DE3016417A1

DE3016417A1 - Gasstroemungssteuereinrichtung

Info

Publication number: DE3016417A1
Application number: DE19803016417
Authority: DE
Inventors: Pierre Damico; Georges Jacq
Original assignee: Intertechnique SA
Current assignee: Safran Aerosystems SAS
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1980-04-29
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2051417B; FR2455765B1; DE3016417C2; FR2455765A1; GB2051417A; US4336590A

Description

Gasströmungssteuereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Gasströmung von einer Quelle mit unter Druck stehendem Gas zu einer Aufnahmeeinheit, sie ist insbesondere zur Anwendung auf dem Gebiet der Aeronautik bestimmt, wo derartige Steuervorrichtungen verwendet werden, um die Mannschaftsmitglieder eines Kampfflugzeuges mit einer Atmungsmischung geeigneter Zusammensetzung und geeigneten Druckes zu versorgen und Aufblasgas in einen Schutzanzug für große Höhen bzw. große Beschleunigungen zu blasen, um die Ausdehnung des Brustkorbes zu vermeiden, wenn eine unter Druck stehende Ajuiungsmischung eingeatmet wird, oder um die Wirkungen der Beschleunigung zu verringern bzw. zu beseitigen.

Die derzeitig bekannten Geräte oder Regulatoren für die oben genannten Anwendungen sind rein pneumatisch betrieben. Sie sind daher unhandlich und nehmen viel Platz weg, ihre Eigenschaften sind praktisch seit langem unverändert und ihre Ansprechzeiten sind manchmal sehr groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kürzere Anspruchs-

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zeiten aufweist und in ihrem Bau sehr kompakt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Regulierung der Gasströmung von einer Quelle mit unter Druck stehendem Gas zu einer Aufnahmeeinheit vor, die eine Gassteuereinrichtung mit einem Servoventil aufweist, das von einem Magnetventil mit zwei Stellungen gesteuert ist, das seinerseits von einem Computer in Übereinstimmung mit einem abgespeicherten Programm steuerbar ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, daß er Eingangsdaten von Meßwertaufnehmern empfängt, die von dem Gerät getragen werden.

Aufgrund der Verwendung elektronischer Komponenten kann die Ansprechzeit außerordentlich kurz sein, beispielsweise im Bereich einer Millisekunde liegen. Der Energieverbrauch kann sehr gering sein, da geregelte Magnetventile konstruiert werden können, die eine Steuerleistung von weniger als 1 Watt erfordern.

Ein druckgeregeltes Ventil, das zur Verwendung mit einem Hochdruckeinlaß geeignet ist, ist in der Anmeldung mit dem Titel "Vorrichtung zum Erzeugen von Gasströmungszyklen des gleichen Anmelders mit der gleichen Priorität beschrieben.

Ein Atmungsbedarfsregulator zur Verwendung mit einer Atemmaske besitzt nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Gehäuse, ein gesteuertes Hauptventil in dem Gehäuse zur Steuerung der Verbindung zwischen einer Quelle und einer Atemmaske, eine den Druck in der Maske unterworfene Steuermembran, einen Drucksensor in der Maske, ein Magnetventil zur Steuerung der Verbindung zwischen einer Kontrollkammer für das Hauptventil und einem Druckfreigabeauslaß, sowie einen elektronischen Computer, der das Magnetventil in Abhängigkeit von den von dem Sensor gelieferten Signalen steuert.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung schlägt diese ein Schwerkraftschutzventil vor, das ein Gehäuse mit einer zur Verbindung mit einem Schutzanzug angeordneten Kammer enthält, die mit einem Drucksensor versehen ist, wobei das Ventil weiterhin ein elektromagnetisches Einlaßventil für unter Druck stehendes Gas in die Kammer, ein von dem Druck in einem Steuerabteil betriebenes Auslaßventil, wobei das Steuerabteil über eine kalibrierte Auslaßöffnung mit der Kammer und über ein elektromagnetisches Ventil mit der Atmosphäre verbunden ist, sowie eine Recheneinheit enthält, die Signale von dem Drucksensor und einem von dem Gehäuse getragenen Beschleunigungssensor empfängt und das elektromagnetische Ventil in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen steuert.

Der Atmungsregulator und das Schwerkraftschutzventil können in einer einzigen Einheit kombiniert sein. Zusätzlich zu den oben definierten Funktionen kann diese Einheit die Aufgabe übernehmen, die Atmungsmischung unter Druck zu setzen, wenn die Mannschaft einer Beschleunigung unterworfen ist, und/oder die Taschen des Schutzanzuges bei großer Höhe aufzublasen. Diese Funktionen werden bei dem System nach FR-PS 77 20 345 von einer rein pneumatisch arbeitenden Anlage erfüllt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, Kombinationen von Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig.1 ein vereinfachtes Diagramm eines Bedarfsregulators zum Betrieb in einer mäßigen Höhe, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 1a eine teilweise Darstellung einer geänderten AusfUhrungsform;

Fig. 2 ein vereinfachtes Diagramm eines erfindungsgetnäßen Schwerkraftschutzventils ;

Fig. 2a ein vereinfachtes Diagramm einer Abwandlung

des Ventiles nach Fig.2;

Fig. 2b eine Teilansicht einer Abänderung eines Teiles des Ventiles nach Fig.2a;

Fig. 3 bis

5 Diagramme der Änderung des Ausgangsdruckes

des Atmungsbedarfsregulators (Fig.3 u.4) und des Schwerkraftschutzventil es (Fig.5) entsprechend unterschiedlichen Gesetzen;

Fig. 6 ein vereinfachtes Diagramm eines Gerätes, das sowohl als Atmungsregulator als auch

als Schwerkraftschutzventil arbeitet, mit einer Wechselwirkung der unterschiedlichen Funktionen ;

Fig. 6a und
6b Einzelheiten von Änderungen gegenüber Fig.6

Figur 1 zeigt einen programmierten Regulator, der einen pneumatischen Teil sowie eine Programmier- und Recheneinheit enthält, die im folgenden beschrieben werden.

Der pneumatische Teil enthält ein herkömmliches Gehäuse mit einem Einlaß zur Verbindung mit einer Quelle 12 von unter Druck stehendem Sauerstoff und einem Auslaß 13 zur Verbindung mit der zu versorgenden Atemmaske. Der Einlaß

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ist mit einem Ventilsitz 14 zur Aufnahme eines Hauptventilesi5 versehen, das von einer nachgiebigen Membran gebildet ist, deren Rückseite dem in einer Kontrollkammer 16 herrschenden Druck ausgesetzt ist. In dem Weg des aus dem Durchgang zwischen dem Sitz 14 und dem Hauptventil 15 fließenden Sauerstoffs ist eine Verdünnungsdüse 17 angeordnet, die sich in eine Bedarfskammer 18 öffnet. Ein Einlaß für atmosphärische Luft in die Kammer 18 wird von einem Verdünnungsventil 19 gesteuert, das im einzelnen noch beschrieben werden wird.

Die Sauerstoffquelle 12 ist typischerweise eine Flasche mit unter Druck stehendem Sauerstoff oder einem Flüssigsauerstoffumwandler. Es kann jedoch auch ein System zur Anreicherung der atmosphärischen Luft mit O₂ sein: Ein derartiges System zur Lieferung von sauerstoffangereicherter Luft bei einem mäßigen Druck kann der in FR-PS 22 64 566 beschriebenen Anordnung ähnlich sein, die dort zur Lieferung von stickstoff-angereicherter Luft beschrieben ist.

Das Offnen und Schließen des Hauptventiles 15 wird durch Änderung des Druckes in der Steuerkammer 16 gesteuert. Die Kammer 16 ist kontinuierlich mit dem Einlaß 11 über eine verengte kalibrierte öffnung 20 mit einem Durchmesser von etwa 0,2 mm verbunden. Die Verbindung der Steuerkammer mit der Bedarfskammer 18 wird mit Hilfe einer Einrichtung gesteuert, die dadurch das Hauptventil steuert.

Die Steuerung der Verbindung zwischen den Kammern 16 und wird nicht direkt durch öffnen eines druckempfindlichen Pilotventils wie bei herkömmlichen Bedarfsregulatoren bewirkt. Die Kammer 16 ist mit der Kammer 18 über ein Magnetventil 21 verbunden, das abhängig davon, ob es erregt ist oder nicht, die Kammern 16 und 18 voneinander trennt oder einen Durchgang zwischen ihnen vorsieht.

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Das Gehäuse 10 ist mit einer Vielzahl von Sensoren versehen, um die zur Erzeugung der Steuersignale des Magnetventils 21 nötigen Daten zu liefern. In der dargestellten Ausführungsform sind vorhanden:

Ein Sensor 22 zur Messung des Druckes in der Bedarfskammer18 und der Maske, beispielsweise ein piezo-elektrischer Sensor;

ein Sensor 23 zur Messung des Außendruckes;

eine Einheit zur Entdeckung von Druckveränderungen in der Bedarfskammer 18.

Die letztgenannte Einheit enthält eine Membran 24 zwischen der Bedarfskammer 18 und einem Steuerabteil 25 mit einem Drucksensor 26. Eine Rückstellfeder 27 beaufschlagt die Membran 24 von der Kammer 18 weg in Richtung auf einen Kapazitiv-Sensor 29. Das Abteil 25 ist kontinuierlich über eine kalibrierte, verengte öffnung 28 mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm mit dem Einlaß 11 verbunden. Ein Magnetventil 30 mit zwei Stellungen stellt eine Verbindung zwischen dem Abteil 25 und der umgebenden Atmosphäre her oder trennt es von der Atmosphäre, abhängig davon, ob es erregt ist oder nicht.

Die Rechen- und Steuereinheit enthält eine analoge oder digitale zentrale Verarbeitungseinheit 31. Die Verwendung einer digitalen Einrichtung, typischerweise eines Mikroprozessor?, erfordert die Hinzufügung von Analog/Digitalumwandlern. Die Verarbeitungseinrichtung enthält einen Festwertspeicher (ROM) zur Abspeicherung der zu verwirklichenden Gesetze der Veränderung des Druckes gegenüber der Höhe. Die Sensoren 22,23,26 und der Kapazitivsensor29 sind mit einer elektronischen Schaltkarte 32 zur Ankopplung

3C an den Mikroprozessor und dessen Speicher mit wählbarem Zugriff (RAM) verbunden. Die Signale können an einen

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Komparator 33 angelegt werden, der ebenfalls die von dem Mikroprozessor 31 gelieferten Daten empfängt. Eine weitere Schaltkarte 33 a liefert die zur Betätigung der Magnetventile 21 und 30 und des Proportional ventils 19 in Abhängigkeit von den Ergebnissen des Vergleiches erforderlichen Leistungssignale.

Als Beispiel kann die ZPU 31 ein Mikroprozessor Z 80 von Zilog mit einem 2214 RAM-Speicher und einem 2708 ROM-Speicher zum Abspeichern der Programme und Kalibrierungskurven sein. Die elektrischen Signale der Drucksensoren 22,23,26,29 werden von jeweiligen Analog/Digital-Umwandlern in achtbit-breite Worte umgewandelt. Die Ausgänge der Umwandler werden in dem RAM mit Hilfe einer Ankupplung gespeichert und mit den vorgesetzten Werten verglichen. Die Schaltungskarte 33a zur Steuerung der Ventile 19,21 und 30 kann logische Schaltungen enthalten, die binäre Signale an die Magnetventile 21 und 30 liefern, sowie einen Digital-Anal og-Umwandler und einen Leistungsverstärker, der ein analoges Signal an das Ventil 19 liefert.

Das Verdünnungsventil 19 ist im allgemeinen ein elektrisch gesteuertes Proportional ventil , das einen Strömungsquerschnitt definiert, der von dem Wert des elektrischen Signales abhängt, das es empfängt. Ventil 19 kann ein derartiges Ventil sein, dessen bewegbares Element eine Stellung annimmt, die nur von dem in einer Steuerspule des Ventiles fließenden elektrischen Strom abhängt. Die Kalibrierungskurve ist in dem ROM-Speicher abgespeichert. Es ist im allgemeinen nicht notwendig, das Ventil mit einem Stellungsdetektor zu versehen, da das Steuersystem in sich abgeschlos- sen ist aufgrund des Vorhandenseins des Sensors 22.

Der Bedarfsregulator arbeitet, wenn eine Quelle 12 mit unter Druck stehendem Sauerstoff mit dem Einlaß 11 verbunden und der Computer 31 betriebsbereit ist, folgendermaßen:

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Die Magnetventile sind anfangs in der in Fig.1 dargestellten Stellung und nicht von einem Strom angesteuert. Unter der Wirkung des Einlaßdruckes öffnet sich das Hauptventil 15, so daß Sauerstoff in die Kammer 18 fließt, wo der Druck von dem Sensor 22 gemessen wird. Ein Sauerstoffdruck bildet sich in der Steuerkammer 16 und schließt das Hauptventil wieder. Während eines Betriebes bei niedrigen Höhen ist das Verdünnungsventil 19 weit offen und das Hauptventil 15 bleibt geschlossen. In Höhen, wo der Regulator als Bedarfsregulator mit einer Verdünnung arbeitet, schafft ein Bedarf von dem Benutzer eine relative Drucksenkung an der Bedarfsmembran 24, die sich aus ihrer Ruhestellung bewegt und den Fluß zwischen dem Kapazitivsensor 29 und einer Beschichtung der Membran 24 ändert. Von den Ausgangssignalen des Kapazitiv-Sensors 29 und des Sensors 22, der ebenfalls der relativen Druckabsenkung unterworfen ist, errechnet der Computer 31 einen Öffnungsbefehl , der an das Magnetventil 21 angelegt wird. Der Druck fällt in der Steuerkammer 16 und das Hauptventil 15 öffnet sich, um die Maske mit Sauerstoff und mit durch das Ventil 19 zugeführter Verdünnungsluft zu versorgen.

Das Verdünnungssteuerungsventil 19 kann eine von einem Elektromagnet gesteuerte Drossel, ein Beschränkungsventil, dessen Strömungsquerschnitt von einem rotierenden oder linearen Schrittmotor gesteuert ist, ein elektropneumatisches System oder irgendein anderes gesteuertes Gerät sein.

Während des Ausatmens stellt sich ein relativer Überdruck in dem Atmungskreis ein. Als Antwort sendet der Sensor 22 an die Computereinheit Daten, die zu einem Schließen des Magnetventils 21 und zu einem Unterbrechen der Sauerstoffströmung führen.

Die Verdünnung wird nach und nach reduziert, wenn das Flugzeug an Höhe gewinnt, da ein Zunehmen der Höhe eine Modi-

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fizierung des Signals verursacht, das an den Computer von dem Drucksensor 23 für den äußeren absoluten Druck angelegt wird.

Von dem Augenblick an, wenn die von dem Sensor 23 gelieferte Information anzeigt, daß die Maske unter Druck versorgt werden soll, steuert der Computer die Magnetventile 21 und 30 derart, daß die Atmungsmischung unter einem nach und nach steigenden und von dem Sensor 22 gemessenen Druck geliefert wird. Für eine genauere Steuerung können die Magnetventile 21 und 22 von elektrischen Rechteckimpulsen erregt werden,die ein Tast- bzw. Öffnungsverhältnis aufweisen_s.das sich schrittweise von 0 bis 1 verändern läßt,und die mit ausreichender Frequenz ankommen, damit die Druckschwingungen in den Kammern 16 und 25 gedämpft werden.

Der Bedarfsregulator kann vorzugsweise mit einem Testsystem versehen sein, das ein elektrisch gesteuertes Betätigungselement enthält, das eine steuerbare Wirkung auf den Sensor 23 ausüben kann. Die Bestimmung der Reaktion des Regulators auf die Erregung des Betätigungselementes zeigt an, ob das Verdünnungsventil 19 korrekt schließt, wenn die Höhe sich vergrößert, und ob der altimetrische überdruck korrekt eintritt. Die Erfindung kann sowohl bei einem Regulator für sehr hohe Höhen als auch bei einem Regulator für durchschnittliche Höhen wie bei der Anordnung nach Fig.1 angewandt werden.

Das Ventil der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform kann eine Quelle von Vibrationen sein, die bei der geänderten Ausführungsform nach Fig.1 a vermieden werden, in der die den in Fig.1 gezeigten Teile entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen tragen.

Bei dem Regulator nach Fig. 1 a ist anstelle der verengten Auslaßöffnung 20 aus der Kammer 16 ein Magnetventil 20a

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eingesetzt. Diese Modifikation bringt Vorteile mit sich. Wenn die Bedarfsdruckabsenkung von dem Sensor 22 festgestellt wird, wird die Bedarfsregulierung durch öffnen und schließen der Magnetventile 20a und 21 bewirkt, die einen im wesentlichen konstanten Druck in der Steuerkammer 16 während des Einatmens aufrecht erhalten. Da die verengte Öffnung nicht vorhanden ist,ist die Gefahr des Verstopfens wesentlich reduziert. Das Entfernen der Steuermembran 24 bildet eine wesentliche Vereinfachung. Der bei hohen Höhen auftretende Überdruck kann durch die Magnetventile 20a und 21 gemessen werden. Das Magnetventil 30 nach Fig.1 fehlt ebenso wie die Steuermembran 24.

Der erfindungsgemäße Regulator kann mit jedem gewünschten Variationsgesetz vor jedem Flug programmiert werden. Insbesondere kann der gleiche Regulator verschiedenen Arten von Flügen angepaßt werden, indem das geeignete Veränderungsgesetz in dem Speicher abgespeichert wird. Beispiele von typischen Verwendungen sind:

Verwendung als ein Regulator bei niedrigen Höhen für Mann-Schaftsmitglieder, die nur eine Atemmaske besitzen;

Verwendung als ein Regulator für große Höhen für Mannschaftsmitglieder mit einem Raumanzug.

Bei jeder Situation ist es möglich, leicht die Charakteristiken auszuwählen, insbesondere die Verdünnungskurve und den Überdruck in der Maske. Als Beispiel zeigt Figur 3 zwei Sätze von Kurven, die die Veränderungen des Überdrucks beim Auslaß des Regulators in Abhängigkeit von der Höhe für einen niedrig Höhenregulator darstellen, wobei der eine Satz von den Kurven 65 und 65 a und der andere von den Kurven 66 und 66 a gebildet ist. Einer der beiden Kurvensätze ist in dem Speicher gespeichert und eine der beiden Kurven eines Satzes kann unmittelbar vor dem Start ausgewählt werden, abhängig

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Figur 4 zeigt zwei Sätze von Überdruck-Kurven für Flüge in großen Höhen, ein Satz gebildet von den Kurven 67 und 67a,der andere von den Kurven 68 und 68a.

Zur leichteren Auswahl jedes Satzes von Kurven kann jeder Satz auf einem löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher programmiert sein (EPROM). Dann werden die entsprechenden Kurven in den Computer dadurch programmiert, daß eine geeignete Schaltkarte in einen Stecker gesteckt wird, die unter einer Vielzahl von vorhandenen Karten ausgewählt ist.

Die in dem ROM des Computers geschriebenen Programme können Testprogramme enthalten, die die wichtigsten Funktionen vor jedem Flug überprüfen, ohne daß es notwendig ist, den Regulator aus dem Flugzeug zu entfernen. Das entsprechende Programm kann in einem ROM gespeichert sein, das nur für die zum Test erforderliche Zeit eingesteckt wird. Es wird beispielsweise durch Schließen des Ausgangs des Regulators initiiert. Das Testprogramm kann typischerweise folgende Anwendungsfälle beeinhalten:

Flugauftrag bei niedriger Höhe: Der Computer simmuliert an dem Sensor 23 (siehe Fig.1) die dem Schließen des Verdünnungsventils entsprechende Höhe, beispielsweise 9 km. Der Computer überprüft dann, daß der von dem Regulator bei dieser Höhe gelieferte Druck innerhalb seiner Toleranzen liegt und daß der Schrittmotor zum Verschließen in Abhängigkeit von der Höhe korrekt arbeitet. Um schnell das Auftreten des altimetrischen Überdruckes zu überprüfen, simmuliert der Computer das Signal, das der Sensor 23 bei einer gegebenen Höhe, beispielsweise 15 km, liefern würde, was einen von dem Sensor 22 überwachten Druckanstieg in der Kammer 18 verursacht.

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Flugauftrag bei großer Höhe:

Auf die gleiche Art wie vorher wird eine erste Höhe simmuliert, bei der der Computer den entsprechenden Druck überprüft, dann werden eine oder mehrere Höhen mit dem entsprechenden überprüfen simuliert.

Wenn ein Betriebsfehler vorliegt wird ein Alarm ausgelöst.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die ein Schwerkraftschutzventil bildet. Das Ventil enthält wieder ein Gehäuse 35, in dem eine Kammer 36 vorgesehen ist, die mit Hilfe einer Verbindung 37 in ständige Verbindung mit den aufblasbaren Taschen einer Schutzhose gebracht werden kann. Das Gehäuse 35 enthält ein erstes Magnetventil 39 zur Steuerung der Verbindung zwischen der Kammer 36 und einer Quelle 40 mit unter Druck stehendem Sauerstoff oder Luft, typischerweise mit einem Druck von etwa 1,4 bis 14 bar, Beispielsweise ist das Ventil offen oder geschlossen in Abhängigkeit davon, ob es mit elektrischem Strom versorgt ist oder nicht. Ein gesteuertes Auslaßventil ist ebenso vorgesehen zur Herstellung und Unterbrechung der Verbindung zwischen der Kammer 36 und der umgebenden Atmosphäre.

Das Auslaßventil enthält eine bewegbare Wand 41, die ein Steuerabteil 42 definiert, das mit der Atmosphäre über ein Magnetventil 43 und mit der Kammer 36 über eine kalibrierte Verengung 44 verbunden ist. Die bewegbare Wand 41 bildet ein Verschlußelement und ist derart angeordnet, daß sie gegen einen Sitz 45 beaufschlagt wird, der einen die Kammer 36 mit einem ringförmigen, ständig zur Atmosphäre offenen Bereich 46 verbindenden Durchgang begrenzt.

Das Gehäuse 35 trägt weiterhin einen Drucksensor 47, beispielsweise einen piezoelektrischen Aufnehmer, sowie einen Beschleunigungssensor 48, der die Beschleunigungen abfühlt, gegen die die Mannschaft zu schützen ist. (Beschleunigungen,

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deren Richtung durch den Doppelpfeil in Fig.2 angedeutet ist).

Der pneumatische Teil des Gerätes, der eben beschrieben wurde, ist einem Computer 52 zugeordnet, der einen RAM-Speicher und einen ROM-Speicher zur Abspeicherung der die Wirkungsweise des Gerätes bestimmenden Programme besitzt. Der Computer kann ein Analog-Computer sein und die von den Sensoren 47 und 48 empfangenen Signale direkt bearbeiten. Typischerweise ist er jedoch ein digitaler Computer, wobei dann Analog-Digital umwandler vorhanden sind.

Das schematisch in Fig.2 dargestellte Schwerkraftschutzventil ist mit einem System verbunden, das Beschleunigungen vorweg nimmt und das Aufblasen der Taschen der Schutzhosen auslöst, sobald die Steuerungen des mit dem Ventil ausgerüsteten Flugzeuges in eine Lage gebracht werden, die zu einer Beschleunigung führen. Zu diesem Zweck ist der Steuerknüppel 49 mit einem Belastungssensor 50 versehen, dessen Ausgangssignale dem Computer 48 gleichzeitig mit den Signalen 51 angelegt werden, die den Flugparametern entsprechen.

Von dem Zeitpunkt, wenn eine schnelle Betätigung des Steuerknüppels 49 anzeigt, daß das Flugzeug einer Beschleunigung unterworfen wird, ist die Wirkungsweise folgendermaßen. Der Sensor 50 sendet ein Signal an den Computer, das zu einem Befehl zur öffnung des Magnetventils 39 führt, bis ein vorbestimmter Druck, z.B. 10 Millibar von dem Sensor 47 in der mit den Hosentaschen verbundenen Kammer 36 entdeckt ist. Wenn die Beschleunigung tatsächlich auftritt, wird sie von dem Sensor 48 gemessen. Das von dem Computer 52 aufgenommene Signal wird verarbeitet und öffnet das elektromagnetische Ventil 39 wieder, bis der gewünschte Druck in der Kammer 36 erreicht ist. Die Beziehung zwischen dem Druck und der Beschleunigung ist in dem Computer 52 gespeichert. Wenn die Beschleunigung abnimmt, veranlaßt der Computer 52

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das Magnetventil 43 zu öffnen, was seinerseits das öffnen des Hauptventi1 es verursacht, bis der Druck in der Kammer bis auf den geeigneten, programmierten Wert abgenommen hat. Wenn schließlich keine Beschleunigung mehr vorhanden ist, werden beide Magnetventile aberregt:

Das Ventil 39 wird geschlossen und das Ventil 43 geöffnet.

Ähnlich wie die Vorrichtung nach Fig.1 erlaubt die Vorrichtung nach Fig.2 Veränderungen. Z.B. kann eine gesteuerte Ventilanordnung der gleichen Art wie bei dem Regulator verwendet werden, um die Notwendigkeit für ein Magnetventil 39 zu vermeiden, das die gesamte zur Versorgung der Schwerkraftschutzhosen erforderliche Gasströmung hindurchläßt. Jedoch bringt ein kalibriertes Leck zur Steuerung eines derartigen Ventiles ein beachtliches Risiko des Versagens mit sich, aufgrund des Verstopfens des kalibrierten Auslaßloches, insbesondere dann, wenn das Ventil mit unter Druck stehender Luft von dem Kompressor einer Düsenmaschine gefüttert wird.

0 Diese Schwierigkeit wird bei der Ausführungsform nach Fig.2 a beseitigt, bei der das gesteuerte Ventil 15 b von Magnetventilen 44 a und 44 b gesteuert ist, die den in der Ventilsteuerkammer herrschenden Druck regulieren, wobei die Anordnung vergleichbar mit der in Fig.1 a dargestellten ist.

Das Risiko des Verstopfens einer Verengung ist viel geringer bei einem gesteuerten Venti1steuerloch , da dieses eine viel größere Größe besitzt.

Als zusätzliche Verbesserung kann das in Fig.2 a dargestellte Schwerkraftschutzventil ein System enthalten, um das Ventil in der Fabrik und anschließend im Flugzeug möglicherweise vor jedem Flug zu überprüfen. Das Ventil enthält ein mit dem ρiezo-elektrisehen Beschleunigungssensor 48 verbundenes Element, das vertikale auf den Sensor 48 einwirkende Beschleunigungen simmuliert. In der in Fig.2a dargestellten Aus-

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flihrungsform enthält das Testsystem eine elektro-pneumatische Zelle 60, die von einem Ventil 61 erregt wird, das von dem Computer gesteuert wird. Die Zelle 60 enthält ein bewegbares Element, das beispielsweise von einer deformierbaren Membran gebildet ist, die von einer Tastvorrichtung getragen wird.

Wenn die Zelle 60 betätigt wird, übt die Tastvorrichtung eine Kraft auf den Sensor 48 aus, ähnlich einer Beschleunigungskraft. Beschleunigungen können leicht in einem Bereich bis etwa 10g simmuliert werden. Die Testoperation kann vollständig automatisch durchgeführt werden, indem der Computer der Vorrichtung programmiert wird.

Das Testsystem kann andere Betätigungseinrichtungen als eine pneumatische Zelle enthalten. In der schematisch in Fig.2b dargestellten abgewandelten Ausführungsform, in der die den schon beschriebenen Teilen entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist die Betätigungseinrichtung ein Elektromagnet 62 mit einer Spule,in der der Computer einen veränderbaren Strom fließen läßt. Wie auch immer die Ausführungsform ist, ein Alarm kann dann ausgelöst werden, wenn die Beziehung zwischen dem Druck und der Beschleunigung ausserhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegt. Bei ihrer Verwendung als ein Schwerkraftschutzventil besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen Vorteil der leichten Veränderbarkeit, um unterschiedliche Veränderungsgesetze des den Schutzhosen zugeführten Druckes als Funktion der Beschleunigung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es nur nötig, die entsprechenden Gesetzmäßigkeiten in einem Speicher abgespeichert zu haben und eines dieser Gesetze vor dem Flug auszuwählen.

In Figur 5 sind beispielhaft drei mögliche Gesetze dargestellt. Die Kurve 62 entspricht einem Variationsgesetz das als "hoch" qualifiziert werden kann und die Mannschaft mit einem ausgezeichneten Schutz gegen Beschleunigungen versieht, aber um den Preis eines schmerzhaften Druckes in den Schutztaschen.

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Die als "niedrig" zu qualifizierenden Kurven 63 und 64 legen auf die Mannschaft weniger Belastung an, ergeben daher jedoch auch keinen vollständigen Schutz.

Die Kurven können linear sein (64) oder Abbiegungen enthalten (62 und 63). Sie können vom Ursprung ausgehen (62) oder auch nicht. Sie können Abschnitte mit konstanter Neigung enthalten oder von einer Kurve mit progressiver Veränderung der Neigung dargestellt sein.

Der Bedarfsatmungsregulator und das Schwerkraftschutzventil sind vorteilhafterweise in einer einzigen Anordnung angeordnet, beispielsweise wie in Fig.6 dargestellt, zur

Wechselwirkung zwischen den Elementen. Die Wechselwirkung tritt vorteilhafterweise auf zwei Wegen auf: Wenn der Atmungsregulator eine unter Druck stehende Atmungsmischung liefert, verursacht er vorteilhafterweise ein Aufblasen der Taschen der Schutzhosen mit Luft unter einem schwachen Druck, so daß ein Schutz gegen Beschleunigungen schneller erreicht wird, wenn in großen Höhen geflogen wird. Unter Beschleunigungsbedingungen verursacht das Schwerkraftschutzventil das Auftreten eines geringen Druckes in der Maske und verhindert dadurch, daß die Lungenbläschen komprimiert werden.

Die europäische Patentanmel dung 0000312 beschreibt ein Gerät, das eine Wechselwirkung pneumatisch erreicht. Eine flexiblere und einfachere Lösung ist bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Computer möglich. Die in Fig.6 dargestellte Anordnung enthält einen Atmungsregulator und ein Schwerkraf tschutzventil der gleichen Konstruktion wie bei Fig.1 und 2, entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht noch einmal beschrieben. Der Regulator nach Fig.6 enthält zusätzlich zu den bereits beschriebenen Teilen ein Ventil 53 zwischen der Kammer 18 und der Atmosphäre. Dieses Ventil wird von einem Kolben 54

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unter der Wirkung einer Feder offengehalten, so lange die Sauerstoffversorgungsquelle nicht mit dem Regulator verbunden ist. Während der Beschleunigung arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen :

Die nacheinander von dem Sensor 50 und dem Sensor 48 gelieferten Signale werden von dem Computer verbeitet, der das Magnetventil 39 zur Versorgung der Schutztaschen mit Druck und das Magnetventil 21 zur Versorgung der Maske mit einem Atmungsdruck bis zu einem vorprogrammierten Wert steuert, zumindest wenn die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Sobald der erforderliche Druck in der Maske erreicht ist, schließt der Computer das Ventil 21 aufgrund der von dem Sensor 22 empfangenen Information(Fig.1). Die auf die Membran 24 ausgeübten Drücke werden automatisch aufgrund der Wirkung des von dem Computer gesteuerten Magnetventiles 30 ausgeglichen. Es ist zu sehen, daß eine Anordnung konstruiert ist, die alle erforderlichen Funktionen des üblichen Regulators und des Schwerkraftschutzventiles gewährleistet. Es können Schalter vorgesehen sein, um es dem Pilot zu ermöglichen, die Computersteuerung zu übergehen und beispielsweise von normaler Versorgung auf 100% Sauerstoffversorgung zu schalten.

In Fig.6a und 6 b sind geänderte Ausführungsformen teilweise dargestellt. Sie enthalten eine Notversorgung für den Fall eines Fallschirmabsprungs. In beiden Fällen enthält das von dem Pilotensitz getragene Gehäuse einen Regulatorteil und einen Schwerkraftschutzventil teil 91, ähnlich den bereits in Fig.6 gezeigten. Ein einziger Einlaß 92 ist vorgesehen zur Verbindung mit einer Sauerstoffquelle, die von der Struktur des Flugzeuges getragen wird. Der Einlaß versorgt das Schwerkraftschutzventil direkt über einen Zweig und den Regulator über ein Einweg-Rückschlagventil 93. Die Ausgänge des Regulators und des Schwerkraftschutzventiles sind bei 95 bzw.96 gezeigt. Eine Notfal 1quel1e ist für den Fall der Fig.6 a durch Sauerstoffzylinder 97 gebildet.

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Die Zylinder sind mit einem Druckreduzierventil 98 verbunden, das von Hand oder automatisch mit Hilfe eines Betätigungselementes im Falle des Absprunges geöffnet wird. Weiterhin ist in Fig. 6a eine Verbindung 100 zu sehen, die mit einem Magnetventil 101 versehen ist und dazu dient, die Dichtung eines Maskenvisiers für Flüge bei Höhen aufzubläsen.

In dem Fall der Fig.6 b wird die Notquelle von einem chemischen Generator 102 gebildet, der durch ein Ziehen an einem Scherdraht 103 in Gang gesetzt wird und der stromab des Einwegventils 93 angeschlossen ist.

In allen Fällen kann der Computer in einem Gehäuse angeordnet sein, das an das die pneumatischen Komponenten und die Sensoren enthaltende Gehäuse angekoppelt ist.

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Claims

Ansprüche

1 .] Vorrichtung zum Regulieren der Gaszufuhr von einer Druckquelle zu einem Aufnahmeorgan, gekennzeichnet durch ein von einem Magnetventil (21) mit zwei Stellungen steuerbares Ventil (15), wobei eine Recheneinheit (31) Informationen von von der Reguliervorrichtung getragenen Druck· aufnehmern (22,23,26) empfängt und das Magnetventil (21) erregt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, als Atmungsbedarfsregler, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Hauptverbindungsventil zwischen einer unter Druck stehenden Atmungsgasquelle (12) und einer Atemmaske sowie einer dem in der Maske herrschenden Druck unterworfenen Steuermembran, gekennzeichnet durch einen Aufnehmer für die Verlagerung der Membran, einen Druckaufnehmer (22) für den in der Maske herrschenden Druck, ein Magnetventil (21) zur Steuerung des in einer Steuerkammer (16) des Hauptventils (15) herrschenden Drucks sowie eine Recheneinheit (31),

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die das Magnetventil (21) in Abhängigkeit von den von den Meßwertaufnehmern gelieferten Signalen steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (15) von einer Membran gebildet ist, die die Steuerkammer (16) von einem Raum trennt, den ein Ventilsitz (14) in einen den Druck der Quelle (12) aufnehmenden Bereich und einen mit der Maske verbundenen Bereich (18) trennt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Maske verbundene Bereich von der Maske durch eine Verdünnungsdüse (17) getrennt ist, die in eine mit der umgebenden Atmosphäre über ein elektrisch gesteuertes Proportional ventil (19) verbundene Kammer mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermembran (24) ein Steuerabteil begrenzt, das mit der Quelle (12) über eine kalibrierte Verengung (28) und mit der umgebenden Atmosphäre über ein Magnetventil (30) mit zwei Stellungen verbunden ist, das es ermöglicht, in dem mit einem Druckaufnehmer (26) versehenen Steuerabteil (25) einen einstellbaren Regelungsdruck des Atmungsüberdrucks einzustellen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,die ein Schwerkraftschutzventil bildet und ein Gehäuse aufweist, das eine zur Verbindung mit einer Schutzkleidung bestimmte Kammer enthält, die von einer Gasdruckquelle versorgbar ist und deren Verbindung mit der Atmosphäre von einem Auslaßventil steuerbar ist, das seinerseits von dem in einem durch eine kalibrierte Auslaßöffnung mit der Kammer verbundenen Steuerabteil herrschenden Druck steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein erstes zwischen der Quelle (40) und der Kammer (36) angeordnetes Magnetventil (39) mit zwei Stellungen, ein zweites zwischen dem

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Steuerabteil (42) und der umgebenden Atmosphäre angeordnetes Magnetventil (43) mit zwei Stellungen sowie ein Rechenorgan (52) aufweist, das die von einem Druckaufnehmer (47) in der Kammer (36) und von einem von dem Gehäuse (35) getragenen Beschleunigungsaufnehmer (48) kommenden Signale empfängt und die Magnetventile (39,43) in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen steuert.

/.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (31) ebenfalls zur Steuerung eines Schwerkraftschutzventils und zur Herstellung eines Minimal druckes am Ausgang des Schwerkraftschutzventils oberhalb einer vorbestimmten Höhe in Abhängigkeit von den von den Meßwertaufnehmern gelieferten Signalen vorgesehen ist.

8.Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (52) einem auf dem Steuerknüppel (49) des mit der Vorrichtung ausgerüsteten Flugzeugs angebrachten Meßwertaufnehmer (50) zugeordnet und derart ausgebildet ist, daß sie am Ausgang des Schwerkraftschutzventils einen Druck hervorruft, sobald die Stellung der Steuereinrichtungen des Flugzeugs eine Beschleunigung ankündigt.

9.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Steuerkammer (16) herrschende Druck von einem ersten Verbindungsmagnetventil (20a) zwischen der Steuerkammer (16) und der Druckquelle und einem zweiten Verbindungsmagnetventil (21) zwischen der Steuerkammer (16) und der umgebenden Atmospäre steuerbar ist.

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