DE68917365T2

DE68917365T2 - Klappenventil für ein Luftfahrzeug.

Info

Publication number: DE68917365T2
Application number: DE68917365T
Authority: DE
Inventors: Bruno Baroux; Francis Carla; Jacques Fraisse; Jacques Signoret
Original assignee: ABG Semca SA
Current assignee: ABG Semca SA
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-04-12
Also published as: EP0342069A1; FR2630182B1; CA1332804C; FR2630182A1; JPH0224296A; US5046686A; DE68917365D1; EP0342069B1

Description

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf ein Ventil zum Regeln des Druckes eines Luftfahrzeuges.
Es sind einerseits Ventile bekannt, die von einer Steuerung ausgelöst einen gewünschten Fluiddurchfluß zwischen z.B. zwei Umhüllungen ermöglichen, in deren Inneren unterschiedliche Drücke herrschen. Bekannte Ventile ermöglichen das Regulieren der Durchflüsse oder der Drücke. Um eine stabile Regulierung zu ermöglichen, sind die Ventile dafür vorgesehen, in einem bestimmten Durchflußbereich zu arbeiten. Daher ist es, z. B. im Falle eines Zwischenfalls, nicht möglich, ein von einer Steuerung ausgelöstes, schnelles und vollständiges Öffnen des Ventils zum Ausgleichen der Drücke zu erhalten. Außerdem agieren die bekannten Ventile nur aufgrund einer externen Steuerung. Daher macht ein Ausfall der externen Steuerungsvorrichtungen das Ventil vollständig unwirksam.
Andererseits sind Klappen bekannt, die dafür vorgesehen sind, sich zu öffnen, wenn der Unterschied der Drücke auf ihren beiden Seiten eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Die Klappen erlauben das Ausbilden von zuverlässigen und unabhängigen Sicherheitsvorrichtungen. Das sofortige Öffnen der Klappe ermöglicht einen schnellen Ausgleich der Drücke auf der einen und auf der anderen Seite der Klappe. Dagegen kann man den durch eine geöffnete Klappe strömenden Durchfluß nicht steuern.
Es hat sich aber gezeigt, daß das Anordnen von einer Klappe und einem Ventil auf einer Trennwand von z. B. zwei Umhüllungen oder auf einer Außenhülle wesentliche Probleme hervorruft. Einerseits muß man über den für das Ventil und die Klappe notwendigen Platz verfügen. Dies ist nicht immer der Fall, insbesondere dann, wenn die Ventile und die Klappen z. B. auf einem Rohrsystem angeordnet werden müssen, das die Rohre eines chemischen Reaktors verbindet, oder an Stellen einer Destillationssäule, z. B. für Rohöl.
Außerdem schwächt das Ausbilden einer für den Durchgang des Ventils und der Klappe notwendigen Öffnung die Wand. Diese Schwächung kann teilweise mit einer Struktur aufgefangen werden, z. B. mit einer metallischen Struktur, die um das Ventil und die Klappe herum angeordnet ist. Diese Metallstruktur ist jedoch teuer und schwer. Das zusätzliche Gewicht ist insbesondere bei der Herstellung von Luftfahrzeugen nachteilig.
Die Erfindung besteht in einem Ventil, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 enthält. Auf diese Weise ist es möglich, alle Vorteile des Ventils und der Klappe zu vereinigen. In jedem Fall sind zwei Umhüllungen nämlich nicht gleichzeitig durch ein geöffnetes Ventil und eine geöffnete Klappe verbunden. Eine geöffnete Klappe verhindert in einem solchen Fall jede Durchflußregulierung mittels des Ventils. Zusätzlich ermöglicht die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, nur ein einziges Loch in der die Vorrichtung tragenden Wand auszubilden. Auf diese Weise minimiert man die Schwächung der Wand, und man vermindert das Gewicht durch Beseitigung einer Struktur, die die Öffnung umgibt, wobei außerdem die Herstellungskosten vermindert werden. In dem Fall, in dem die zur Verfügung stehende Fläche begrenzt ist, erlaubt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem, anstelle der beiden Öffnungen, von denen eine für das Ventil und die andere für die Klappe vorgesehen ist, eine einzige, größere Öffnung auszubilden. Mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, Ventile und Klappen mit größeren Austauschflächen auszubilden und gleichzeitig die Funktion und die Sicherheit der Vorrichtung zu verbessern.
Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind. In diesen zeigen:
- Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Luftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren 1 bis 4 werden zur Bezeichnung der gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 kann man ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ventils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sehen, das eine Klappe 2 enthält. Das in Fig. 1 dargestellte Ventil ist ein Schwenkventil, z. B. läßt ein Zurückziehen der Ventilklappe 4 des Ventils in Fig. 1 nach oben zwischen der Ventilklappe 4 einerseits und der Wand 3 und der erweiterten Innenwand 14 einen mehr oder weniger großen Raum. Der Fluiddurchfluß durch das Ventil 1 hängt von der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Ventils 1 sowie von der vom Ventil freigegebenen Fläche ab.
Die Klappe 2 ist in der Lage, sich in unabhängiger Weise zu öffnen, wenn die Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten größer als eine Schwelle ist. In einer ersten Version der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bleibt die Klappe nach dem Druckausgleich zwischen ihren beiden Seiten geöffnet.
Vorteilhafterweise enthält die Klappe 2 Rückstellmittel, die ihr Schließen gewährleisten, nachdem die Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten wieder geringer als die Öffnungsschwelle geworden ist. Z. B. wird die Klappe 2 van zwei Federn in die geschlossene Stellung zurückgestellt. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel schwenkt die Klappe 2 um eine Achse 7. Man sieht, daß die Wand 3, die Ventilklappe 4 des Ventils und die Klappe 2 eine durchgehende Fläche ohne irgendeine Unebenheit bilden. Eine solche Ausführung kann z. B. in der Luftfahrt vorteilhaft sein. Sie erlaubt, den Luftwiderstand des Flugzeugs nicht wesentlich zu erhöhen. Als Folge des Ausbildens des Loches, das zum Durchgang des die Klappe 2 enthaltenden Ventils 1 vorgesehen ist, müssen jedoch Verstärkungen der Flugzeugaußenhaut berücksichtigt werden.
Es kann sich als wichtig erweisen, daß man die beiden Seiten der Wand 3 unabhängig von den dort herrschenden Drücken hermetisch isolieren kann. Eine Verschlußvorrichtung der Klappe 2 ermöglicht z.B., daß das Ventil 1 gemäß der vorliegenden Erfindung unterhalb der Wasserlinie eines Luftfahrzeugs angebracht werden kann. Auf diese Weise ist es dem Piloten im Falle einer Wasserung möglich, das Verriegeln der Klappe 2 zu bewirken, um ein Sinken des Flugzeugs zu derhindern. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Mittel, die ermöglichen, die Klappe 2 ausgehend von eine geöffneten Stellung 2' wieder zu schließen, und Mittel, um die Klappe sicher geschlossen zu halten. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 enthält die Vorrichtung einen Motor 6, vorteilhafterweise einen Elektromotor, der von einer Steuerung ausgelöst eine Betätigungsvorrichtung 5 antreibt. Die Betätigungsvorrichtung 5 enthält z. B. eine Zahnstange und Zahnräder. Auf der Zahnstange ist eine Druckrolle 9 angeordnet. Von der Steuerung ausgelöst verstellt der Motor 6 die die Rolle 9 enthaltende Zahnstange 9 nach vorne. Die Rolle 9 gelangt in Anlage an die Ventilklappe 2' und gewährleiset ihr Schließen. Vorteilhafterweise ist die Betätigungsvorrichtung 5 eine bekannte irreversible Betätigungsvorrichtung. Irreversible Betätigungsvorrichtung wird eine mechanische Baugruppe genannt, die ihre Stellung beibehält, wenn sie nicht betätigt wird, z. B. vom Motor 6. Auf diese Weise blockiert die Rolle 9 die Wand 2 der Klappe. Wenn man jedoch eine maximale Sicherheit gewährleisten möchte, ist die Zahnstange 9 durch eine Stange 8 (in der geöffneten Stellung mit dem Bezugszeichen 8' versehen) verlängert, die in der geschlossenen Stellung in einen Verschluß 11 eingreifen kann. Vorteilhafterweise ist die Stange 8 mit einem Halteteil 10 (in der geöffneten Stellung mit dem Bezugszeichen 10' versehen) verbunden, das innen an der Wand der Klappe 2 anliegt.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel schwenkt die Stange 8 um die Achse 7, um die normale, gute Funktion der Klappe 2 zu ermöglichen.
Die Klappe 2', die Stange 8' und das Halteteil 10' sind in der Fig. 1 in der geöffneten Stellung mit gestrichelten Linien dargestellt.
In Fig. 2 sieht man das Ventil 1 in einer Draufsicht. Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist die Klappe in der geschlossenen Stellung verriegelt, wobei die Stange 8 in den Verschluß 12 eingreift. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird die Klappe durch zwei Federn 13 geschlossen gehalten, die symmetrisch zur Achse angeordnet sind. Die Federn 13 sind symmetrisch angeordnet, um der Druckrolle 12 und der Stange 8 das Einnehmen der Mittelstellung zu ermöglichen. Es ist offensichtlich, daß andere Anordnungen nicht außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Der Motor kann durch einen Elektromagneten ersetzt werden. Die das Schließen und das Verriegeln der Klappe 2 gewährleistende Steuerung des Motors 6 ist entweder direkt, z. B. von der Instrumententafel des Flugzeugs aus, oder über einen Rechner 130 gewährleistet, wie in der Figur dargestellt. Vorteilhafterweise kann man für das Steuern des Motors 60, der das Öffnen und das Schließen des Ventils 1 gewährleistet, den gleichen Rechner verwenden. In einem Ausführungsbeispiel erhält der Rechner 130 die Informationen, z. B. über der im Inneren des Flugzeugs herrschenden Druck, von Aufnehmern 131 und z. B. die Information über den Außendruck über einen Übertragungsweg 132. Die Information über den Außendruck stammt z. B. von einem weiteren Flugrechner.
In Fig. 3 sieht man eine Variante einer Ausführung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Falle von Fig. 3 enthält das Ventil 1 zwei Klappen 2. Die Verwendung von zwei Klappen ermöglicht das Festlegen von zwei Druckdifferenzschwellen für das Öffnen der Klappen. Dieser Unterschied zwischen den Schwellen ist durch die Verwendung von zwei Federn 13 möglich, die unterschiedliche Kräfte aufweisen, oder indem man den Klappen 2 unterschiedliche Flächeninhalte gibt. In einer Ausführungsvariante bringt man zwei Klappen 2 an, die in der Lage sind, sich jeweils in eine andere Richtung zu öffnen.
Weitere Varianten weichen nicht vom Rahmen der vorliegenden Erfindung ab. Es ist z. B. möglich, ein Ventil auf der Oberfläche einer Klappe auszubilden. Diese Lösung kann insbesondere dann angewendet werden, wenn der Flächeninhalt der Klappen größer als der des Ventils sein muß.
In Fig. 4 sieht man ein Luftfahrzeug 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Luftfahrzeug 200 enthält eine Druckumhüllung 201, zwei Flügel 25, z. B. vier Motoren 26, ein vertikales Ruder 29, zwei Leitwerke 24 und ein Cockpit 27.
Die Druckhülle 201 ist durch eine Außenstruktur 21 dem Flugzeugs begrenzt, die man Außenhaut nennt, und durch eine hintere Wand 22. Die hintere Wand 22 ist relativ dünn, um die Masse des Flugzeugs zu vermindern. Diese Druckhülle muß zwei Sicherheitsventile enthalten, die eine Überdruck- und eine Unterdruck-Differenz zwischen der Druckhülle und dem Außenraum begrenzen und so jede Strukturverformung des Flugzeugs vermindern.
Die Überdruck-Druckdifferenz kann z.B. von einem Versagen der Regelung und die Unterdruck-Druckdifferenz kann z.B. von einer schnellen Höhenveränderung (Notabstieg) stammen.
Es ist mitunter notwendig, den beiden Sicherheitsventilen ein zusätzliches Element hinzuzufügen, wenn diese nicht ausreichen, die Sicherheit zu gewährleisten (aus Gründen des Platzbedarfs zur Anordnung der Ventile). Man fügt also eine Unterdruckklappe hinzu, die das Abdecken des Falls eines Ventilausfalls ermöglicht und zusammen mit den beiden Sicherheitsventilen die normalen Sicherheitszustände gewährleistet.
Das Flugzeug 200 enthält außerdem ein Regelventil 28 und ein Lüftungsventil 29. Das Regelventil ist dafür vorgesehen, den "Flugablauf" auszuführen, also den Innendruck so zu regeln, daß der Komfort der Passagiere gewährleistet ist. Das Belüftungsventil 29 ermöglicht bei einem Stillstand des Flugzeugs einen vollständigen Druckausgleich. Es wird darauf hiewiesen, daß moderne Flugzeuge, z. B. die Flugzeuge dem Serien AIRBUS A300, A310, A320, A330 und A340, ein erhebliches Volumen und die Möglichkeit besitzen, mit schneller Höhenveränderung zu manövrieren. Daher ist es notwendig, daß man schnelle Druckausgleiche herbeiführen kann, um eine Beschädigung der Flugzeugstruktur durch eine übermäßig große Druckdifferenz zu verhindern. Folglich ist das Einführen einer Klappe notwendig, die im Falle eines schnellen Abstieges des Flugzeugs ein Eindringen der Außenluft in das Innere ermöglicht, um einen solchen Ausgleich herbeizuführen. Das Anordnen einer Klappe und das Ausbilden eines Loches in der Außenhaut des Flugzeugs, wie es bis jetzt durchgeführt wurde, weisen jedoch schwere Nachteile auf. Aufgrund der Leistungen des Flugzeugs und des Volumens des Flugzeugs besteht außerdem die Gefahr, daß sich die Sicherheitsventile 30 und 31 im Falle eines Zwischenfalls als unzureichend herausstellen. Daher ist es vorteilhaft, die Ventile der Figuren 1 bis 3 zum Ausbilden des Regelventils und/oder des Belüftungsventils zu verwenden.
Vorteilhafterweise enthält das normalerweise während des Flugs inaktive Belüftungsventil die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Klappe 2.
Vorteilhafterweise bringt man die Ventile 28 und 29 auf dem Bauch des Flugzeugs unterhalb der Wasserlinie an. Auf diese Weise erleichtert man die Wartung, die vom Boden aus durchgeführt werden kann, und außerdem erleichtert man das Abströmen der Klimatisierungsluft, die im oberen Teil das Flugzeugs zugeführt wird. Daher ist es zur Gewährleistung der Sicherheit des Flugzeugs notwendig, daß im Falle einer Wasserung das Blockieren der Klappe 2 möglich ist. Die Blockierung der Klappe 2 ist z. B. durch die Vorrichtung möglich, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Das Blockieren ist durch das Betätigen eines Schalters im Bedienfeld des Flugzeugs möglich, der mit "Ditching" markiert ist.
Das Ausbilden von eine Klappe enthaltenden Schieberventilen oder von Ventilen mit zwei Ventilklappen zur Druckwiedergewinnung, weicht nicht vom Bereich der vorliegenden Erfindung ab.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf jede Druckregelvorrichtung und/oder Durchflußregelvorrichtung zwischen einer Umhüllung und dem Außenraum oder zwischen zwei Umhüllungen, die eine Sicherheitsausgleichsvorrichtung enthalten.

Claims

1. Ventil (1) zum Regeln des Drucks eines Luftfahrzeugs, mit wenigstens einer Ventilklappe (4), wobei auf der Ventilklappe wenigstens eine Klappe (2) angeordnet ist, die am automatischen Ausgleich der auf der einen und auf der anderen Seite des Ventils (1) herrschenden Drücke mitwirkt, wobei der Ausgleich mit Hilfe des automatischen Öffnens oder Schließens der Klappe (2) bewirkt wird, wenn der Unterschied zwischen den auf den beiden Seiten der Klappe herrschenden Drücken eine bestimmte Schwelle überschreitet.

2. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß jede Klappe (2) Rückstellmittel (13) enthält, die das Definieren einer Druckdifferenzschwelle ermöglichen, die von den Druckdifferenzschwellen der anderen Ventile verschieden ist.

3. Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine erste Klappe (2) enthält, die dazu vorgesehen ist, sich in einer ersten Richtung zu öffnen, wenn der auf einer ersten Seite der ersten Klappe herrschende Druck größer als der auf ihrer zweiten Seite herrschende Druck ist, und wenigstens eine zweite Klappe (2), die dazu vorgesehen ist, sich in einer zweiten Richtung zu öffnen, wenn der auf der zweiten Seite der zweiten Klappe herrschende Druck größer als der auf ihrer ersten Seite herrschende Druck ist.

4. Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Ventil zum Regeln des Innendrucks eines Luftfahrzeugs ist, so daß der Komfort der Passagiere während des Ablaufes des Fluges gewährleistet ist.

5. Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Belüftungsventil ist, das einen Ausgleich der Drücke bei einem Stillstand des Flugzeugs erlaubt.

6. Ventil (1) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es am Bauch des Flugzeuges unterhalb der Wasserlinie angeordnet ist.