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Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Druckes in einem geschlossenen
Raum, insbesondere in einer Flugzeugkabine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Regeln des Druckes in geschlossenen Räumen, z. B. Flugzeug-Kabinen, mit Einrichtungen
zur Zufuhr von Luft zu dem geschlossenen Raum, einem Auslaßventil, welches das Entweichen
der Luft aus diesem Raum zuläßt, und einer selbsttätigen Druckregel-Einrichtung
zur Zufuhr der Luft zu einer Kammer. Diese steht frei mit der einen Oberfläche des
Auslaßventils in Verbindung, während dessen andere Oberfläche mit einem Ventilsitz
kleinerer Querschnittsfläche zusammenwirkt. Diese Regeleinrichtung dient dazu, die
Öffnung des Auslaßventils so zu steuern, daß der Druck in dem Raum in bezug auf
einen jeweils gegebenen äußeren Druck geregelt wird, und zu gewährleisten, daß ein
vorher bestimmter Druckunterschied nicht überschritten wird. Die Erfindung wird
hier in Anwendung bei einer geschlossenen Flugzeugkabine beschrieben. Bei derartigen
Systemen ist das Auslaßventil gegen die durch dasselbe geführte Luftmenge empfindlich.
Die während eines Fluges am Auslaßventil auftretenden Drücke sind a) der das Flugzeug
umgebende äußere Druck, b) der Druck innerhalb der Kabine und c) der durch Druckregelapparate
erzeugte Druck, welcher zu der Auslaßventilkammer geführt wird.
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Für einen gegebenen Luftfluß wird ein Ausgleich dieser drei Drücke
erzielt. Der das Flugzeug umgebende Druck bleibt konstant, und der Druck innerhalb
der Auslaßventil-Kammer bleibt ebenfalls im wesentlichen konstant. Bei einer merklichen
Luftfluß-Zunahme wird deshalb ein anderer Ausgleich der Verhältnisse dadurch geschaffen,
daß ein merklicher
Anstieg des Kabinendruckes infolge des erhöhten
Widerstandes im Auslaßventil-Austritt erfolgt, der durch die Luftfluß-Zunahme herbeigeführt
wird, oder umgekehrt.
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Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, Druckregelsysteme zu schaffen,
bei welchen die Wirkung des Auslaßventils durch die Luftfluß-Zunahme im wesentlichen
unbehelligt bleibt, so daß der Kabinendruck infolge dieser Zunahme nicht merklich
ansteigt.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß in einer Vorrichtung zur Druckregelung
in einem geschlossenen Raum obiger Art, die selbsttätige Druckregel-Vorrichtung
dem innerhalb des Raumes erzielten Druck frei ausgesetzt ist und Luft mit Hilfe
eines kleinen Ventils zu der Auslaßventilkammer strömen läßt, deren Austritt eine
Entlüftungsöffnung zur Außenluft von vorher festgelegtem Querschnitt aufweist. Bei
der beschriebenen Vorrichtung kann eine Auslaßventil-Kammer vorgesehen werden, welche
zur Außenluft mittels eines kleinen Ventils entlüftet wird.
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Schließlich kann die Vorrichtung mit einer selbsttätigen Druckregelvorrichtung
ausgestattet werden, welche einen absoluten Druck-Feinregler und einen Differential-Druckfeinregler
aufweist; welche das kleine Ventil mit Hilfe einer Schwenktraverse steuern.
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Die Erfindung ist in den Fig. I und 2 schematisch dargestellt, welche
zwei Hauptausführungsbeispiele veranschaulichen.
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Bei der -Ausführungsform gemäß Fig. I, die bei einer unter normalem
Luftdruck gehaltenen Kabine eines kleinen Militär-Flugzeuges angewendet wird, sind
innerhalb der Kabine a ein Differential-Druckfeinregler b sowie ein absoluter Druck-Feinregler
c vorgesehen, welche auf einer feststehenden Platte d angeordnet sind. Die beweglichen
Enden dieser Regler weisen axiale Stangen e und f auf, wobei das äußere Ende der
Stange e mit dem einen Ende einer Schwenktraverse g gelenkig verbunden ist. Das
äußere Ende der Stange fragt frei durch ein Loch an dem anderen Ende der Schwenktraverse
und trägt einen Querbolzen h oberhalb der letzteren. Eine leichte Spiral-Druckfeder
i ist an dieser Stange unterhalb der Traverse angebracht. Angrenzend an dem letztgenannten
Ende der Traverse ist ein verstellbarer Anschlag j vorgesehen, und an einer in der
Mitte der Traverse befindlichen Stelle ist der Schaft eines kleinen Ventils k angeordnet,
z. B. eines Ventils nach der Bauart Schrader, also eines Ventils, wie es beispielsweise
bei Luftreifen von Fahrzeugen Anwendung findet. Die Anordnung ist derart, daß die
Ausdehnung der beiden Feinregler b und c die Schwenktraverse g in einer Richtung
verschiebt, welche zum Öffnen des Ventils k führt. Dieses Ventil ist an dem einen
Ende einer Rohrleitung m angeordnet, deren anderes Ende mit einer Schaltkammer n
eines Auslaßventils o verbunden ist. Diese Leitung weist auch eine Verbindungsleitung
p auf, welche zur Außenluft q mittels einer Nebenöffnung r mit vorher bestimmtem
Querschnitt führt. Das Innere des Differential-Druck-Feinreglers ist zur Außenluft
mittels eines Rohres s frei entlüftet.
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Bei auf dem Boden ruhendem Flugzeug ist das Schrader-Ventil h derart
eingestellt, daß es geschlossen ist, so daß kein Luftdruck aus dem Kabinenraum a
zu der Auslaßventil-Kammer n gelangen kann, in welch letzterer der Druck der Außenluft
q mittels der Ausströmöffnung r aufrechterhalten wird; in der Kabine kann keine
Drucksteigerung erfolgen. Wenn das Flugzeug anfährt und zu steigen beginnt, ist
das Schrader-Ventil noch geschlossen, und die sich nicht verändernde Öffnung r hält
den Druckunterschied zwischen der Auslaßventilkammer n und der Außenluft unter kaum
beachtlichen Schwankungen in Grenzen, so daß sich kein Druck in der Kabine aufbaut.
Doch dehnt sich in der Zwischenzeit der absolute Druck-Feinregler c infolge des
Sinkens des absoluten Druckes in dem Kabinenraum aus, so daß das anliegende Ende
der Traverse zu der Stange e des Differential-Druck-Feinreglers geschwenkt wird.
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Bei einem im voraus festgelegten absoluten Kabinen-Innendruck, beispielsweise
entsprechend 3000 m Höhe, sucht das Schrader-Ventil sich von seinem Sitz zu heben,
so daß der kleine Druckabfall an der Kabinenwand auf die Auslaß-Ventilkammer n zur
Wirkung kommt, so daß das Auslaßventil o zum Schließen gebracht wird: Da eine Kabinen-Aufladevorrichtung
in der Lage ist, den Kabinendruck in bezug zum Außendruck ohne Zunahme der Flugzeughöhe
zu erhöhen, wird jeder weitere Druckanstieg ein Zusammenziehen des absoluten Druck-Feinreglers
c verursachen und auf diese Weise die Traverse g kippen und das Schrader-Ventil
h schließen. Wenn dies eintritt, kann Luft aus der Auslaßventilkammer n abströmen,
und zwar durch die feststehende Öffnung r, um das Öffnen des Auslaßventils o zuzulassen
und- etwas Kabinendruck in die freie Luft abzugeben. Auf diese Weise wird ein Ausgleich
der Zustände erzielt.
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Eine weitere Zunahme in .der Flugzeughöhe wird einen weiteren Abfall
des Kabinendruckes mit entsprechender Ausdehnung des absoluten Druck-Feinreglers
c herbeiführen, während eine Druckzunahme ein Zusammenziehen des Differential-Druck-Feinreglers
b verursacht, so daß sich durch das Auslaßventil ein neuer Ausgleich bei einem Kabinendruck
über dem Außenluftdruck einspielt.
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Ein fortgesetztes Steigen des Flugzeuges zeitigt ein neues Einspielen
des absoluten Druck-Feinreglers, des Differential-Druck-Feinreglers, des Schrader-Ventils
und des Auslaßventils. Wenn sich vielleicht der absolute Druck-Feinregler so weit
ausgedehnt hat, daß das entsprechende Ende der Schwenktraverse in Berührung mit
dem verstellbaren Anschlag j kommt, so wird die Regelung des Schrader-Ventils nachher
allein durch den Differential-Druck-Feinregler durchgeführt; jede weitere Ausdehnung
des absoluten Druck-Feinreglers
drückt lediglich die Spiralfeder
i zusammen und vermeidet so dessen Beschädigung.
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Wenn es gewünscht wird, kann ein Paar elektrischer Kontakte vorgesehen
werden, von denen der eine durch einen Vorsprung des an den absoluten Druck-Feinregler
angrenzenden Traversenteils bewegt werden kann. Dieser Kontakt ist derart angebracht,
daß ein etwaiger plötzlicher Abfall des absoluten Kabinendrucks den absoluten Druck-Feinregler
veranlaßt, sich plötzlich auszudehnen; das Sinken des Differentialdruckes veranlaßt
auch den Differential-Druck-Feinregler, sich auszudehnen. Die Ausdehnung beider
Teile zu gleicher Zeit bewegt die Traverse derart, daß sich die Kontakte schließen,
um einen elektrischen Stromkreis zu schaffen, der Warnlampen, Signalhörner od. dgl.
zur Wirkung bringen kann.
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Die Querschnittsfläche des Schrader-Ventil-Auslasses ist im Verhältnis
zu derjenigen der feststehenden Öffnung sehr groß, so daß bei einer Stellung des
Schrader-Ventils, in der der Druckverlust über die feststehende Öffnung durch die
Zufuhr über das Schrader-Ventil ausgeglichen wird, eine sehr kleine Bewegung des
letzteren in einer der beiden Richtungen die Öffnung entweder vollständig überfüllt
bzw. blockiert oder leer läßt bzw. entlastet. Während auf diese Weise das Schrader-Ventil
die Regelung herbeiführt, wird seine ganze Bewegung während des Fluges sehr klein
sein und der Spalt in den Kontakten sich nicht merklich ändern.
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Der Verlauf der Charakteristik Kabinenhöhe : Flugzeughöhe kann durch
Wechsel des Druckanteiles des absoluten Druck-Feinreglers und des Differential-Druck-Feinreglers
geändert werden. Wenn Kapseln verwendet werden, kann dies durch Erhöhen oder Vermindern
der Zahl der Elemente bewirkt werden.
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Bei der Ausführung der Erfindung nach der abgeänderten, in Fig.2 dargestellten
Bauweise, welche besonders für Zivil-Flugzeuge mit unter normalem Luftdruck gehaltener
Kabine geeignet ist, wird eine Vorrichtung ähnlich der oben beschriebenen vorgesehen,
mit der Abweichung, daß der Differential-Druck-Feinregler b und der absolute Druck-Feinregler
c auf Stangen t und u angeordnet sind, welche in axialer Richtung mittels Nocken
v und w verstellbar sind. Hierbei ist ein verstellbarer Anschlag x auch für das
an den Differential-Druck-Feinreglers c herbeizuführen, während eine Drucktraverse
g vorgesehen.
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Weiterhin - ist die Stange e des Differential-Druck-Feinreglers nicht
mehr an dem angrenzenden Ende der Traverse gelenkig angeordnet, sondern ragt frei
durch ein Loch y derselben und ist mit einem Querbolzen z ähnlich dem Bolzen h der
Stange f des absoluten Druck-Feinreglers ausgestattet.
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Falls gewünscht, kann ein weiteres Schrader-Ventil 2 unterhalb der
Traverse g axial zu dem oberen Schrader-Ventil k vorgesehen werden. Das Ventil 2
ist an dem einen Ende einer Rohrleitung 3 angeordnet, welche in die die Auslaßventil-Kammer
n mit der feststehenden Ausström-Öffnung r verbindende Rohrleitung p mündet. Es
wird eine weitere Umgehungsleitung für diese Öffnung zur Außenluft mittels der Leitung
s gebildet.
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Mit dieser Anordnung wird, wenn das Flugzeug still am Boden steht,
das Ventil e durch die Traverse offengehalten, während der absolute Druck-Feinregler
c auf seinem tragenden Gehäuse aufruht. Das Ventil k wird von der Traverse durch
Einstellen des Bolzens z des Differential-Druck-Feinreglers b und des angrenzenden
Anschlages x freigegeben, so daß zwischen der Traverse g und dem Bolzen z ein Spielraum
vorhanden ist.
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Beim Aufsteigen verursacht das Sinken des äußeren Luftdruckes, daß
der Druck, der in der Rohrleitung p zwischen dem Druckregler und der Ventilkammer
n vorhanden ist, durch die Öffnung und durch das Umgehungsventil e entweicht, so
daß sich der Druck in der Auslaßventil-Kammer n vermindert und das Ventil o sich
öffnen und genügend Luft ausströmen lassen kann, um den Kabinendruck ungefähr dem
äußeren Luftdruck anzugleichen. Diese Wirkung dauert fort, wenn das Flugzeug aufsteigt;
doch dehnt sich der absolute Druck-Feinregler c infolge Verminderung des absoluten
Druckes aus, so daß sich das Ventil e durch Schwenken der Traverse g um den Anschlag
x schließt und gleichzeitig der Spielraum zwischen der Traverse und dem Ventil k
aufgehoben wird.
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Bei irgendeiner Ventilflugzeughöhe, welche durch eine geeignete Verstellung
vorher festgelegt werden kann, wird das Ventile geschlossen, so daß die Luft aus
der Auslaßventil-Kammer n nur noch durch die Öffnung r entweichen kann; so wird
also das Auslaßventil o geschlossen und ein leichter Druckunterschied beiderseits
der Kabinenwände geschaffen. Eine weitere Zunahme der Flugzeughöhe verursacht eine
zusätzliche Ausdehnung des absoluten Druck-Feinreglers c, so daß das Ventil k in
solchem Ausmaß geöffnet wird, daß der Druckverlust durch die Öffnung r durch denjenigen
des Ventils k ausgeglichen wird. In dieser Weise kann der Druck in der Kabine a
durch die Betätigung des absoluten Druck-Feinreglers c und des Ventils k konstant
gehalten werden.
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Bis nach der Abfahrt ein Druckunterschied an der Kabinenwand geschaffen
ist, ändert der Differential-Druck-Feinregler b seine Länge nicht; da aber ein Druckunterschied
infolge Zunahme der Flugzeughöhe entsteht, während der Kabinendruck im wesentlichen
konstant bleibt, verkürzt sich der Differential-Druck-Feinregler b und vermindert
sich das Spiel zwischen seinem Bolzen z und der Traverse. Dann wird der Bolzen z
bei einem vorher bestimmten Differentialdruck die Traverse berühren und sie vom
Anschlag x abheben. Hierdurch schließt die Traverse das Ventil k und läßt die Öffnung
r ein Abnehmen des Membranendruckes und demzufolge einen leichten Abfall des Kabinendruckes
zu, welcher seinerseits eine leichte Ausdehnung des absoluten Druck-Feinreglers
c verursacht, der nun das Ventil k zu öffnen sucht.
Eine weitere
Zunahme des Flugzeughöhe verstärkt dies; bei etwas höherem, vorher bestimmten Differential-Druck
dehnt sich der absolute Druck-Feinregler so weit aus, bis die Traverse an dem Anschlag
j anschlägt. Dann wird bei weiterer Zunahme der Flugzeughöhe der Differentialdruck-Feinregler
den Druck in der Auslaßventil-Kammer in solcher Größe aufrechterhalten, daß der
Kabinen-Differentialdruck nicht ansteigt.
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Sollte zu irgendeiner Zeit die Luftströmung durch die Kabine zu- oder
abnehmen, wenn ein entsprechender Druckwechsel auf der Rückfläche des Auslaßventils
nicht vorhanden ist, da das Ventil als Öffnung wirkt, so wird ein Druckwechsel in
der Kabine stattfinden. Dies geschieht infolge der Wirkung der Strömungsdruckabfalleigenschaften
jeder Öffnung.
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jedes Schrader-Ventil ist in der Querschnittsfläche im Vergleich mit
der Öffnung sehr groß, und auf diese Weise bringt eine geringe; durch die Traverse
bewirkte Änderung in der Ventilstellung einen neuen Druck an der Rückfläche der
Auslaßventilkammer mit sich. Die Druckänderung auf den absoluten Druck-Feinregler
bzw. den Differential-Druck-Feinregler - je nachdem, welcher steuert, um neue Ventilstellungen
herzustellen -ist derart klein, daß sie nur einen unerheblichen Druckwechsel in
den Kabinen mit sich bringt.
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Wenn z. B. ein Flugzeug bei Ioooo m Höhe mit einer Kabinenhöhe von
2 5oo m und einer gleichmäßigen Luftströmung fliegt und wenn die Strömung merklich
angestiegen wäre, würde der Druckabfall des Auslaßventils zunehmen, was einen Anstieg
im Kabinendruck herbeiführt. Dieser würde eine Kontraktion des absoluten Druck-Feinreglers
oder des Differential-Druck-Feinreglers herbeiführen, so daß sich das Ventil k schließt
und die Öffnung r den Druck in der Auslaßkammer n vermindern kann. Dadurch kann
sich das Ventil o öffnen, so daß die überschüssige Luft ausströmt und dem Kabinendruck
auf den ursprünglichen Zustand zurückführt. Umgekehrt ist der Vorgang der gleiche.
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Es ist gezeigt worden, daß die Kabinenzustände durch die Regelstellung
des Ventils k gesteuert werden und gewisse Druckänderungen notwendig sind, ehe der
Ausgleich erreicht werden kann.
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Zum Beispiel wird, wenn das untere Ende des absoluten Druck-Feinreglers
auf dem Gehäuse ruht, die Stellung des Ventils k die Kabine auf 2 5oo m Höhe regeln.
Dies stellt eine gegebene Ausdehnung des absoluten Druck-Feinreglers dar. Sollte
es notwendig werden, die Kabine beispielsweise auf I25o m zu regeln, so würde ein
Ausgleich in den Bedingungen der Ventilöffnung bei einem höheren Druck erreicht
werden, was geringere Ausdehnung des absoluten Druck-Feinreglers, aber tatsächlich
gleiche Ventilbewegungen wie bei 25oo m bedeuten würde. Auf diese Weise kann durch
Bewegung des absoluten Druck-Feinreglers nach aufwärts mittels der Gleitführung
u der erforderliche Unterschied zwischen der Kapsel-Ausdehnung und der Schrader-Ventil-Bewegung
erzielt werden. In ähnlicher Weise kann der höchste Differentialdruck durch Bewegung
des Nockens v des Differential-Druck-Feinreglers geändert werden.
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Der Wechsel in der Grundstellung des absoluten Druck-Feinreglers bzw.
des Differential-Druck-Feinreglers kann durch beliebige Einrichtungen herbeigeführt
werden.
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Druckregler und Auslaßventil kann innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters
angebracht werden, solange die Rohrleitungsfolge und die Entlüftungsstellen nicht
geändert werden.
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Bei den oben beschriebenen Systemen, d. h. bei der im Innern der Kabine
angebrachten Regelvorrichtung und Rohrleitung, würde ein Bruch in einer der Leitungen
den Eintritt des Kabinendruckes in die Auslaßventilkammer zulassen und auf diese
Weise das Schließen des Ventils herbeiführen. Wiederum würde sich bei einem Bruch
der ablosute Druck-Feinregler oder der Differential-Druck-Feinregler ausdehnen und
das Schrader-Ventil k öffnen (vorausgesetzt, daß geeignete Halterungen geschaffen
sind, um eine axiale Bewegung ohne Kippen zu gewährleisten) und durch den Kabinendruck
das Schließen des Auslaßventils o ermöglichen und ein Druckgefälle aufbauen, bis
irgendeine geeignete Sicherheitsvorrichtung zur Wirkung gelangt: Zwei Auslaßventile
o können kaskadenartig zueinander angeordnet sein, wobei der Bruch eines der beiden
Auslaßventile allein keinen Verlust des Kabinendruckes zeitigen würde. Wenn dagegen
die Regelvorrichtung außen angebracht ist, werden durch die Kaskadenanordnung, wie
oben angegeben, nachteilige Wirkungen einer gebrochenen Rohrleitung vermieden.