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Ventil, insbesondere für Kabinen von Höhenflugzeugen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Ventil zur Druckhaltung in belüfteten, abgeschlossenen Aufenthaltsräumen
mit gegenüber der Außenluft unterschiedlichem Innendruck, insbesondere für Kabinen
von Höhenflugzeugen. Derartige Ventile dienen dazu, den durch die Luftzuführung
mittels Lader entstehenden Überdruck in der Kabine auszugleichen. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß es besondere Vorteile mit sich bringt, den Luftdruck
in Kabinen von Höhenflugzeugen, insbesondere beim Steigflug und auch in größeren
Flughöhen, nicht so stark absinken zu lassen, wie sich der atmosphärische Druck
vermindert. Hierdurch werden die Insassen der Kabinen von Höhenflugzeugen geringeren
physiologischen Beanspruchungen ausgesetzt als bei den bekannten Belüftungseinrichtungen,
bei denen beim Beginn des Steigfluges ein schneller Druckabfall in der Kabine von
Höhenflugzeugen eintritt.
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Zur Regelung der Druckverhältnisse in den Höhenkabinen dienen sogenannte
Druckhalteventile.
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Das erfindungsgemäße Druckhalteventil für Kabinen für Höhenflugzeuge
unterscheidet sich dadurch von den bekannten, daß der Ventilverschlußkörper dem
Einfluß des atmosphärischen Außendruckes entzogen ist. Hierdurch wird erstmalig
beim Steigflug von Flugzeugen mit Höhenkabinen der Vorteil für die Flugpassagiere
und Flugzeugbesatzung erreicht, daß sie beim Aufstieg keinen
mit
dem atmosphärischen Druck sich stark vermindernden Druckabfällen ausgesetzt sind.
Dies ist bei den heute vorliegenden Steiggeschwindigkeiten der Flugzeuge bedeutsam,
da die Höhenkabineninsassen bei den bisher bekannten Anordnungen physiologisch erheblichen
Belastungen ausgesetzt sind, die durch die erfindungsgemäße Einrichtung vermieden
sind. Bei den bekannten Druckhalteventilen fällt der Kabineninnendruck bis etwa
4 km Flughöhe im geringen Abstand von und parallel verlaufend mit der atmosphärischen
Linie schnell ab, während er dann konstant auf o,6 bis etwa o,7 at gehalten wird,
was für die Höhenkabineninsassen infolge des zunächst sehr steil absinkenden Außen-
und damit auch Innendruckes eine große Belastung darstellt. Dagegen erfolgt bei
der erfindungsgemäßen Druckhaltung eine gegenüber der Außendruckabnahme geringe
oder fast gar keine Abnahme des Kabinendruckes, so daß hierbei die Kennlinie des
Kabineninnenüberdruckes im Druckhöhendiagramm etwa vom Punkt I at am Boden aus als
Horizontale parallel zur Abszissenachse verläuft, d. h. der Druck wird ständig auf
etwa I at gehalten. Dies läßt also für die Höhenkabineninsassen praktisch keine
physiologische Belastung entstehen. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Druckventils
muß naturgemäß die Festigkeit der Kabinenwandung den insbesondere in großen Höhen
auftretenden Innenüberdrücken angepaßt sein. Da der Kabinendruck konstant ist, kann
der Flugzeugführer ungünstigen Wetterlagen, z. B. Sturm- und Wolkengebieten, besser
durch Änderung der Flughöhe, d. h. durch Über- oder Unterfliegen dieser Gebiete,
ausweichen, ohne daß große seitliche Umflugwege notwendig sind. Da bei diesen Höhenänderungen
in bestimmten Grenzen der Druck durch die erfindungsgemäße Einrichtung konstant
gehalten wird, so ist hiermit eine Verbesserung der Lebensbedingungen der Flugzeugpassagiere
verbunden, weil der sonst bei Höhenänderungen eintretende Druckwechsel vermieden
ist.
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Außerdem ergibt das Ventil eine größere Leistung und bessere Funktion,
d. h. die Luftdurchsatzmenge ist größer, und die Druckverluste sind geringer. Hierdurch
ergeben sich kleinere Abmessungen des Ventils, was für Höhenkabinen, deren Raum
beschränkt ist, von Bedeutung ist.
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Der Ventilverschlußkörper kann in der Weise dem Einfluß der Außenluft
entzogen werden, daß er an seiner der Außenluft zugewandten Seite eingekapselt ist.
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Die Einkapselung der äußeren Seite des Ventilverschlußkörpers kann
aus einem luftdicht abgeschlossenen Hohlkörper, z. B. einem Zylinder oder einem
Faltenbalg, bestehen.
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Ferner kann die Einkapselung, z. B. des luftdicht abgeschlossenen
Faltenbalges, in ihrem Innern Unter- oder Überdruck aufweisen. Vorzugsweise ist
der Ventilverschlußkörper durch eine Feder belastet.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands
dargestellt. Abb. I stellt einen Schnitt durch ein in der Wandung einer Höhenkabine
eingebautes Ventil mit Membrankörper, jedoch ohne Feder dar; Abb.2 stellt einen
Schnitt durch ein in der Wandung einer Höhenkabine eingebautes Ventil mit Membrankörper
und mit Feder dar; Abb.3 zeigt einen Schnitt durch ein in der Wandung einer Höhenkabine
eingebautes Ventil, wobei an Stelle des Membrankörpers ein Zylinder angeordnet ist,
und Abb. 4 stellt die Druckkennlinien in der Höhenkabine bei Anwendung des Ventils
nach der Erfindung dar.
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In Abb. I ist I ein Teil der Wandung einer druckdichten, allseitig
gegenüber der Außenluft abgeschlossenen Höhenkabine, 2 ein in Form eines Ventiltellers
gehaltener Ventilverschlußkörper und 3 eine als elastischer Membrankörper ausgebildete
Einkapselung, die den Ventilteller 2 an seiner Seite 8 dem Einfluß des atmosphärischen
Außendruckes entzieht. Der nach außen luftdicht abgeschlossene Membrankörper 3 ist
an einem Ende an einem Boden 4, der verstellbar in einem Gewindeteil 5 eingeschraubt
ist, abgeschlossen, während er mit seinem anderen Ende am Ventilteller 2 luftdicht
befestigt ist. Der Gewindeteil 5 ist an der Wandung I der Höhenkabine befestigt;
am Rahmen 6 ist der Ventilsitz I5 angeordnet. Zwecks Durchtritt der Luft von der
Höhenkabine in die Außenluft in Pfeilrichtung sind Öffnungen 7 vorgesehen. Beim
Verschrauben des Bodens 4 mit Membrankörper 3 und Ventilteller 2 im Gewindeteil
5 wird der Rauminhalt 9 des Membrankörpers 3 verändert. Der nach außen luftdicht
abgeschlossene Raum 9 des Membrankörpers 3 kann durch Zu- und Abführen von Luft
durch ein verschließbares Rohr Io mit veränderlicher Füllung versehen werden. Es
wirken also im Sinne Schließen auf den Ventilteller 2 die Spannungen des Innenraumes
9 des Membrankörpers 3 gemäß den eingezeichneten Pfeilen P1 (nach Abb. I und 2)
und im Sinne Öffnen des Ventils der Druck PHK im Höhenkabinenraum.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.2 unterscheidet sich dadurch von
dem der Abb. I, daß im Innenraum 9 eine Druckfeder I2 angeordnet ist, die sich auf
dem Boden 4 abstützt und auf den Ventilteller 2 im Sinne Schließen einwirkt. Es
wirken daher bei dem Ventil nach Abb.2 im. Schließsinne auf den Ventilteller 2 nicht
nur die Membrankraft PM, sondern auch die Federkraft PF. Beide Kräfte bilden die
Schließkraft P1, die entgegen der Öffnungskraft PNK, also dem Höhenkabinendruck,
wirkt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.3 unterscheidet sich von dem nach
Abb. i dadurch, daß an Stelle des elastischen Membrankörpers 3 ein luftdichter Zylinder
13 den Ventilteller 2 dem Einfluß der Außenluft entzieht: Der Zylinder 13 und der
Ventilteller 2 bilden einen luftdicht abgeschlossenen Raum 9; der Zylinder 13 und
der Ventilteller :2 sind durch eine elastische Abdichtung 14 sicher von der Außenluft
abgeschlossen.
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Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstands
soll an
dem Ventil nach Abb. 2 im folgenden beschrieben werden. Bei dem in Abb. 2 dargestellten
Ventil ist der Ventilteller 2 in der Normallage gezeichnet, d. h. wenn sich das
Höhenflugzeug am Boden befindet. Beim Aufsteigen ändert sich der äußere Luftdruck
nach der atmophärischen Linie (Abb. 4). Wäre nun der Ventilteller 2 ohne Membrankörper
oder Faltenbalg 3 ausgestaltet und nicht durch seine Spannung, sondern nur durch
die Spannung der Feder I2 belastet, so wäre zum Öffnen des Ventils 2 ein angenommener,
mit der Festigkeit der Kabinenwandungen I abgestimmter Kabinenüberdruck p (Abb.
4), der der Druckkraft der Feder I2 angepaßt wäre, erforderlich. Da die äußere,
8, und innere wirksame Druckfläche des Ventiltellers 2 annähernd einander gleich
sind, so würde sich dann ein Kabinenüberdruck mit zunehmender Höhe nach der atmosphärischen
Linie, jedoch vermehrt um den der Spannung der Feder I2 entsprechenden Innendruck
p, gemäß der gestrichelten Kurve F (Federkennlinie) in Abb. 4 einstellen. Das wäre
aber nur die Funktion eines normalen Sicherheitsventils für die Höhenkabine. Durch
die Anordnung einer Membranfläche oder des Faltenbalges 3 wird der Ventilverschlußkörper
2 dem Einfluß des atmosphärischen Außendruckes entzogen. Es ist somit die Tatsache
gegeben, daß die Außenluft nicht zur Einwirkung auf den Ventilteller 2 gelangen
kann und der Schließ- und Kabinendruck konstant dem am Boden eingestellten Schließdruck
in allen Flughöhen bleibt oder verläuft.
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Die Einstellung der Spannung der Schließkraft P1 kann auch durch Änderungen
der Füllung, d. h. durch Zu- oder Abfluß von Luft durch das Rohr Io in den Innenraum
9, erreicht werden. Die Einstellung der benötigten Spannung des Membrankörpers 3,
so daß er einem Höhenkabinendruck von etwa I at das Gleichgewicht hält, erfolgt
meist vorteilhaft am Boden. Da bei I at Höhenkabinendruck die Kennlinie parallel
zur Abszissenachse verläuft, so ist der Druckverlauf aus der Kennlinie 20 zu ersehen.
Durch Änderung des im Innenraum 9 herrschenden Überdruckes oder Unterdruckes oder
durch Verschieben des gesamten Membrankörpers 3, z. B. durch Verschrauben im Gewindeteil
5, kann der Verlauf der Kennlinie 2o, nach den Kennlinien 2oa und 2ob verlaufend,
eingestellt werden.
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Da der Ventilteller 2 durch den Faltenbalg 3 dem Einfluß des atmosphärischen
Außendruckes entzogen ist, also eine Fläche zum Ansatz der Druckwirkung der Außenluft
auf den Ventilteller in Richtung Pfeil P1 fortfällt, d. h. die Einwirkung der Außenluft
auf den Ventilteller im Schließsinne Null wird, so kann der Kabineninnendruck ständig
auf etwa I at gemäß der am Boden eingestellten Membranspannung gehalten werden.