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Kammerdruckregler für Höhenflugzeuge Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten
Drucks s ind in Flugzeughöhenkammern Druckregler erforderlich. Diese Druckregler
sollen vor allem zur Vermeidung von Druckschwankungen bei vorübergehenden Änderungen
des Luftdurchsatzes eine genügend hohe Empfindlichkeit besitzen.
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Der Kammerdruck wird im allgemeinen durch mehr oder weniger starke
Drosselung der Abluft geregelt. Bei den bisher bekannten Reglern wird von einem
Membrankörper auf direktem Wege ein Drosselorgan gesteuert. Zur Erzielung einer
möglichst großen Empfindlichkeit wird man bei einem derartigen Regler den Membrankörper
sehr weich und das Drosselorgan möglichst groß ausführen müssen. Diesen Maßnahmen
sind jedoch bei größeren Luftdurchsätzen bald Grenzen gesetzt, da ein allzu weicher
Membrankörper mit einem großen Drosselorgan einmal sehr leicht zu Schwingungen neigt
und sich zum anderen die gerade im Fluge teils sehr hohen Beschleunigungen dann
störend auf die Regelung auswirken. Eine andere Maßnahme zur Erhöhung der Regelempfindlichkeit
ist die Anordnung einer mechanischen Übersetzung zwischen Membrankörper und Drosselorgan.
Eine derartige Anordnung neigt jedoch sehr leicht zum Klemmen und ist daher nicht
zu empfehlen.
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Diese Nachteile werden durch den Gegenstand der Erfindung vermieden,
und zwar dadurch, daß in die Übertragung zwischen Membrankörper und Drosselorgan
eine Steuereinrichtung eingeschaltet wird, auf die die bei einer Atemluftversorgungsanlage
infolge von Leitungswiderständen im Betrieb
stets vorhandene Druckdifferenz
zwischen dem Druck in der Leitung vom Verdichter zur Kammer und dem außenatmosphärischen
Druck einwirkt. Fällt beispielsweise infolge einer Störung der Druck in der Leitung
vom Verdichter zur Kammer ab bzw. aus, so daß die für eine Aufrechterhaltung des
in größeren Höhen erforderlichen Überdrucks in der Kammer notwendige Arbeitsdruckdifferenz
der Steuereinrichtung nicht mehr ausreicht, so kann nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung der ausgefallene Druck selbsttätig durch den Kammerdruck ersetzt werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, gleich von vornherein den Kammerdruck als
Arbeitsdruck zu verwenden; da jedoch in den meisten Fällen beim Flug in Bodennähe
der Druck in der Kammer gleich dem außenatmosphärischen Druck ist, muß zunächst
zur Erzielung einer gewissen, für die Regelung erforderlichen Druckdifferenz durch
eine andere, vorübergehend zur Wirkung kommende Einrichtung, beispielsweise durch
eine unmittelbar vom Membrankörper erfolgende Steuerung des Drosselorgans, ein Überdruck
in der Kammer geschaffen werden.
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Da die Höhenkammern nur mit einem bestimmten Überdruck belastet werden
dürfen; ist es ferner erwünscht, die Steuereinrichtung so beeinflussen zu können,
daß dieser Überdruck nicht überschritten werden kann. Dies kann man z. B. dadurch
erreichen, daß man auf die Steuereinrichtung ein unter dem Einfluß des Überdrucks
stehendes, an sich bekanntes Steuerorgan einwirken läßt.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens dienen die Zeichnungen.
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Abb. I zeigt die Drücke in Abhängigkeit von der Flughöhe, Abb. 2 eine
schematische Darstellung der Atemluftversorgüngsanlage, und Abb.3 und 4 zeigen Kammerdruckregler
nach der Erfindung.
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In Abb. I ist der Verlauf des außenatmosphärischen Drucks p0 nach
INA eingetragen. Er hat mit zunehmender Flughöhe einen abnehmenden Verlauf. Der
Kammerdruck pk soll nun so geregelt werden, daß er zunächst bis zu einer bestimmten
Flughöhe, beispielsweise 2,5 km, mit dem außenatmosphärischen Druck p0 abfällt,
dann konstant bleibt, beispielsweise bis zu einer Höhe von etwa 7,5 km, und dann
bei Erreichung der zulässigen, die Kammer beanspruchenden Druckdifferenz pk-p0 parallel
zum außenatmosphärischen Druck wieder abfällt. Durch die Leitungswiderstände zwischen
Atemluftverdichter I und Höhenkammer 2, in der der Kammerdruckregler 3 liegt, die
beispielsweise durch den Atemluftfilter 4, Wärmeaustauscher 5 und Rückschlagventil
6 zusätzlich erhöht werden, liegt der Verdichtergegendruck p stets um einen gewissen
Betrag höher als der Kammerdruck und ist dadurch auch am Boden und beim Flug in
Bodennähe ständig höher als der außenatmosphärische Druck p0.
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Die zwischen dem Verdichtergegendruck p und dem außenatmosphärischen
Druck p0 liegenide Druckdifferenz wird nun erfindungsgemäß zur Vergrößerung der
Verstellwege bzw. Erhöhung der Verstellkräfte auf eine Steuereinrichtung geschaltet,
wie es Abb. 3 zeigt. Der Membrankörper 7 betätigt einen Steuerkolben 8, welcher
über Verbindungsleitungen 9 und Io mit den beiden Seiten des Arbeitskolbens II in
Verbindung steht. Dieser Arbeitskolben steht über eine Kolbenstange I2 mit einem
Hebel I3 in Verbindung, der das Drosselorgan 14 verstellt. Auf den Steuerkolben
wirken außerdem die Drücke p und p0, und zwar herrscht in den Leitungen I5 und I6
der Druck p0 und in der Leitung I7 der Druck p.
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Es ströme eine bestimmte Luftmenge durch die Kammer, und der Regler
befinde sich im Gleichgewichtszustand, d. h. die Leitungen 9 und Io sind durch den
Steuerkolben 8 abgeschlossen, und der Arbeitskolben II befindet sich in Ruhestellung.
Wird das Gleichgewicht beispielsweise durch Verringerung des Luftdurchsatzes gestört,
hat dies zunächst einen Abfall des Kammerdrucks pk zur Folge, der Membrankörper
dehnt sich aus, verstellt den Steuerschieber 8, der mit einer Ausgleichsbohrung
versehen ist, so, daß die Leitung I7 in Verbindung mit der Leitung Io und die Leitung
9 in Verbindung mit der Leitung I6 kommt. Die dadurch auf den Arbeitskolben II zur
Wirkung kommende Druckdifferenz verstellt das Drosselorgan I4 derart, daß die Öffnung
zwischen Kammer und Außenatmosphäre so weit abgeschlossen wird, bis das Gleichgewicht
am Regler wiederhergestellt ist. Die auf der anderen Seite des Arbeitskolbens befindliche
Luft wird über die Leitung 9 ausgeschoben. Bei steigendem Kammerdruck erfolgt der
umgekehrte Regelvorgang.
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Sinkt nun aus irgendeinem Grunde der Verdichtergegendruck unter den
Kammerdruck, muß aber der Kammerdruck unter allen Umständen aufrechterhalten bleiben,
so kann eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen werden, die aus einem Gehäuse I8
besteht, in dem ein federbelasteter Kolben I9 angeordnet ist, auf den einerseits
der Verdichtergegendruckp und andererseits der Kammerdruckpk wirkt. Solange der
Verdichtergegendruck p größer ist als der Kammerdruck pk, wird der federbelastete
Kolben I9 entgegen der Federkraft zurückgedrängt sein und in der Leitung I7 der
Druck p herrschen. Fällt der Verdichtergegendruck unter den Kammerdruck, so schließt
der federbelastete Kolben die mit der Druckleitung des Verdichters in Verbindung
stehende Leitung ab, so däß nunmehr in der Leitung 17 als Arbeitsdruck der Kammerdruck
pk herrscht.
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Abb.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Druckdifferenz zwischen
Kammerinnendruck und außenatmosphärischem Druck auf den Kammerdruckregler zur Einwirkung
gelängt. In einem Gehäuse 2o ist ein Membrankörper 21 angeordnet, der mit einem
Führungsstück 22 versehen ist, an dem sich ein Stift 23 befindet. Bei Ausdehnung
des Membrankörpers kommt dieser Stift 23 mit einem Arbeitskolben 24 in Berührung,
der durch eine Feder 25 belastet ist, die versucht, das Drosselorgan 26 stets
in offener Stellung zu halten. Das Führungsstück 22 ist außerdem
mit
einem Ventil 27 versehen. Je nach Regelstellung des Membrankörpers 2I strömt mehr
oder weniger Luft durch die Bohrung 28 aus der Kammer in den Raum vor dem Arbeitskolben
24 und aus diesem über das Ventil 27 in die Außenatmosphäre.
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Am Boden sei der Kammerdruck pk gleich dem außenatmosphärischen Druck
p0. Der Membrankörper 2I ist dann verhältnismäßig stark zusammengedrückt. Auf beiden
Seiten des Arbeitskolbens 24 wirkt der Druck p0 gleich pk, so daß dieser Kolben
in Ruhestellung an einem Anschlag liegt, gegen den ihn die Feder 25 drückt. Das
Drosselorgan 26 und das Ventil 27 sind voll geöffnet. Nach dem Start wird mit zunehmender
Höhe der außenatmosphärische Druck p0 mehr und mehr abnehmen, der Membrankörper
2I dehnt sich aus und kommt zunächst mit dem Stift 23 in Berührung mit dem Arbeitskolben
24. Mit zunehmendem Druckabfall wird dann das Drosselorgan 26 in Richtung »Schließen«
betätigt. Der Druck in der Kammer steigt dadurch an. Der dadurch entstandene Druckunterschied
zwischen Kammer und Außenatmosphäre hat einen kleinen Luftstrom durch die Bohrung
28 über das Ventil 27 zur Folge, wobei zunächst der Druck auf beiden Seiten des
Arbeitskolbens 24 nach der gleiche, nämlich p0 bleibt. Wird der Querschnitt, den
das Ventil 27 freigibt, jedoch kleiner als der Querschnitt der Bohrung 28, so steigt
der Druck auf der einen Seite des Arbeitskolbens 24 an. Dadurch wird der Arbeitskolben
24 entgegen der Wirkung der Feder 25 bewegt und das Drosselorgan 26 weiterhin in
Richtung »Schließen« betätigt. Der Stift 23 liegt dann nicht mehr an dem Arbeitskolben
24 an. Beim Gleitflug erfolgt der Regelvorgang in umgekehrtem Sinne.
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Um zu vermeiden, daß in der Kammer ein unzulässig höher Druck entsteht,
dem die Kammer aus Festigkeitsgründen nicht gewachsen ist, ist eine weitere Einrichtung
vorgesehen, die beispielsweise aus einem Gehäuse 29 besteht, in dem ein unter Federdruck
stehendes Ventil 3o angeordnet ist. Die eine Seite des Ventils 3o wird vom Außendruck
p0, die andere vom Kammerdruck pk beaufschlagt. Weiterhin steht das Gehäuse über
eine Leitung 31
mit der einen Seite des Arbeitskolbens in Verbindung. Ist
die zulässige Druckdifferenz pk-P0 erreicht, so wird bei weiterem Ansteigen des
Drucks pk bzw. Abfallen des Drucks p0 das Drosselventil 3o öffnen, wodurch die Druckseite
des Arbeitskolbens mit dem außenatmosphärischen Druck p0 in Verbindung gebracht
wird. Dadurch verringert sich die wirksame Druckdifferenz am Arbeitskolben 24, und
dieser bewegt das Drosselorgan 26 so lange in Richtung »Öffnen«, bis die Druckdifferenz
pk-P0 wieder gleich der Kraft der Feder 32 ist.