DE69007840T2

DE69007840T2 - Höhenabhängige, an Flugzeugpassagieratemmasken liefernde Sauerstoffgasstromregelungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE69007840T2
Application number: DE1990607840
Authority: DE
Inventors: Gilles Renner; Gerard Silber
Original assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Current assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: EP0394076B1; FR2646780B1; DE69007840D1; FR2646780A1; EP0394076A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Regulierung eines Gasstroms und insbesondere die höhenabhängige Regulierung des mit der Versorgung von Sauerstoffmasken für Flugzeug- Passagiere in Verbindung stehenden Sauerstoffgasstroms.
Es handelt sich somit darum, den für das Überleben von sich an Bord einer Linienmaschine befindlichen Passagieren notwendigen Sauerstoffgasstrom bei Druckabfall in der Flugzeugkabine bei Flug in großer Höhe möglichst gut regulieren zu können.
Bei der auf diesem Gebiet gängigsten Methode besteht solch eine Vorrichtung aus Hochdrucksauerstoffbehältern, einem am Ausgang der genannten Behälter angebrachten Druckregler sowie einem hinter dem genannten Druckregler und vor der Sauerstoffmaskenanordnung liegenden Ventil.
Der Druckregler, zuweilen auch Reduzierventil genannt, hat die Aufgabe, den Ausgangsdruck auf einen niedrigen stabilisierten Druck einzuregulieren, z.B. 0,5 MPa, zusätzlich zu dem jeweils zugeführten Gasstrom.
Bei dem Ventil selbst handelt es sich um ein höhenabhängiges Regelventil, dessen Aufgabe darin besteht, eine Regulierung je nach der Flughöhe des Flugzeugs in dem dem Ventil nachgeschalteten Niedrigdruck-Leitungsnetz sicherzustellen.
Somit ist in solch einer bekannten Vorrichtung ein einzelnes höhenabhängiges Regelventil vorgesehen: es befindet sich in der Flugzeugmitte, um im Bedarfsfall das mit den Maskenkästen verbundene Gesamleitungsnetz zu versorgen. In diesem Fall muß für jede Sauerstoffmaske eine mit gasförmigem Sauerstoff versorgte Abzweigung der Hauptleitung vorgesehen sein, die zuerst ein Ventil, das sich automatisch öffnen muß, wenn die entsprechende Maske herausgezogen wird, dann eine kalibrierte Ausflußvorrichtung zur Begrenzung des Stroms (in Form einer Drosselklappe und/oder eines Stopfens aus porösem Material wie Glaswolle) und schließlich die Maske an sich am Ende der Abzweigung aufweist.
Das höhenabhängige Regelventil öffnet sobald dies aufgrund eines Druckabfalls in der Flugzeugkabine bei Flug in großer Höhe nötig ist, was einerseits die pneumatischen Verschlüsse der Türen der Maskenkästen betätigt, um die Öffnung aller Türen zu veranlassen, und andererseits den Niedrigdruck-Sauerstoff in jede der Abzweigungen schickt.
Eine derartige Vorrichtung weist jedoch zahlreiche Nachteile auf.
Die Höhenregulierung wirkt in der Tat auf das Zentralnetz ein, so daß man Leitungen und Abzweigungen mit einem genügend großen Durchmesser vorsehen muß, um überall auf der Höhe des Eingangs jedes der Maskenkästen über einen konstanten Sauerstoffdruck zu verfügen, damit Druckverluste insbesondere bei den am weitesten entfernten Kästen vermieden werden.
Dieser Nachteil ist deshalb von Bedeutung, weil große Durchmesser das Gewicht und den Platzbedarf des Leitungsnetzes beeinflussen, aber vor allem deshalb, weil, wenn man die Gesamtheit der Maskenkästen in Erwägung zieht, die Regulierung aufgrund der Druckverluste unvollständig bleibt, was bedeutet, daß die am vorderen oder hinteren Ende des Flugzeugs sitzenden Passagiere bei Benutzung der Sauerstoffmasken der Gefahr ausgesetzt sind, ungenügend mit Sauerstoff versorgt zu werden.
Des weiteren paßt sich solch eine Vorrichtung den Druckschwankungen des gasförmigen Sauerstoffs schlecht an, da sie im Prinzip überhaupt keine, jeden Maskenkasten individuell betreffende Regelung aufweist.
Darüber hinaus macht dieses Konzept die Vorrichtung insofern anfällig, als ein Versagen des einzigen höhenabhängigen Regelventils aufgrund dieser Tatsache allein eine Störung des gesamten Systems hervorruft.
Die ausschlaggebende Bedeutung dieses höhenabhängigen Regelventils führt dazu, daß man für eine relativ komplizierte Struktur sorgen muß und dies umso mehr, als dieses Ventil allein den Gesamtsauerstoffgasstrom sicherstellen muß.
Die Verwendung eines Einzelapparates, bei dem die Aufgabe des höhenabhängigen Regelventils und die des Druckreglers, dem die Ausgänge der Sauerstoffgasbehälter vorgeschaltet sind, vereint sind, ist ebenfalls vorgeschlagen worden.
Solch ein Apparat ist überaus kompliziert aufgebaut.
Er besteht zunächst aus einer ersten Stufe, die der Aufgabe eines Höhenventils (ohne regelnde Funktion) entspricht, wobei eine Aneroidkapsel mittels eines angelenkten Hebels ein Ventilsystem der direkten Sitz/Teller- Bauart betätigt: bei Druckabfall in der Kabine entspannt sich die Kapsel und veranlaßt die Öffnung des Ventilsystems.
Er weist außerdem eine zweite Stufe der höhenabhängigen Regulierung mit einem Eingangsventil, einem Überdruckventil (das im angelsächsischen Sprachgebrauch mit dem Ausdruck "surge valve" bezeichnet wird), um einen schnelleren Druckaufbau in den Leitungen zu ermöglichen, sowie ein Nadelregelventil auf, das durch eine damit in Verbindung stehende Aneroidkapsel betätigt wird.
Diese verschiedenen Elemente sind kompliziert, insbesondere das Überdruckventil, das als absolutes Minimum eine Dichtungsmembran und eine kalibrierte Öffnung aufweist.
Aufgrund des einzigen, so in das Netz eingebauten Regelelements ist es daher schwierig, diese Vorrichtung zu vereinfachen, indem man z.B. auf das Überdruckventil verzichtet, wodurch das System zur Ingangsetzung seiner Funktion eine "Schub"-Inbetriebsetzung erfordert.
Die Anwesenheit eines Nadelregelventils führt oft zu Problemen und erfordert eine sehr genaue Kalibrierung der Schraubenspitze, was sich bei den Kosten des Systems bemerkbar macht, von den Leckgefahren ganz zu schweigen; übrigens werden dieselben Nachteile aufgrund des Vorhandenseins einer mit einem Überdruckventil in Verbindung stehenden kalibrierten Öffnung beobachtet.
Schließlich sind derartige Apparaturen kompliziert, umständlich und empfindlich.
Der Fachmann ist aus diesem Grund noch weniger geneigt, zur Verhinderung der bereits erwähnten, einer einzigen zentralen Regulierung für das Gesamtnetz innewohnenden Nachteile, solche mit jedem Maskenkasten einzeln verbundene Apparaturen einzusetzen.
Man hat übrigens auch versucht, eine für jeden Maskenkasten individuell erfolgende Regelung zu erzielen, aber immer unter Verwendung komplizierter Apparaturen mit Nadelregelventil und kalibrierter Öffnung, aber schließlich hat sich diese Lösung aufgrund der dafür erforderlichen hohen Kosten und der ungenügenden Sicherheit des Gesamtsystems als wenig zufriedenstellend herausgestellt.
In der GB-A-793 452 wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus einem höhenabhängigen Ventil, das nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip arbeitet, ohne jedoch eine Regelfunktion auszuüben, und dessen Eingang mit einer Hochdrucksauerstoffquelle verbunden ist, und einem Hauptregler besteht, dessen Eingang mit dem Ventil verbunden und so eingestellt ist, daß er über den Ausgang an ein Verteilungsnetz einen höhenabhängigen mittelhohen Druck liefert. Durch das Verteilungsnetz wird eine Sauerstoffmaskenanordnung versorgt, von denen jede einen Folgeregler aufweist, der einen von dem im Verteilungsnetz herrschenden mittleren Druck abhängigen Ausgangsdruck liefern soll. Der in dieser Druckschrift beschriebene Hauptregler ist vom Typ bestehend aus:
- einem Gehäuse, das eine innere Kammer begrenzt;
- einer Aneroidkapsel, die in der genannten Kammer angeordnet ist und ständig dem in der Flugzeugkabine herrschenden Druck ausgesetzt ist;
- einem beweglichen Dichtungselement, das die genannte Kammer abschließt und an einer Seite einstückig mit einem Anschlagstück ist, dessen freies Ende mit der Endfläche der Aneroidkapsel kontaktiert werden kann und auf der anderen Seite mit einem Element einstückig ist, das dazu dient, eine dem Sauerstoffeingang zugeordnete Spitze zu betätigen.
Der Hauptregler weist die zuvor genannten, der Verwendung einer Spitze innewohnenden Nachteile auf, und die Gesamtsicherheit der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtung ist aufgrund der durch das Versagen des Hauptreglers verursachten Folgen für die Sauerstoffverteilung für alle Masken ungenügend.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regulierungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die nicht die zuvor genannten Nachteile aufweist und insbesondere eine Regelung erzielt, die individuell für jeden einzelnen Maskenkasten erfolgt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung einfacher Konstruktion und mit verhältnismäßig niedrigen Produktionskosten zu entwerfen, die wenig Platz beansprucht und insbesondere die durch die Druckverluste im Netz hervorgerufenen Nachteile vermeidet.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zu entwerfen, deren Sicherheit, insbesondere durch Vermeiden einer Allgemeinstörung des Systems bei einem örtlich begrenzten Versagen, deutlich höher ist als die der bekannten Vorrichtungen, die sich jedoch gleichzeitig an starke Schwankungen des Versorgungsdrucks anpaßt.
Es handelt sich ganz besonders um eine höhenabhängige, an Flugzeugpassagieratemmasken liefernde Sauerstoffgasstromregulierungsvorrichtung, bestehend aus Hochdrucksauerstoffbehältern, einem Druckregler am Ausgang der genannten Behälter und einem hinter dem genannten Druckregler und vor der Sauerstoffmaskenanordnung liegenden Ventil, wobei das Ventil ein einfaches Höhendruckventil mit Alles-oder-Nichts-Funktionsweise, die keine Regelung zuläßt, ist. Es ist kennzeichnend, daß die Regulierung des Sauerstoffdurchsatzes für jede einzelne Sauerstoffmaskenanordnung durch eine damit verbundene Reguliervorrichtung gesichert ist, wobei jedes der genannten Mittel an sich vorbekannt ist, bestehend aus:
- einem Gehäuse, das eine innere Kammer begrenzt;
- einer Aneroidkapsel, die in der genannten Kammer angeordnet ist und ständig dem in der Flugzeugkabine herrschenden Druck ausgesetzt ist;
- einem beweglichen Dichtungselement, das die genannte Kammer abschließt und an einer Seite einstückig mit einem Anschlagstück ist, dessen freies Ende mit der Endfläche der Aneroidkapsel kontaktiert werden kann und, daß das bewegliche Dichtungselement einstückig mit der anderen Seite eines Elementes zur Betätigung eines Schließventilsystems ist, das dem Sauerstoffeingang zugeordnet ist, so daß die Öffnung des genannten Schließventilsystems selbsttätig durch die genannte Aneroidkapsel ausgelöst wird, wenn der in der Kabine herrschende Druck unter einen vorbestimmten kritischen Wert sinkt und, daß der unter Niederdruck abfallende Sauerstoffdurchsatz also ständig in Abhängigkeit von der Flughöhe durch das genannte bewegliche Dichtungselement geregelt wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem beweglichen Dichtungselement um eine weiche Membran: insbesondere trägt die weiche Membran zwei einander gegenüberliegende Klemmplatten, wobei die eine der genannten Klemmplatten das Anschlagstück und die andere eine Betätigungsstange des Schließventilsystems hält.
In einer Variante handelt es sich bei dem beweglichen Dichtungselement um einen gegen die Innenwand der Kammer des Gehäuses gleitenden Kolben.
Vorteilhaft ist auch, daß das Anschlagstück zylindrisch und im wesentlichen koaxial zur Aneroidkapsel ist und eine der Endfläche der genannten Aneroidkapsel gegenüberliegende freie Endfläche aufweist: insbesondere trägt das Anschlagstück ein dazwischen angeordnetes Federorgan, das mit der Endfläche der Aneroidkapsel in Kontakt kommt, sobald der in der Kabine herrschende Druck leicht über den kritischen Schwellwert ansteigt, um einen vorzeitigen Sauerstoffdurchsatz zu erhalten, bevor der kritische Schwellwert erreicht wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schließventilsystem um ein Ventilsystem der direkten Sitz/Teller-Bauart, oder auch um ein Ventilsystem der inversen Sitz/Teller-Bauart mit angelenkten Zwischenhebeln.
Aus Sicherheitsgründen ist, auch wenn dies auf keinen Fall unbedingt erforderlich ist, ein elastisches Mittel, wie eine Schraubenfeder, mit dem Schließventilsystem für eine Rückkehr in die Schließposition verbunden.
Es ist von Vorteil, wenn die Aneroidkapsel mit dem Gehäuse mittels eines Regelsystems verbunden ist, das den Spielraum zwischen der genannten Aneroidkapsel und dem zugeordneten Anschlagstück zu regeln erlaubt.
Schließlich wäre es von Interesse, am Gehäuse einen Ausgang vorzusehen, in dem mindestens ein kalibriertes Ausflußmittel angeordnet ist. Insbesondere ist das kalibrierte Ausflußmittel von laminarer Bauart und besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einem Körper aus durchlässigem Werkstoff wie Glaswolle der zwischen zwei quer angeordneten Gittern eingespannt ist: in einer Variante ist dieses Mittel von der Bauart einer kalibrierten Öffnung und besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einer koaxial zum Ausgang des Gehäuses angeordneten Schraubenspitze.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind klarer ersichtlich im Lichte der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, die sich auf eine besondere Ausführungsform beziehen. Es zeigen:
. die Figur 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Regulierungsvorrichtung, auf der ein Maskenkasten mit geschlossener Tür und ein anderer mit geöffneter Tür dargestellt sind, deren jeweilige Sauerstoffmasken in einsatzbereite Lage herausgezogen sind, wobei in dieser Ansicht auch die Lage der mit jedem Maskenkasten in Verbindung stehenden Regulierungsvorrichtung erkennbar ist,
. die Figur 2 einen Schnitt, auf dem eine erfindungsgemäße Regulierungsvorrichtung mit einer Aneroidkapsel, einer weichen Membran, einem Ventilsystem der direkten Bauart, und einem Ausgang mit kalibriertem Ausflußmittel dargestellt ist,
. die Figur 3 einen Teilschnitt, auf dem eine Variante mit Schraubenspitze dargestellt ist, die das kalibrierte Ausflußmittel, mit dem der Ausgang des Gehäuses versehen ist, darstellen soll,
. die Figur 4 einen Schnitt, auf dem eine Variante der Vorrichtung der Figur 2 dargestellt ist, in der das Ventilsystem vom Typ der inversen Bauart mit angelenkten Zwischenhebeln ist,
. die Figur 5 (in kleinerem Maßstab) eine mögliche Abänderung der Vorrichtung der Figur 4, in der eine mit der Aneroidkapsel zusammenarbeitende Zwischenfeder vorgesehen ist, damit vor Erreichen des kritischen Druckwertes ein vorzeitiger Sauerstoffdurchsatz erzielt wird,
. die Figur 6 eine weitere Abänderung der Vorrichtung der Figur 4 in der die elastische Membran durch einen im Gehäuse gleitenden Kolben ersetzt ist.
Die Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Regulierungsvorrichtung, also einer Vorrichtung zur höhenabhängigen Regulierung des mit der Versorgung von Sauerstoffmasken für Flugzeugpassagiere in Verbindung stehenden Sauerstoffgasstroms.
Die Regulierungsvorrichtung 1 besteht aus den Hochdrucksauerstoffbehältern R&sub1; und R&sub2;, deren Ausgänge mit einer gemeinsamen Leitung 2 verbunden sind. Man sieht anschließend einen am Ausgang der Behälter R&sub1; und R&sub2; angebrachten Druckregler RP sowie ein dem Druckregler RP nach- und der Sauerstoffmaskenanordnung 4 vorgeschaltetes Ventil RA.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung handelt es sich bei dem Ventil RA um ein einfaches Höhendruckventil der Alles-oder-Nichts-Funktionsart ohne Regelfunktion, wobei die Regelung des Sauerstoffstroms für jede Sauerstoffmaskenanordnung 4 einzeln durch ein zugeordnetes Reguliermittel 12 gesichert ist.
In der Figur 1 kann man zwei Maskenanordnungen 4 unterscheiden, die mittels einer zugeordneten Abzweigung 3 mit einer Einsatzleitung verbunden sind. Jede Anordnung 4 weist einen Kasten 5 auf, dessen Tür 6 um ein Scharnier 7 schwenken kann, so daß die Sauerstoffmasken herausfallen können. In jeder Anordnung 4 (bei der linken Anordnung ist die Tür 6 geschlossen) ist ein Verbindungsgehäuse 8, mit dem die Masken 9 mittels eines flexiblen Rohrs 10 verbunden sind, schematisch dargestellt. Es ist ebenfalls deutlich das Verbindungsstück 11 zu sehen, das die Lage der Abzweigung 3 in der Wand des Maskenkastens sichert. Schließlich ist eine Anordnung 12 zu sehen, die hier ganz schematisch dargestellt ist und bei der es sich in der Tat um das jedem Maskenkasten zugeordnete Regulierungsmittel handelt. Wie aus der rechten Sauerstoffmaskenanordnung ersichtlich ist, befinden sich die zugeordneten Sauerstoffmasken 9 nach dem Schwenken der Tür 6 des Kastens in einsatzbereiter Stellung.
Die schematische Darstellung des Regulierungsmittels 12 soll hier nur zeigen, daß es gelingt, eine mit jeder einzelnen Sauerstoffmaskenanordnung in Verbindung stehende Regulierung zu erzielen, wodurch sich als Ventil RA ein einfaches Böhendruckventil der Alles-oder-Nichts- Funktionsart verwenden läßt. Dieses Ventil RA wird natürlich auf einen üblichen, den gewünschten Schwellenwert darstellenden Druck eingestellt, z.B. einen einer Höhe von etwa 3 400 Metern entsprechenden Druck.
Die Figur 2 stellt einen Schnitt dar, der noch ausführlicher die Bauweise eines erfindungsgemäßen Regulierungsmittels zeigt, wobei dieses Mittel hier mit der Bezugsnummer 100 bezeichnet ist.
Das Regulierungsmittel 100 besteht aus einem eine innere Kammer 102 definierenden Gehäuse 101. Die innere Kammer 102 wird durch einen eine Bohrung 104 aufweisenden Boden 103 des Gehäuses begrenzt, wodurch die innere Kammer permanent dem in der Flugzeugkabine herrschenden Druck ausgesetzt werden kann. Auf der anderen Seite ist die innere Kammer durch ein bewegliches Dichtungselement 105 abgeschlossen, das hier in Form einer weichen Membran ausgeführt ist.
Es ist ebenfalls eine in der inneren Kammer 102 angeordnete, ständig dem in der Flugzeugkabine herrschenden Druck ausgesetzte Aneroidkapsel 106 zu sehen. Vorzugsweise ist die Aneroidkapsel mit dem Gehäuse 101 mittels eines Regelsystems 107, z.B. eines Außen-Innen- Gewinde-Systems, verbunden, durch das die axiale Lage der Aneroidkapsel 106 in der inneren Kammer 102 reguliert werden kann.
Gemäß eines wichtigen Merkmals der Erfindung ist die weiche Membran 105 an einer Seite einstückig mit einem Anschlagstück 108, dessen freies Ende 111 mit der Endfläche 112 der Aneroidkapsel 106 in Kontakt treten kann, und auf der anderen Seite mit einem Element, das dazu dient, ein dem Sauerstoffeingang zugeordnetes Schließventilsystem 113 zu betätigen. Auf diese Weise wird die Öffnung des Schließventilsystems 113 automatisch durch die Aneroidkapsel 106 ausgelöst, wenn der in der Kabine herrschende Druck unter einen vorbestimmten kritischen Schwellwert fällt, und der Sauerstoffstrom wird somit permanent in Abhängigkeit von der Flughöhe durch das bewegliche Dichtungselement, hier in Form einer weichen Membran 105 ausgeführt, geregelt.
Im einzelnen trägt die weiche Membran 105 zwei einander gegenüberliegende Klemmplatten 109, 114, von denen die eine 109 das zuvor genannte Anschlagstück 110 und die andere 114 eine Betätigungsstange 115 des Schließventilsystems 113 hält. Das Anschlagstück 110 ist hier zylindrisch und im wesentlichen mit der Aneroidkapsel 106 koaxial und weist eine der Endfläche 112 der genannten Aneroidkapsel gegenüberliegende freie Endfläche 111 auf.
Das Schließventilsystem 113 ist hier ein Ventilsystem der direkten Sitz/Teller-Bauart. Man sieht in der Tat in einer Verlängerung 119 des Gehäuses 101 ein am Ende der Betätigungsstange 115 befestigtes und mit einem mit dem Gehäuse einstückigen Sitz 117 zusammenarbeitendes Ventil 116. Mit dem Schließventilsystem 113 ist ebenfalls eine hier schraubenförmige Feder 118 für eine Rückkehr in die Schließposition verbunden: in der Tat ist solch eine Feder, wie man nachfolgend bei der Beschreibung der Funktionsweise dieser Vorrichtung sieht, auf keinen Fall unbedingt notwendig. Es ist ebenfalls am Ende der Verlängerung 119 des Gehäuses ein Kanal 120 zu sehen, der, wie durch den Pfeil E schematisch dargestellt, der Ankunft des gasförmigen Sauerstoffs entspricht.
Somit sind innen im Gehäuse 101 und oberhalb der Membran 105 eine Kammer 102 und unterhalb der Membran eine Kammer 121 zu sehen.
Wie leicht einzusehen ist, befindet sich die Endfläche 112 der Aneroidkapsel 106 in axialer Stellung, die als Funktion des in der Kammer 102 und damit in der Flugzeugkabine herrschenden Drucks variieren kann. Bei Verringerung dieses Druckes entwickelt sich der die Aneroidkapsel darstellende Blasebalg, und seine Endfläche 112 nähert sich dem freien Ende 111 des Anschlagstücks 110. Bei Erreichen eines einem vorbestimmten Schwellenwert entsprechenden kritischen Drucks findet zwischen den Flächen 111 und 112 ein Kontakt statt, was der in der Figur 2 für die Aneroidkapsel 106 mit gestrichelten Linien dargestellten Position entspricht. Sobald der Kabinendruck unter diesen kritischen Schwellwert fällt, wirkt die Aneroidkapsel 106 also mittels des Anschlagstücks 110 auf die Membran 105 als aktives Element zur Bewegungsübertragung. Diese senkrechte Bewegung wird mittels der Stange 115 auf das Ventil 116 des Schließventilsystems 113 übertragen, wodurch dann die Öffnung dieses Schließventilsystems veranlaßt wird.
Außerdem ist festzustellen, daß das Gehäuse 101 einen Ausgang 122 aufweist, der hier die Form einer rohrartigen Verlängerung besitzt, und in dem mindestens ein kalibriertes Ausflußmittel angeordnet ist. Im vorliegenden Fall sieht man jenseits der Ausgangsbohrung 123 des Ausgangs 122 ein kalibriertes Ausflußmittel 124 der laminaren Bauart, das hier im wesentlichen aus einem zwischen zwei quer angeordneten Gittern 126 eingespannten Körper 125 aus durchlässigem Werkstoff wie Glaswolle besteht. Die Lagestellung dieses kalibrierten Ausfluß mittels wird auf einer Seite durch die Stützung eines Gitters 126 gegen einen Ansatz 127 des Ausgangs 122 und auf der anderen Seite durch eine Scheibe mit Außengewinde 128 gesichert, die sich in ein Außengewinde 129 des Ausgangs 122 eindrehen läßt. Die Scheibe 128 weist einen Schlitz 130, wodurch sich ein Betätigungswerkzeug wie z.B. ein Schraubendreher verwenden läßt, sowie eine Querbohrung 131 auf, um den gasförmigen Niederdruck-Sauerstoff hinter der Reguliervorrichtung durchzulassen, was mit dem Ausgangspfeilsymbol S bezeichnet ist.
Sobald der Druck in der Flugzeugkabine nicht mehr ausreichend ist, müssen die Sauerstoffschutzmaskenanordnungen automatisch in Aktion treten. In diesem Fall öffnet das Ventil RA automatisch, und der in den Behältern RP R&sub1; und R&sub2; bevorratete und durch den Druckregler entspannte gasförmige Sauerstoff speist das Kabinenleitungsnetz. Diese Sauerstoffmaskenanordnung 4 wird somit durch das Niederdruck-Sauerstoffnetz versorgt, so daß jede Sauerstoffmaske 9 nach Öffnung der Maskenkastentür richtig versorgt wird. Diese Versorgung erfolgt in Abhängigkeit von der Flughöhe des Flugzeugs mit unterschiedlichem Durchsatz, wodurch ein perfekter Schutz der Atmung des die Maske benutzenden Passagiers unabhängig davon, wo sich der Platz dieses Passagiers im Flugzeug befindet, gewährleistet ist.
Hieraus ergibt sich sofort ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß nämlich darauf verzichtet werden kann, Leitungen großen Durchmessers vorzusehen, da die Regulierung jetzt einzeln für jeden Maskenkasten gesichert ist. Auch stellt sich hier nicht mehr die Frage von Druckverlusten, und es lassen sich zur Ausführung des Netzes weniger Platz beanspruchende und weniger schwere Leitungen mit geringen Durchmessern verwenden. Somit kann das System weiterhin, wie man nachfolgend sieht, ohne weiteres Druckschwankungen und sogar größere Schwankungen, die sich z.B. bis in einen Bereich zwischen 0,35 MPs und 1 MPa ausdehnen können, tolerieren.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich ebenfalls daraus, daß jede Gefahr eines örtlich begrenzten Versagens automatisch auf den entsprechenden Maskenkasten ohne den geringsten Einfluß auf die anderen Maskenkastenanordnungen begrenzt ist.
Schließlich sollte darauf hingewiesen werden, daß die Struktur der gerade beschriebenen Vorrichtung 100 vollkommen ohne Regulierspitze oder kalibrierte Öffnung auskommt, wodurch die Gefahr von Leckstellen ausgeräumt wird und darauf verzichtet werden kann, sehr genaue Kalibrierung oder genaue Werkstoffbearbeitung vorzusehen.
Um jetzt auf die Funktionsweise der Vorrichtung in dem Fall zurückzukommen, bei dem der Kabinendruck, den man als Pz bei der Flughöhe z bezeichnen kann und der dem in der inneren Kammer 102 herrschenden Druck entspricht, unter den vorbestimmten kritischen Druck Pc fällt, so weist die Aneroidkapsel 106 eine eigene Verlängerung auf, die die Öffnung des Schließventilsystems 113 veranlaßt. Der im unteren Teil der Kammer 121 d.h. unterhalb der Membran 105, herrschende Druck Ps, ist höher als der in der inneren Kammer 102 oberhalb der genannten Membran herrschende Druck Pz. Bei Öffnung des Sitz/Teller-Systems steigt der Druck Ps gerade auf den Wert an, bei dem die auf die weiche Membran 105 einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind. Wenn man die wirksame Oberfläche der Endfläche der Aneroidkapsel 106 mit Sc bezeichnet, so beträgt die durch die Kapsel hervorgerufene Schubkraft F ungefähr F= Sc x (Pc - Pz). Wenn man weiterhin die wirksame Oberfläche der Membran 105 mit Sm bezeichnet, so ergibt sich folgendes Gleichgewicht der Membran:
(Ps - Pz) x Sm - F = 0,
worin Ps den unterhalb der weichen Membran 105 herrschenden Druck bezeichnet.
Somit läßt sich folgende Gleichung schreiben:
(Ps - Pz) x Sm - Sc x (Pc - Pz) = 0.
Daraus läßt sich dann der Ausdruck:
(Ps - Pz) x (Pc - Pz) x Sc/Sm (1)
ableiten.
Des weiteren läßt sich mit Hilfe des kalibrierten Ausflusses der Durchsatz Q durch folgenden Ausdruck wiedergeben: Q = (Ps - Pz) x αz, worin Q der Ausgangsmassenstrom und αz einen von der Höhe z und der Anfangsregulierung der Vorrichtung abhängigen Koeffizienten (es handelt sich in Wirklichkeit um einen Druckverlustkoeffizienten) bedeuten.
Daraus leitet sich schließlich der folgende Ausdruck ab:
Q = (Pc - Pz) x Sc/Sm x αz (2)
Diese letzte Gleichung zeigt, daß der Ausgangsmassenstrom hier über die Parameter Pz und αz lediglich von der Flughöhe des Flugzeugs abhängt. Der Massenstrom Q hängt ebenfalls von dem kritischen Druck Pc ab, der sich jedoch durch Regulierung der Aneroidkapsel auf einen willkürlichen Wert festsetzen läßt.
Es sei angemerkt, daß der Massenstrom Q sich nicht mit dem Eingangsdruck verändert. Außerdem ist der Druck Ps keine Funktion des Durchsatzes wie aus der obigen Gleichung (1) hervorgeht. Diese letztere Feststellung gestattet es, falls erwünscht, mehrere kalibrierte Ausflüsse, d.h. mehrere Sauerstoffmasken desselben Kastens zu versorgen, ohne dessen Regulierung verändern zu müssen.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß der Massenstrom Q mit der Höhe z zunimmt, und zwar natürlich in dem Maße, wie diese Höhe die durch Regulierung willkürlich festgesetzte kritische Höhe zc überschreitet. In der Praxis konnte beobachtet werden, daß der Massenstrom Q in Wirklichkeit stets leicht über dem gewünschten Durchsatzwert lag, wobei der letztere auf einem Schaubild, auf dem Q als Funktion der Höhe z angegeben ist, im wesentlichen einer Geraden entspricht.
Es versteht sich von selbst, daß sich an der Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Änderungen vornehmen lassen, ohne daß dadurch von der allgemeinen Definition der Erfindung abgewichen wird.
Eine erste Variante ist in der Figur 3 gezeigt, die eine Teilansicht einer anderen Art von kalibriertem Ausflußmittel, mit dem der Ausgang des Gehäuses ausgestattet ist, darstellt. Im vorliegenden Fall ist das kalibrierte Ausflußmittel vom Typ einer kalibrierten Öffnung und besteht im wesentlichen aus einer zum Ausgang 122' des Gehäuses koaxialen Schraubenspitze 128', 132'. Das damit gegebene kalibrierte Ausflußmittel 124' läßt sich dank eines Schlitzes 130' leicht regulieren, wodurch die Längsstellung der Schraubenspitze 128' in dem zugeordneten Außengewinde 129' eingestellt werden kann, wie dies bei der in der Figur 2 beschriebenen Scheibe 128 der Fall war. Der kalibrierte Ausfluß entspricht hier dem durch die Spitze 132' der Schraubenspitze und der durch einen Ansatz 133' des Ausgangs 122' gebildeten Hauptbohrung definierten Zwischenraum. Eine Querbohrung 131' gestattet wie zuvor das normale Ausströmen des gasförmigen Sauerstoffs in Richtung der zugeordneten Sauerstoffmasken (Pfeil S).
Die Figur 4 ist ein Schnitt, auf dem eine Variante der Vorrichtung der Figur 2 dargestellt ist, bei der das Ventilsystem vom Typ der inversen Sitz/Teller-Bauart mit angelenkten Zwischenhebeln ist. Die in der Figur 4 gezeigte Vorrichtung 200 weist eine Vielzahl von Elementen auf, die mit den die zuvor beschriebene Vorrichtung 100 aufbauenden Elementen identisch sind: zur Erleichterung der Beschreibung sind die identischen Elemente mit einer um hundert größeren Bezugsnummer bezeichnet und nicht erneut beschrieben. Der wesentliche Unterschied liegt hier in der Struktur des Schließventilsystems 213: in der Tat kann man einen Zwischenhebel 234 erkennen, der an einer mit dem Gehäuse 201 einstückigen Achse 235 angelenkt ist. An einem seiner Enden trägt der Hebel 234 ein Ventil 238, das mit einem mit dem Gehäuse 201 einstückigen Sitz 239 zusammenarbeitet. Das andere Ende des Hebels 234 führt in eine Aussparung 236 in einer mit der Klemmplatte 214 einstückigen Verlängerung 237. Wie zuvor ist zur Rückkehr des Schließventilsystems in die Schließposition eine hier schraubenförmige Feder 241 vorgesehen (natürlich könnte man die Feder 118 und/oder die Feder 241 durch jedes gleichwertige Mittel ersetzen, das eine elastische Rückkehr gewährleistet, wie z.B. eine Blattfeder usw.).
Die Funktionsweise dieser abgeänderten Vorrichtung kann man sich leicht vorstellen: bei direkter Einwirkung der Aneroidkapsel 206 auf das Stützstück 210 und somit auf die Membran 205 beginnt der Hebel 234, sich um seine Achse 235 zu drehen, wodurch der Teller 238 aus seinem Sitz 239 gehoben wird. Solch eine Vorrichtung könnte sich insbesondere dann als interessant erweisen, wenn verhältnismäßig hohe Kräfte erforderlich sind: dies könnte zum Beispiel der Fall sein, wenn die weiche Membran durch einen Kolben ersetzt wird, wie dies weiter unten mit Bezug auf die Figur 6 beschrieben wird.
In der Figur 5 ist eine mögliche Abänderung der Vorrichtung der Figur 4 dargestellt, bei der zur Erzielung eines vorzeitigen Durchsatzes vor dem Erreichen des kritischen Druckschwellenwerts eine mit der Aneroidkapsel zusammenarbeitende Zwischenfeder vorgesehen ist.
Die Regulierungsvorrichtung 300 besteht wie die vorhergehende Vorrichtung 200 aus einer Vielzahl von Elementen, die mit denen die Vorrichtung 100 der Figur 2 aufbauenden identisch sind: die entsprechenden Elemente werden daher mit einer um zweihundert größeren Bezugsnummer bezeichnet und nicht erneut beschrieben.
Hier besteht der Hauptunterschied in der Struktur des Stützstücks 310, das im oberen Teil eine Verlängerung 342 mit geringerem Durchmesser aufweist, wobei die Verlängerung ein Federelement aufnimmt, das hier in Form einer schraubenförmigen Feder 343 ausgeführt ist. Es ist zu beachten, daß der obere Teil dieser Feder oberhalb der Endfläche 311 des Stützstücks 310, aber ebenfalls unterhalb der unteren Fläche 312 der Aneroidkapsel 306 liegt, wenn das Schließventilsystem 313 geschlossen ist. In diesem Fall erhält man so zuerst einen ersten Weg c' und dann einen längeren zweiten Weg, wobei das Ganze dem (in der Figur 5 angegebenen) Weg c der vorherigen Varianten entspricht: während des Betriebs wird bei Entwicklung der Aneroidkapsel 306 bei abnehmendem Druck Pz zuerst der Weg c' durchlaufen, d.h. es findet zuerst ein Kontakt zwischen der Fläche 312 der Aneroidkapsel 306 und der Feder 343, aber noch kein Kontakt zwischen der Fläche 312 und der oberen Fläche 311 des Stützstücks 310 statt. Hierdurch entsteht eine leichte Öffnung des Schließventilsystems 313, wodurch ein vorzeitiger Durchsatz vor dem wirksamen Erreichen des kritischen Schwellenwerts des Drucks erzielt werden kann, wobei der kritische Schwellenwert selbst dem Gesamtweg c und somit dem direkten Kontakt der gegenüberliegenden Flächen 311, 312 entspricht.
Die Figur 6 stellt noch eine andere Abänderung der Vorrichtung der Figur 4 dar, bei der die elastische Membran durch einen im Gehäuse gleitenden Kolben ersetzt ist.
Die in der Figur 6 gezeigte Vorrichtung 400 besteht wie die anderen Vorrichtungen aus einer Vielzahl von Elementen, die mit denen, die die in der Figur 2 gezeigte Vorrichtung 100 aufbauen, identisch sind: die identischen Elemente werden daher mit einer um dreihundert größeren Bezugsnummer bezeichnet und nicht erneut beschrieben.
Der Hauptunterschied liegt hier in der Struktur des beweglichen Dichtungselements 405, das keine weiche Membran wie in den vorhergehenden Varianten darstellt, sondern in Form eines Kolbens ausgeführt ist, der gegen die Innenwand der Kammer 402 des Gehäuses 401 gleitet. Es wäre natürlich vorteilhaft, eine O-Ring-Dichtung 444 vorzusehen. Es ist jedoch festzustellen, daß solch eine Ausführungsform ganz erhebliche Reibungen mit sich bringt, so daß es vorzuziehen ist, ein wie in der Figur 6 dargestelltes Hebelsystem zur Betätigung des Ventils vorzusehen. Es ist außerdem anzumerken, daß sich durch Verwendung solch eines Hebelarms die Wirkung des oberhalb des entspannten Drucks herrschenden Drucks verringern läßt.
Die Erfindung ist nicht auf die soeben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt im Gegenteil jede Variante ein, bei der die in den Ansprüchen angegebenen Hauptkennzeichen mit gleichwertigen Mitteln eingebaut sind.

Claims

1. Höhenabhängige, an Flugzeugpassagieratemmasken liefernde Sauerstoffgasstromregulierungsvorrichtung, bestehend aus Hochdrucksauerstoffbehältern, einem Druckregler am Ausgang der genannten Behälter und einem hinter dem genannten Druckregler und vor der Sauerstoffmaskenanordnung liegenden Ventil, wobei das Ventil (RA) ein einfaches Höhendruckventil mit Alles-Oder-Nichts- Funktionsweise, die keine Regelung zuläßt, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Sauerstoffdurchsatzes tur jede einzelne Sauerstoffmaskenanordnung (4) durch eine damit verbundene Reguliervorrichtung (12; 100; 200; 300; 400) gesichert ist, wobei jedes der genannten Mittel an sich vorbekannt ist, bestehend aus:

- einem Gehäuse (101; 201; 301; 401), das eine innere Kammer (102; 202; 302; 402) begrenzt;

- einer Aneroidkapsel (106; 206; 306; 406), die in der genannten Kammer angeordnet ist und ständig dem in der Flugzeugkabine herrschenden Druck ausgesetzt ist;

- einem beweglichen Dichtungselement (105; 205; 305; 405), das die genannte Kammer abschließt und an einer Seite einstückig mit einem Anschlagstück (108; 208; 308; 408) ist, dessen freies Ende (111; 211; 311; 411) mit der Endfläche (112; 212; 312; 412) der Aneroidkapsel (106; 206; 306; 406) kontaktiert werden kann und, daß das bewegliche Dichtungselement einstückig mit der anderen Seite eines Elementes zur Betätigung eines Schließventilsystems (113; 213; 313; 413) ist, das dem Sauerstoffeingang zugeordnet ist, so daß die Öffnung des genannten Schließventilsystems selbsttätig durch die genannte Aneroidkapsel ausgelöst wird, wenn der in der Kabine herrschende Druck unter einen vorbestimmten kritischen Wert sinkt und, daß der unter Niederdruck abfallende Sauerstoffdurchsatz also ständig in Abhängigkeit von der Flughöhe durch das genannte bewegliche Dichtungselement geregelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Dichtungselement (105; 205; 305) eine weiche Membran ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Membran (105; 205; 305) zwei einander gegenüberliegende Klemmplatten (109, 114; 209, 214; 309, 314) trägt, wobei die eine (109; 209; 309) der genannten Klemmplatten das Anschlagstück und die andere (114; 214; 314) eine Betätigungsstange des Schließventilsystems (113; 213; 313) hält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Dichtungselement (405) ein gegen die Innenwand der Kammer (402) des Gehäuses (401) gleitender Kolben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagstück (110; 210; 310; 410) zylindrisch und genau koaxial zur Aneroidkapsel (106; 206; 306; 406) ist und ein freies Ende (111; 211; 311; 411) der Endfläche (112; 212; 312; 412) der genannten Aneroidkapsel gegenüberliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagstück (310) ein dazwischen angeordnetes Federorgan (343) trägt, das mit der Endfläche (312) der Aneroidkapsel (306) in Kontakt kommt, sobald der in der Kabine herrschende Druck leicht über den kritischen Wert steigt, um einen vorzeitigen Sauerstoffdurchsatz zu erhalten, bevor der kritische Wert erreicht wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließventilsystem (113) ein Ventilsystem der direkten Sitz/Teller-Bauart ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließventilsystem (213; 313; 413) ein Ventilsystem der inversen Sitz/Teller-Bauart mit angelenkten Zwischenhebeln (234; 334; 434) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Mittel (118; 241; 341; 441), wie eine Schraubenfeder, mit dem Schließventilsystein (113; 213; 313; 413) für eine Rückkehr in die Schließposition verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aneroidkapsel (106; 206; 306; 406) mit dem Gehäuse (101; 201; 301; 401) durch Zwischenschaltung eines Regelsystems (107; 207; 307; 407) verbunden ist, das den Spielraum zwischen der genannten Aneroidkapsel und dem zugeordneten Anschlagstück (110; 210; 310; 410) zu regeln erlaubt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (101; 201; 301; 401) einen Ausgang (122; 222; 322; 422) aufweist, in dem mindestens ein kalibriertes Ausflußmittel angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kalibrierte Ausflußmittel (124) von laminarer Bauart ist und bevorzugt im wesentlichen aus einem Körper aus durchlässigem Werkstoff (125), wie Glaswolle, besteht, der zwischen zwei quer angeordneten Gittern (126) eingespannt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kalibrierte Ausflußmittel (124') von der Bauart mit kalibrierter Öffnung ist und bevorzugt im wesentlichen aus einer Schraubenspitze (128', 132') besteht, die koaxial zum Ausgang (122') des Gehäuses angeordnet ist.