DE2313710A1

DE2313710A1 - Gasabgaberegler

Info

Publication number: DE2313710A1
Application number: DE2313710A
Authority: DE
Inventors: James Conway Foote; Humphrey Albert Samuel Hamlin
Original assignee: Normalair Garrett Ltd
Current assignee: Honeywell Normalair Garrett Ltd
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1973-10-04
Also published as: FR2177035B1; GB1430383A; FR2177035A1

Description

Gasabgaberegler

Die Erfindung bezieht sich, auf Gasabgaberegler und insbesondere auf eine Einrichtung zur Steuerung von Veränderlichen der Gasabgabe von solchen Reglern.

Dem Fachmann ist bekannt, dass bei Gasabgabereglern, die auf Umgebungsdruck ansprechen, bei zunehmender Höhe erwünscht ist, dass zuerst ein geringer positiver Druck, der häufig als "Sicherheitsdruck" bezeichnet wird, erzeugt werden soll, und dass dieser Druck in der Maske des Flugzeugführers aufrechterhalten werden soll, damit ein Eindringen nach innen um die Kanten herum verhindert wird. Desweiteren ist es oft erforderlich, dass'bei geringeren Höhen Abgabesauerstoff durch Hinzufügung von Umgebungsluft verdünnt wird, dass dies aber mit zunehmender Höhe verringert oder ganz unterbunden werden muss. Bei

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Höhen über beispielsweise 11.500 m ist es erforderlich, daß ein weiterer positiver Druck in der Maske und manchmal auch in Druckanzügen aufrechterhalten wird, ein Zustand, der häufig als "Druckatmen" bezeichnet wird.

Bei druckaufgeladenen Gasabgabereglern, die auf Umgebungsdruckbedingungen ansprechen und die einen "Sicherheitsdruck", Luftverdünnung und "Druckatmung" ergeben, ist es heutzutage üblich, jede dieser drei zu steuernden !Funktionen durch unabhängig arbeitende Aneroide zu steuern. Um ein Arbeiten unter Phasenabweichung der drei getrennten Aneroide zu verhindern, was aufgrund verschiedener Ursachen, beispielsweise durch Yibration, Abnutzung oder Verschmutzung auftreten kann,schlägt die Anmelderin einen Abgaberegler vor, der von einem einzigen Aneroid betätigt wird, ohne daß sonstige Anforderungen beschränkt werden. Weiterhin ergeben sich hieraus Einsparung von Kosten, Verringerung der Größenabmessungen und des Gewichtes, einfache Wartung und längere Zwischenperioden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überholungen.

Gemäß der Erfindung wird bei einem druckaufgeladenen Gasabgaberegler, bei dem ein einziges Aneroid ein Druckregelventil beaufschlagt, das den Gasdruck in mehreren Kammern regelt, vorgeschlagen, daß eine Vorrichtung in einer ersten Kammer ein Durchflußsteuerventil betätigt, damit Gas an eine Verbrauchersteile geführt wird, daß eine zweite Kammer, die in die Umgebung geöffnet ist, eine Vorrichtung zur weiteren Betätigung des Durchflußsteuerventil aufweist, und daß eine dritte Kammer mit einer Betätigungsvorrichtung zur Steuerung eines Lufteinlasses vorgesehen ist, um ein Mischen der Luft mit zur Verbrauchersteile strömendem Gas zu ermöglichen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren zeigen:

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Pig. 1 eine Teilansicht eines G-asabgabereglers nach einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 schematisch eine Teilansicht eines Gasabgabereglers nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Das geregelte, angezapfte Gas ergibt eine pneumatische Energie zur Erzielung der Veränderlichen.

In Fig. 1 ist eine Aneroiddose 10 innerhalb einer Ausströmkammer 11 eines Sauerstoffabgabereglers 12 zur Verwendung für einen Flugzeugführer vorgesehen, wenn eine Verbindung über 'einen Auslaß 42 mit einer Maske oder einer entsprechenden Vorrichtung vorgenommen ist. Das freie Ende der Dose 10 nimmt eine Ventilplatte 13 auf, die mit einem Ventilsitz 14 zusammenarbeitet; dadurch wird ein Ausströmventil 15 gebildet. Von der Ventilplatte 13 erstreckt sich durch die Mündung des Ventilsitzes 14- und in eine Ventilkammer 16 eine Anordnung, die einen mit Flansch versehenen Bund 17 aufnimmt, der mit dem Arm eines Dichtventiles 18 (pad valve) in Eingriff kommt. Ferner liegt eine Druckfeder gegen eine Magnetventilplatte 20 an. Vier Leitungen verbinden die Ventilkammer 16 mit dem Inneren des Reglers 12. Die erste Leitung verläuft zwischen einem Ventilsitz 22, mit welchem das Dichtventil 18 zusammenarbeitet und dem Sauerstoffeinlaß 23 des Reglers 12. Die Leitung 21 nimmt eine Blendenscheibe 24· in der Nähe der Verbindung mit dem Einlaß 23 auf. Die zweiten und dritten Leitungen 25, 26 sind miteinander verbunden und stehen mit der Anordnung des Reglers in an sich bekannter Weise in Verbindung, insbesondere stehen sie in Verbindung mit einer ersten oder Zwischenkammer 27 zwischen einer Abfühlmembran 28 und einer Folgemembran 29· Die zweite Leitung 25 weist ein Sicherheitsdruck-Uberdruckventil 30 auf, das ein Ausströmen zur Ventilkammer 16 ermöglicht, während die dritte Leitung 26 in einem Ventilsitz 31 endet, mit welchem die Magnetventilplatte 20 zusammenwirkt;. Die vierte Leitung ist ein einfacher offener Kanal, der eine geschlossene, zweite Kammer 33 auf der äußeren

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Seite der Folgemembran 29 mit der Ventilkammer 16 verbindet. Eine dritte oder Steuerkammer eines einfachen pneumatisehen Be- " tätigers 34- ist leitungsmäßig mit der ersten Leitung 21 verbunden, wobei der Betätiger so ausgelegt ist, daß er ein Lufteinlaßrückschlagventil 35 steuert. Der Aufbau eines Durchflußsteuerventil es 4-0, das ein Bedarfsventil ist, und 'einer Einspritzdüse 4-1 und die entsprechende Arbeitsweise sind bekannt.

Beim Betrieb der ersten Ausführungsform der Erfindung dehnt sich die Aneroiddose 10 bei zunehmender Höhe aus (sie kann Innenanschläge enthalten, aufgrund deren eine Ausdehnung erst beginnt, wenn eine Höhe von z.B. 3000 m erreicht ist); beispielsweise bei 4.5ΟΟ m hat die Aneroiddose sich soweit verschoben, daß die leder 19 bis zu einem Betrag zusammengepreßt wird, bei dem der magnetische Einfluß der Ventilplatte 20 überwunden wird; die Ventilplatte 20 schließt dann auf dem Ventilsitz 3I· Dies bewirkt, daß ein vorher unbeschränkter Abfluß aus der ersten oder Zwischenkammer 27 ins Freienunmehr einen genügend hohen Druck aufbauen muß, damit das Überdruckventil 30 geöffnet wird, bevor die Luft ins Freie gelangt, wodurch die Abfühlmembran so ausgelenkt wird, daß das Durchflußsteuerventil 4-0 genügend weit geöffnet wird, um den gewünschten geringen Druck (oder Sicherheitsdruck) in der Maske zu erzeugen. Eine weitere Zunahme der Höhe bewirkt eine fortgesetzte Verschiebung der Aneroiddose 10, so daß dann z.B. bei 6.000 m der Flansch des Bundes 17 mit dem Arm des Dichtventiles 18 in Kontakt kommt und nach Überwinden einer (nicht dargestellten) Feder allmählich das Dichtventil von dem Sitz 22 abhebt, so daß der Sauerstoff, der in der ersten Leitung 21 und in der dritten oder Steuerkammer des pneumatischen Betätigers 34- eingeschlossen ist und vorher als ein Einlaßsauerstoffdruck bestand, allmählich in der Druckhöhe verringert wird. Diese Druckverferingerung ermöglicht, daß die Betätigungsstange des Betätigers 34- unter dem Einfluß einer Feder sich langsam verschiebt, so daß beispielsweise bei 9·000 m das Lufteinlaß-Eückschlagventil 35 kräftig auf seinem Sitz gehalten wird. Eine

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solche Wirkung gewährleistet, daß zwischen diesen Höhen die Einführung von Umgebungsluft zur Verdünnung des abzugebenden Sauerstoffes allmählich verringert wird, bis keine Luft mehr zugeführt wird. Eine noch weitere Zunahme der Höhe dehnt die Aneroiddose 10 noch weiter aus, bis bei beispielsweise 11.500 m das Abflußventil 15 beginnt, den Sauerstoffluß aus der Ventilkammer 16 zu regeln; die Ventilplatte 13 wird zunehmend in Schließstellung gegen den Ventilsitz 14- von der Dose 10 gedrückt, die bewirkt, daß der Druck in der Ventilkammer 16 steigend gehalten wird und somit die Ventilplatte 13 in Schwebe gehalten wird, wobei ein Abfluß passiert wird, der einen vorbestimmten Druck in der Ventilkammer 16 bei einem Wert erzeugt, der mit dem Umgebungs- oder Absolutdruck bei der jeweiligen Höhe verträglich ist. Der vorbestimmte Druck wird auf die geschlossene oder zweite Kammer 33 über die vierte Leitung bzw. den Kanal 32 übertragen und bewirkt eine Verschiebung der Folgemembran 29 und damit eine weitere Verschiebung der Abfühlmembran 28 über die SicherheitsdruckverSchiebung hinaus, wobei ein weiterer positiver Druck oder eine "Druckatmung¹¹ in der Maske vorhanden ist und erforderlichenfalls zum Aufblasen des Druckanzuges zur Verfügung steht.

Bei der zweiten Ausführungsform nach Pig. 2 ist eine Aneroiddose 16 vorgesehen, die mit einer Kammer 61 eines Sauerstoffabgabereglers 62 zur Verwendung durch einen Flugzeugführer befestigt ist, wenn über einen Auslaß 102 eine Verbindung zu · einer Maske oder einer entsprechenden Einrichtung hergestellt wird. Das freie Ende der Dose 10 nimmt eine Verlängerung in Form eines geöffneten Rohres 63 auf, das mit einem ersten ringförmigen Sitz 64 zusammenarbeitet, der eine Mündung über eine Regelmembran 65 festlegt. Ein zweiter ringförmiger Sitz 66 bildet die Mündung auf der entgegengesetzten Seite der Regelmembran 65 und wirkt mit einem Druckregelventil 67 zusammen. Dieses Ventil 67 besitzt einen Stößel, der am einen Ende einen konischen Ventilkopf 68 aufweist, welcher in Eingriff mit dem

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zweiten ringförmigen Sitz 66 gebracht werden kann, und der am anderen Ende einen ringförmigen Ventilkopf 69 besitzt, der in~ Kontakt mit einem Ventilsitz 70 über eine Feder 71 und durch Gasdruck über eine Hauptleitung 72, welche in Verbindung mit dem Sauerstoffeinlaß 73 des Reglers 62 steht, gedruckt wird. Auf der stromabwärts liegenden Seite des Ventilsitzes 70 ist ein Regeldruckkammer 74- vorgesehen, die auf einer ihrer Seiten durch die Steuermembran 65 begrenzt ist. Eine Leitung 75 verbindet die Regeldruckkammer 74 mit einer ersten oder Steuerkammer 76, die auf einer Seite durch eine Membran 77 begrenzt ist, welche eine Ventilplatte 78 auf ihrer Außenseite aufnimmt. Die entgegengesetzte Seite der Kammer 7& ist durch eine Membrananordnung 79 begrenzt, die eine abgefederte Ventilplatte 80 enthält. Die Ventilplatte 80 besitzt eine zentrisch angeordnete Mündung, die durch einen Ventilsitz 81 festgelegt wird, und ein Ventilkopf 82 wirkt innerhalb der Kammer 76 damit zusammen und weist einen Stößel durch die Mündung hindurch auf. Das entgegengesetzte Ende des Stößels ist zu einer Kontaktscheibe 83 ausgebildet,, die an der Abfühlmembran 84· anlegen kann. Eine Feder über dem Stößel drückt den Ventilkopf 82 in die Schließstellung auf dem Sitz 81. Der Raum, in welchem die Kontaktscheibe 83 liegt, nämlich zwischen der Membrananordnung 79 und der Abfühlmembran 84·, bildet eine- Zwischenkammer 85, die mit einer zweiten oder Abflußkammer 86 über eine Leitung 8? in Verbindung stäat. Die Leitung 87 führt in die Abflußlammer 86 über einen Ventilsitz 88, der mit der vorerwähnten Ventilplatte 78 ©in Abflußventil 89 bildet, das über eine öffnung 90 ein Abfließen ins Freie ermöglicht. Eine weitere Leitung 91 verbindet die Regelkammer 74- mit einer größeren oder dritten Kammer eines abgestuften Zylinders eines pneumatischen Betätigers 92, und die kleinere Kammer ist mit der Hauptleitung 72 verbunden. Der Betätiger 92 erstreckt sich mit der Stange auf das Lufteinlaß-Rückschlagventil 93 zu. Ein Hebel 94- ist einer handbetätigten Nockenauswählvorrichtung (nicht dargestellt) zugeordnet, und ist auf die Regelmembran zu verschiebbar, damit eine 100%ige

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Sauerstoffabgabe und auch, eine Bodentestmöglichkeit gegeben ist. Die Anordnung des Bedarfsventil-Durchflußsteuerventiles 100 und der Einspritzdüse 101 sowie die Arbeitsweise sind an sich, bekannt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform beschrieben, um einen "Sicherheitsdruck", eine Beendigung der Luftverdünnung des abgegebenen Sauerstoffes und eine "Druckatmung" zu erzielen.

Mit zunehmender Höhe expandiert die Aneroiddose 60 und verscMebt des offene Rohr 63 in Richtung der Regelmembran 65. Zuerst kommt das Rohr 63 in Kontakt mit dem Sitz 64 auf der Membran 65 und verschiebt dann diese in eine Stellung, in der der ringförmige Ventilsitz 66 in Eingriff kommt und durch den konischen Ventilkopf 68 des Druckregelventiles 67 verschlossen wird. Eine weitere Bewegung bewirkt, daß der ringförmige Ventilkopf 69 entgegen dem Druck des eingespeisten Sauerstoffs in der Leitung 72 und im Einlaß 73 angehoben wird, wodurdh ein Regeldruck in der Druckregelkammer 74- aufgebaut werden kann. Der Regeldruck gleicht den Druck ab, der von der Aneroiddose dauernd ausgeübt wird, wobei ein zunehmender Dosendruck das Ventil weiter öffnet und ein abnehmender Dosendruck bewirkt, daß das Ventil seine öffnung verringert. Somit ist der Regeldruck proportional dem Umgebungsdruck oder dem absoluten Druck. Der Regeldruck in der Kammer 74· ist auch in der ersten oder Steuerkammer 76 über die Leitung 7¹? vorhanden, und .bei einer Zunahme mit zunehmender Höhe wird ein Druck auf die Membran der Anordnung 79 ausgeübt, die allmählich die Federkraft überwindet, die die Ventilplatte 80 abstützt, so daß die Platte sich auf Anschläge zu bewegt, beispielsweise bei 4-.500 m; in dieser Stellung hat sich die Kontaktscheibe 83 auf die Abfühlmembran 84- bewegt und letztere verschoben, damit das Durchflußsteuerventil genügend weit geöffnet wird, um den gewünschten "Sicherheitsdruck" zu erzeugen. Der Regelsdruck

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steht auch in der größeren oder dritten Kammer des pneumatischen Betätigers 92 über die Leitung 91 zur Verfügung, und der Einlaßdruck 73 ist in der kleineren Kammer vorhanden und wird aus der Leitung 72 entnommen. Die relativen Durchmesser der kleineren und größeren Kammern zusammen mit einer Druckfeder in letzterer werden so ausgelegt, daß der Regeldruck, der aus dem Einlaßspeisedruck vermindert wird, den Speisedruck mit zunehmender Höhe überwindet. Bei z.B. 6.000 m hat sich die Stange des Betätigers in den Bewegungsbereich der Ventilplatte des Lufteinlaß-Rückschlagventiles 93 bewegt, und beispielsweise bei 9.000 m schließt die Ventilplatte auf ihrem Sitz und wird dort bei allen größeren Höhen kräftig gehalten, so daß eine Verdünnung des abgegebenen Sauerstoffs . beendet wird. In Zusammenhang mit der Membrananordnung 79 wird bei einer Verschiebung der Kontaktscheibe 83 auf die Abfühlmembran 84 und einer Verschiebung der Abfühlmembran 84- wiBä die Feder, die den Ventilkopf in Eingriff mit dem Ventilsitz 81 hält, überwunden und damit strömt Sauerstoff von der ersten oder Steuerkammer 76 durch die Leitung 87, das Abflußventil 89 und die Öffnung 90. Eine weitere Zunahme der Höhe vergrößert den Regeldruck, und wenn dieser in der ersten oder Steuerkammer 76 wirksam wird, bewirkt er, daß die auf der Membran 77 befestigte Ventilplatte78 sich gegen den Ventilsitz 88 verschiebt, bis bei beispielsweise II.5OO m der Druck des ausströmenden Sauerstoffes am Sitz in der zweiten oder Abflußkammer 86 den Druck auf die Ventilplatte 78 abgleicht, welche gewissermaßen schwebt. Nimmt die Höhe über II.5OO m zu, wird eine weitere Zunahme des Regeldruckes erzeugt, die einen kontinuierlichen Ventilabgleich und eine Begrenzung des Ausströmens ins Freie von der dritten oder Abflußkämmer 85

bewirkt, so daß ein zunehmender Druck auf die Abfühlmembran 84 aufgegeben wird, damit deren weitere Auslenkung erzielt wird und damit ein größerer Abgabedruck von dem Regler bereitgestellt wird. Damit werden die Bedingungen für die "Druckatmung¹¹ geschaffen. Bei abnehmender Höhe wird die Folge von Vorgängen und Arbeit sschritten umgekehrt, wobei der Regeldruck in der Regelkammer 74 über die Mündung in der Regelmembran 65 und der Dosenkammer

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fortgepflanzt wird, wenn die Dose 60 sich in die Stellung zusammengezogen hat, in der die Regelmembran 65 sich zurückgezogen und der ringförmige Sitz 66 iron dem konischen Ventilkopf 68 des BruckregpLventiles 67 gelöst hat, das dann schließt und verhindert, daß Sauerstoff in die Steuervorrichtung aus dem Einlaß 73 eintreten kann. Der Hebel 94- wird mit Hilfe der von Hand betätigten Hockenauswäh!Vorrichtung (nicht gezeigt), die fernbetätigt werden kann, auf zwei Höhenlagen niedergedrückt, damit die Regelmembran ausgelenkt wird, wobei die erste Höhenlage einen Regeldruck ergibt, um die Bedingungen für den "Sicherheitsdruck" zu erhalten, und die zweite Höhenlage einen Regeldruck ergibt, der ausreicht, um die pneumatische Betätigungsvorrichtung 92 zu betreiben, damit das Lufteinlaß-Rückschlagventil geschlossen gehalten wird. Diese letztere Bedingung ermöglicht eine lOO^ige Sauerstoffabgabe bei geringen Höhen, bei denen normalerweise der Lifteinlaß offen wäre und eine Verdünnung eintritt.

Bei beiden Ausführungsformen gilt, daß - da die pneumatischen Betätiger 34? 92 gegen die Schließstellung der Lufteinlaßventile 35j 93 federvorgespannt sind - für den Pail, daß der eingespeiste Sauerstoff den Regler nicht erreicht, dies für einen Benutzer beim Aufsetzen der Maske unmittelbar erkennbar ist, da er weder Sauerstoff noch Luft erhält.

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Claims

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Patentansprüche:

f 1 J Druckaufgeladener Gasabgaberegler, "bei dem eine einzige ^äoieroiddose ein. Druekregelventil beaufschlagt, das den Gasdruck in einer Vielzahl von Kammern regelt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28; 84) in einer ersten Kammer (27; 76) zur Betätigung eines Durchflußsteuerventiles (40; 100), · das Gas an eine Verbraucher st eile gelangen läßt, eine zweite Kammer (33; 86), die ins Freie offen ist unddie eine Vorrichtung zur weiteren Betätigung des DurchXlußsteuerventiles (40; 100) aufweist, und eine dritte Kammer (85) mit einer Betätigungsvorrichtung (34; 92) zur Steuerung eines Lufteinlasses, der ein Mischen der Luft mit zur Verbraucherstelle strömendem Gas ermöglicht.
2. Segler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Vorrichtung C28; 84) in der erstren Kammer (27; 76), die das Durchflußsteuerventil (40; 100) betätigt, eine äuslenkbare Wand aufweist, die als Abfühlmembran des Durchflußsteuerventiles arbeitet.
3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (15; 67) ein Auslaßventil ins Freie aufweist, das durch die Aneroiddose (10; SO) betätigbar ist und in Verbindung mit den Kammern (27, 33; 76, 86, 85) steht.
4. Regler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (29) in, der zweiten Kammer (33» 8ζ) die das Durchflußsteuerventil (40; 100) weiter betätigt, eine auslenkbare Wand aufweist, die auch eine Wand der ersten Kammer bildet. . ·
5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (34; 92) eine verlängerbare Stange aufweist, die so ausgelegt ist, daß sie sich unter Einwirkung eines Regeldruckes verlängert und eine

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Yentilplatte des Lufteinlasses geschlossen hält.
6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teil des Druckregelventiles (15; 67) eine magnetisch "beaufschlagte Ventilplatte (20) aufweist, die durch die Aneroiddose (10; 60) verschoben wird, damit ein Auslaß einer Leitung geschlossen wird, die einen Gasdruck ins Freie aus der ersten Kammer freigibt, wobei die Leitung einen anderen Auslaß über ein Rückschlagventil besitzt.

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