirmabsprungs. In beiden Fällen enthält das
von dem Pilotensitz getragene Gehäuse einen Regulatorteil 90
und einen Schwerkraftschutzventilteil 91, ähnlich den be
reits in Fig. 6 gezeigten. Ein einziger Einlaß 92 ist vor
gesehen zur Verbindung mit einer Sauerstoffquelle, die von
der Struktur des Flugzeuges getragen wird. Der Einlaß ver
sorgt das Schwerkraftschutzventil direkt über einen Zweig 94
und den Regulator über ein Einweg-Rückschlagventil 93.
Die Ausgänge des Regulators und des Schwerkraftschutzventiles
sind bei 95 bzw. 96 gezeigt. Eine Notfallquelle ist für
den Fall der Fig. 6a durch Sauerstoffzylinder 97 gebildet.
Die Zylinder sind mit einem Druckreduzierventil 98 verbun
den, das von Hand oder automatisch mit Hilfe eines Betäti
gungselementes im Falle des Absprunges geöffnet wird.
Weiterhin ist in Fig. 6a eine Verbindung 100 zu sehen, die
mit einem Magnetventil 101 versehen ist und dazu dient,
die Dichtung eines Maskenvisiers für Flüge bei Höhen
aufzublasen.
In dem Fall der Fig. 6b wird die Notquelle von einem che
mischen Generator 102 gebildet, der durch ein Ziehen an einem
Scherdraht 103 in Gang gesetzt wird und der stromab des
Einwegventils 93 angeschlossen ist.
In allen Fällen kann der Computer in einem Gehäuse angeordnet
sein, das an das die pneumatischen Komponenten und die
Sensoren enthaltende Gehäuse angekoppelt ist.
Claims (8)
1. Gasströmungsregeleinrichtung zur Verwendung mit einer
Beschleunigungsschutzkleidung, enthaltend einer Kammer in
einer Ventileinrichtung, einen Ausgang an der Kammer zur
Verbindung mit der Beschleunigungsschutzkleidung, einen
Einlaß an der Kammer zur Verbindung mit einer Druck
gasquelle und einen Auslaß an der Kammer zur Atmosphäre,
enthaltend außerdem zur Kontrolle der Verbindung
zwischen der Kammer und dem Auslaß ein durch pneuma
tischen Druck steuerbares Auslaßventil (41, 45), dadurch
gekennzeichnet, daß der Druck im Steuerabteil (42) des
Auslaßventils von einem ersten Magnetventil (43) mit
zwei Stellungen steuerbar ist, daß das erste Magnetven
til (43) in Übereinstimmung mit einem abgespeicherten
Programm von einer Computereinrichtung (52) gesteuert
wird, die Eingangsdaten aufnimmt von einem Beschleuni
gungssensor (48) sowie von Drucksensoren (47) im
Ausgang.
2. Gasströmungsregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuerabteil (42) über eine
kalibrierte Verengung (44) mit der Kammer verbunden ist
und das erste Magnetventil (43) in einem Kanal zwischen
dem Steuerabteil (42) und der umgebenen Atmosphäre
angeordnet ist, sowie daß zwischen der Druckgasquelle
(40) und der Kammer (36) ein zweites Magnetventil (39)
mit zwei Stellungen angeordnet ist, welches ebenfalls
durch die Computereinrichtung (52) in Abhängigkeit von
den empfangenen Sensor-Signalen gesteuert wird.
3. Gasströmungsregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ebenfalls einen Atmungsbedarfs
regler aufweist mit einem in einem Gehäuse angeordneten
Hauptventil (15) in der Verbindung zwischen einer unter
Druck stehenden Atemgasquelle (12) und einer Atemmaske
sowie mit einer dem in der Atemmaske herrschenden Druck
unterworfenen Membran (24), einem Aufnehmer (29) für die
Verlagerung der Membran, einem Druckaufnehmer (22) für
den in der Maske herrschenden Druck und einem dritten
Magnetventil (21) zur Steuerung des in einer Steuerkam
mer (16) des Hauptventils (15) herrschenden Druck, und
daß eine Recheneinheit (31) das dritte Magnetventil (21)
in Abhängigkeit von den von den Meßwertaufnehmern (29,
22) gelieferten Signalen steuert.
4. Gasströmungsregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hauptventil (15) von einer
Membran gebildet ist, die die Steuerkammer (16) von
einem Raum trennt, den ein Ventilsitz (14) in einen den
Druck der Atemgasquelle (12) aufnehmenden Bereich und in
einen mit der Maske verbundenen Bereich (18) trennt.
5. Gasströmungsregeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der mit der Atemgasmaske verbundene
Bereich von der Atemgasmaske durch eine Verdünnungsdüse
(17) getrennt ist, die in eine mit der umgebenden
Atmosphäre über ein elektrisch gesteuertes Proportional
ventil (19) verbundene Bedarfskammer (18) mündet.
6. Gasströmungsregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit
(31) ebenfalls vorgesehen ist zur Herstellung eines
Minimaldruckes am Ausgang der mit der Beschleunigungs
schutzkleidung verbundenen Ventileinrichtung, und zwar
oberhalb einer vorbestimmten Höhe und dann in Abhängig
keit von den von den Meßwertaufnehmern gelieferten
Signalen.
7. Gasströmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Computereinrichtung
(52) mit einem auf dem Steuerknüppel (49) des mit der
Vorrichtung ausgerüsteten Flugzeugs angebrachten
Meßwertaufnehmer (50) verbunden ist und derart program
miert ist, daß sie am Ausgang der mit der Schwerkraft
schutzkleidung verbundenen Ventileinrichtung einen Druck
hervorruft, sobald die Stellung des Steuerknüppels des
Flugzeugs eine Beschleunigung ankündigt.
8. Gasströmungsregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Steuerkam
mer (16) herrschende Druck von einem vierten Magnetven
til (20a) in der Verbindung zwischen der Steuerkammer
(16) und der Atemgasquelle (12) und einem fünften
Magnetventil (21) in der Verbindung zwischen der
Steuerkammer (16) und der Bedarfskammer (18) steuerbar
ist.
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