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Vorrichtung zur Regelung der Atemluftzufuhr in Luftfahrzeugen Es sind
Mengenregler bekannt, beispielsweise zur Regelung der Atemluft bzw. des Luftdurchsatzes
in Flugzeugen mit Höhenkammern, bei denen als Meßwert eine im Leitungssystem vorhandene
innere Druckdifferenz dient. Diese Druckdifferenz wirkt auf einen Membrankörper
und wird dann auf direktem oder indirektem Wege auf ein Drosselorgan übertragen.
Ein derartiger Regler weist jedoch den Nachteil auf, daß mit einer Änderung der
Luftwichte g eine Änderung des Gewichtes der die Kammerdurchsetzenden Luft verbunden
ist. Gerade bei der Atemluftversorgung von Höhenkammern ist man jedoch bestrebt,
in allen Höhen und bei allen Betriebszuständen ein möglichst konstantes Luftgewicht
durch die Kammer zu setzen.
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Dies ermöglicht nun die Regelvorrichtung nach der Erfindung, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß das vom Membrankörper gesteuerte Regelglied von einer Druck-
und/oder Temperaturausgleichsvorrichtung beeinflußt wird. Es wird dabei das durchgesetzte
Luftvolumen im umgekehrten Sinne zur Änderung der Luftwichte g vergrößert bzw. verkleinert,
so daß das Produkt aus beiden stets das gleiche Luftgewicht ergibt. Man kann dies
beispielsweise dadurch erreichen, daß man zwei gegen Druck bzw. Temperatur empfindliche
Membrankörper zusätzlich auf das Drosselorgan einwirken
läßt. Für
manche Zwecke ist es sogar zweckmäßig, nur einen Membrankörp,er vorzusehen, der
sowohl eine bestimmte Druck- als auch eine ganz bestimmte Temperaturempfindlichkeit
besitzt. Dies kann man dadurch erreichen, daß man den zusätzlich angeordneten Membrankörper
nur auf einen bestimmten Unterdruck evakuiert, wobei sich die Größe des Unterdruckes
nach der Größe der erforderlichen Temperaturkorrektur richtet. Daß ein solcher Membrankörper
sowohl auf Druck wie auch auf Temperaturänderungen anspricht, ergibt sich einfach
aus der Tatsache, daß ein vollständig evakuierter Membrankörper praktisch nur auf
Druckänderungen und ein mit Luft von Überdruck gefüllter Membrankörper praktisch
nur auf Temperaturänderungen anspricht. Gleichfalls ist es möglich, nur einen druckempfindlichen
Membrankörper anzuordnen, während die Temperaturkorrektur von einem anderen Regelglied,
beispielsweise einem Bimetall, vorgenommen wird. Eine andere Möglichkeit, den Temperatureinfluß
auszugleichen, ist die Verwendung einer sich in gleicher Weise wie die Temperatur
ändernden Druckdifferenz.
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Ausführungsbeispiele zeigen die Abb. I bis 5. Die Abb. I und 4 zeigen
Beispiele für eine Drossel-und die Abb. 2, 3 und 5 Beispiele für eine Abblasregelung.
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In Richtung des Pfeils I der Abb. I strömt die zur Atemluftversorgung
dienende Luft von dem Verdichter über ein Venturirohr 2, eine Drosselklappe 3 zu
der nicht dargestellten Höhenkammer. Die Drosselklappe 3 wird durch eine Regeleinrichtung
gesteuert, die aus dem Arbeitskolben 4 und dem Steuerkolben 5 besteht. Die Änderungen
der Stellungen des Arbeitskolbens bzw. Steuerkolbens und der zugehörigen Steuerschieber
5' und 5" werden durch unmittelbar mit dem Steuerkolben in Verbindung stehende Membrankörper
6; 7, 8 hervorgerufen. Der Membrankörper 6 werde vom Druck, der Membrankörper 7
von der Temperatur beeinflußt. Auf den Membrankörper 8 wirkt äußerlich, wie auf
die Körper 6 und 7, der Druck p1, der den Druck vor dem Venturirohr darstellt. Der
Innenraum des Membrankörpers 8 steht mit der engsten Stelle des Venturirohres 2
über die Leitung 9 in Verbindung, so daß auf den Körper 8 im Betrieb stets eine
Druckdifferenz p1-p2 wirkt.
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Es ströme durch das Venturirohr 2 eine bestimmte eingestellte Menge,
und der Regler sei im Gleichgewicht. Dann sind die Zuführungskanäle Io und II durch
die Steuerschieber 5' und 5" abgeschlossen. Der Arbeitskolben 4 befindet sich in
Ruhestellung. Fällt beispielsweise in der Zuführungsleitung zur Höhenkammer hinter
der Drossel 3 der Druck ab, so wird das Druckgefälle an der Drossel 3 ansteigen,
sich dadurch die Geschwindigkeit der durch das Venturirohr durchgesetzten Luftmenge
erhöhen und die auf den Membrankörper 8 wirkende Druckdifferenz ansteigen. Der Membrankörper
wird mehr zusammengedrückt und der Steuerkolben 5 derart bewegt, daß der Ringraum
I2, in dem durch die Bohrung I3 im Steuerkolben 5 der Druck p1 herrscht, über die
Zuführungsleitung 11 mit der einen Seite des Arbeitskolbens 4 in Verbindung kommt,
während die andere Kolbenseite über die Zuführungsleitung Io und die Leitung I4
dann mit der Außenatmosphäre vom Drück p0 in Verbindung steht. Da im Betrieb der
Druck p1 stets größer als der Druck p0 ist, entsteht an dem Arbeitskolben eine Kraft,
die die Drossel' 3 so lange in Richtung »Schließen« betätigt, bis sich der Regler
wieder im Gleichgewicht befindet. Nimmt das Druckgefälle an der Drossel 3 ab, tritt
sinngemäß der umgekehrte Regelvorgang ein.
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Wären nun die Membrankörper 6 und 7 nicht vorhanden, dann würde sich
das durch das Venturirohr 2 geregelte Luftgewicht je nach der durch Druck p1 und
-der Temperatur t1 gegebenen Luftwichte γ ändern, d. h. bei fallendem Druck
oder steigender Temperatur würde das Luftgewicht abnehmen, bei steigendem Druck
oder fallender Temperatur zunehmen. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Druck
p1 fällt und die Temperatur t1 steigt. Dann werden sich die beiden Membrankörper
6 und 7 und mit ihnen zunächst einmal auch der Membrankörper 8 ausdehnen. Sie wirken
dementsprechend auch zunächst einmal gleichsinnig auf die Regeleinrichtung 4, 5,
nämlich im Sinne einer Öffnung der Drosselklappe 3. In weiterer Folge erhöht sich
aber die Geschwindigkeit der das Venturirohr durchströmenden Luft und damit die
geförderte Luftmenge selbst. Das bedeutet wieder wachsende Druckdifferenz p1-p2,
so daß sich nach anfänglicher Ausdehnung der Membrankörper 8 wieder zusammenzieht.
Dabei ist die Zusammenziehung stärker als die vorangehende Ausdehnung, was ohne
weiteres aus der Gleichung
hervorgeht. Denn in diese geht die Geschwindigkeit w quadratisch und die mit dem
Abfall von p1 verbundene Luftwichte nur linear ein. Die Membrankörper 6 und 8 sind
nun in ihren Ausdehnungskoeffizienten so aufeinander abgestimmt, daß der gewünschte
Regelerfolg, nämlich die Konstanthaltung ,des Luftgewichtes durch Erhöhung des Luftvolumens
entsprechend der Abnahme der Luftwichte γ gewährleistet ist. Bei steigendem
Druck p1 und fallender Temperatur t1 tritt sinngemäß wieder der umgekehrte Regelvorgang
ein. Ändern sieh hingegen Druck und Temperatur so, daß die Luftwichte y die gleiche
bleibt, dann bleibt auch der Regler im Gleichgewicht. Die Bahrung I5 im Steuerkolben
5 dient zum Druckausgleich.
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Damit in dem den Membrankörper 7 umgebenden Raum nach Möglichkeit
stets die Temperatur t1 der zu regelnden Luftmenge herrscht, ist dieser Raum mit
der Leitung zwischen Venturirohr und Drossel durch die Leitung 16 verbunden, durch
die mit Hilfe ,der am Venturirohr 2 herrschenden Druckdifferenz eine Durchspülung
des Membranraumes ermöglicht wird. Die Leitung 16 besitzt gegenüber der Leitung
17 eine wesentlich kleinere lichte Weite.
In der Abb. 2 ist das
Venturirohr 2 durch eine Blende I8 ersetzt und an Stelle der Drossel 3 eine Drossel
I9 vorgesehen, die in einer Überströmleitung sitzt. Die Regelung vollzieht sich
sinngemäß wie unter Abb. I beschrieben.
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Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine direkte Abblaseregelung.
Hierbei ist die Drossel klappe I9 durch ein Ventil 2o ersetzt worden.
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Abb. 4 zeigt wiederum ein Beispiel für eine Drosselregelung, bei der
alis Drosselorgan ein Ventil 2I Verwendung findet. Hier wird der Einfluß der Temperatur
durch ein Bimetall zur Einwirkung gebracht. Die Leitung 22 entspricht der Leitung
I7 und die Leitung 23 der Leitung 9.
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Die Einrichtung zur Temperaturkorrektur, die aus einem Bimetallstreifen
24 besteht, der auf ein federbelastetes Ventil 25 einwirkt, ermöglicht den Durchgang
von Luft über die Leitung 25 auf den Arbeitskolben 27. Strömt mehr Luft in den Raum
28 ein, als durch die Bohrung 29 abströmen kann, so wird das Ventil 2I mehr geöffnet,
im umgekehrten Fall durch die Feder 30 mehr geschlossen. Je stärker die Temperatur
in der Leitung vor dem Venturirohr ansteigt, um so stärker wirkt der Bimetallstreifen
24 auf das Ventil 25 ein und um so mehr Luft strömt durch die Leitung 26 nach dem
Arbeitskolben 27. Während in der Abb. I der Arbeitskolben 4 durch den Steuerkolben
5 zweiseitig beaufschlagt wird, erfolgt in Abb. 4 über eine federbelastete Kugel
3I, auf die die Membranen 32 und 33 einwirken, nur eine einseitige Beaufschlagung
des Arbeitskolbens 27.
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Wird beispielsweise das Gleichgewicht des Reglers durch einen Anstieg
des Druckgefälles am Ventil 2I gestört, dann steigt die Durchströmgeschwindigkeit
am Venturirohr 34, wodurch die auf den Membrankörper 32 wirkende Druckdifferenz
erhöht wird. Dadurch wird der Membrankörper 32 mehr zusammengedrückt und die Durchtrittsöffnung
35 von der durch die Feder 36 gegen den Stift 37 gedrückte Kugel 3I mehr geschlossen.
Der daraufhin eintretende Druckabfall im Raum 28 hat zur Folge, daß dasVenti1 2I
durch die Feder 3o so lange in Richtung »Schließen« betätigt wird, bis sich der
Regler wieder im Gleichgewicht befindet. Der Membrankörper 33 hat wiederum die Druckkorrektur
vorzunehmen.
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Abb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem unter Fortfall einer
besonderen Temperaturausgleichsvorrichtung die Temperaturkorrektur durch eine auf
die Regeleinrichtung wirkende Druckdifferenz vorgenommen wird. Bei Luftversorgungsanlagen
in Höhenkammerflugzeugen ist Beispielsweise in manchen Fällen der Verlauf der Druckdifferenz
pl-p0 bzw. p2-p0 in Abhängigkeit von der Flughöhe ganz ähnlich dem Verlauf der vorwiegend
durch das Druckverhältnis pl-p0 bestimmten Temperatur der verdichteten Atemluft.
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Die Abb. 5 entspricht im wesentlichen der Abb. 2, nur mit dem Unterschied,
daß der Membrankörper 7 und die Ausgleichsbohrung I5 wegfallen. Durch die Verbindungsleitung
38 wirkt auf die eine Seite des Steuerkolbens 5 stets der auch in der Überströmleitung
39 herrschende außenatmosphärische Druck p0. Nimmt beispielsweise mit zunehmender
Flughöhe das Druckverhältnis pl-P0 zu, steigt also die Lufttemperatur t1, dann kommt
auch gleichzeitig die auf den Steuerkolben 5 lastende Druckdifferenz p2-p0 zur Wirkung
und bewirkt durch weiteres Schließen der Drosselklappe 4o eine für eine konstant
bleibende Gewichtsmenge entsprechende Vergrößerung des durch den Temperaturanstieg
mit geringerer Luftwichte zur Höhenkammer strömenden Luftvolumens..