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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. ein
System zur Gasversorgung, insbesondere Sauerstoffversorgung für
ein Luftfahrzeug, und insbesondere auf ein redundantes Gasversorgungs-
bzw. Sauerstoffversorgungssystem für ein Luftfahrzeug zum
Einsatz in Bereichen, in denen eine besondere Redundanz aufgrund
einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit benötigt
wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Luftfahrzeuge
und insbesondere Passagierflugzeuge werden mit Sauerstoffversorgungssystemen
ausgerüstet, um beispielsweise im Falle eines Kabinendruckverlustes
die Passagiere mit Atemluft bzw. Sauerstoff zu versorgen. Einige
Bereiche eines Flugzeuges unterliegen einer höheren Beschädigungswahrscheinlichkeit.
Zu diesen Bereichen gehört beispielsweise ein Bereich eines
Luftfahrzeuges bzw. Flugzeuges, in den im Fall einer Störung
Teile von Triebwerken eindringen können und dabei Leitungen,
insbesondere die der Sauerstoffversorgung, beschädigen
können. Um in diesem Fall die Versorgung einer ausreichenden Zahl
von Passagieren sicherstellen zu können, werden beispielsweise
zwei Versorgungsleitungen vorgesehen, die abwechselnd jeweils jede
zweite Sitzreihe mit Sauerstoff versorgen können. Dabei
kann beispielsweise eine dieser Hauptrohrleitungen im Deckenbereich
und eine zweite im Unterflurbereich angebracht werden. Über Steigleitungen
können beispielsweise jeweils drei oder vier Sitzreihen
abwechselnd an die obere bzw. untere Leitung angeschlossen werden.
Wird eine der Leitungen beschädigt, kann diese über
entsprechende Ventile geschlossen werden, um so einen Verlust des
gesamten Sauerstoffs und somit des gesamten Systems zu vermeiden.
In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Passagiere, die von dem
Ausfall der Sauerstoffversorgung betroffen sind, über die
jeweilige Sitzreihe vor bzw. hinter der betroffenen Sitzreihe mitversorgt
werden, da diese Sitzreihen über eine andere Hauptrohrleitung
mit Sauerstoffversorgt werden. Dies hat jedoch zur Folge, dass sich
Passagiere entweder eine Sauerstoffmaske wechselseitig teilen müssen
oder dass eine entsprechende Mehranzahl von Sauerstoffmasken in
jeder Reihe vorgesehen sind. Ferner muss in einem derartigen Störfall
ein verhältnismäßig langer Abschnitt
der Hauptrohrleitung geschlossen werden, so dass eine verhältnismäßig
große Anzahl von Sitzen nicht mehr versorgt werden kann.
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In
US 4,651,728 ist ein Beatmungssystem
für Flugzeuge für hohe Flughöhen beschrieben,
bei dem eine Beatmungsmaske mit einem Druckregler verbunden ist.
Der Druckregler ist mit einem Auswahlventil verbunden, das wiederum
mit einem Sauerstofferzeugungssystem und einer Bereitschaftssauerstoffversorgung
verbunden ist. Das Auswahlventil wählt das Beatmungsgas
aus einer dieser zwei Quellen. Das in
US
4,651,728 beschriebene Sauerstoffversorgungssystem bzw.
Beatmungssystem ist in seiner Struktur für die Versorgung
eines Piloten mit Beatmungsgas vorgesehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
kann als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden
gegenüber dem Stand der Technik die Redundanz der Sauerstoffversorgung
mit einem Sauerstoff- bzw. Gasversorgungssystem für Passagiere
in einem Luftfahrzeug zu verbessern.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch den Gegenstand der
unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei
vorteilhafte Ausgestaltungen durch die abhängigen Ansprüche
verkörpert werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Gasversorgungssystem für
ein Luftfahrzeug bereitgestellt mit einer ersten Hauptleitung, einer
zweiten Hauptleitung, einer Gruppenversorgungsleitung, die mit einem
oder einer Mehrzahl von Abnehmern verbunden ist, einer ersten Verbindungsleitung,
die die erste Hauptleitung mit der Gruppenversorgungsleitung verbindet,
und einer zweiten Verbindungsleitung, die die zweite Hauptleitung
mit der Gruppenversorgungsleitung verbindet.
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Auf
diese Weise wird eine Gruppenversorgungsleitung, die eine Mehrzahl
von Abnehmern mit Gas bzw. Sauerstoff versorgen kann, nicht nur
durch eine Hauptleitung mit Sauerstoff bzw. Gas versorgt, sondern
durch zwei Hauptleitungen. Eine derartige Anordnung erhöht
die Redundanz eines Gas- bzw. Sauerstoffversorgungssystems für
ein Luftfahrzeug. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem
störungsbedingten Ausfall einer der beiden Hauptleitungen
die Gruppenversorgungsleitung weiter mit Sauerstoff versorgt werden,
ohne dass für die betroffenen Passagiere aktiv eine alternative
Sauerstoffversorgung hergestellt werden müsste. Die erste
und die zweite Verbindungsleitung können auch sehr kurz ausgestaltet
sein, etwa so, dass gerade Platz und Raum für Absperrvorrichtungen
oder Ventile vorgesehen werden können.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen
wenigstens einer Hauptleitung und der Gruppenversorgungsleitung eine
Strömungsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, die
ausgelegt ist, um bei einem Überschreiten eines Schwellwertes
die Strömung zu begrenzen.
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Mit
einer derartigen Strömungsüberwachungsvorrichtung
kann beispielsweise bei einer Beschädigung der Gruppenversorgungsleitung
eine erhöhte Gasströmung aufgrund einer schwerwiegenden
Leckage erkannt werden, so dass, wenn die Strömung bzw.
die Strömungsmenge einen gewissen Schwellwert überschreitet,
die Strömung in den Zweig der Gruppenversorgungsleitung
hinein begrenzt werden kann, um einen zu starken und schnellen Sauerstoffverlust
des gesamten Systems zu unterbinden. Eine Strömungsüberwachungsvorrichtung kann
im einfachsten Fall ein Strömungsbegrenzer sein, der bei
Durchströmen einer Strömung größer als
der Schwellwert durch die Kraft der Strömung geschlossen
wird. Jedoch kann auch eine geregelte Ansteuerung der Strömungsbegrenzung
vorgenommen werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Schwellwert
größer als eine maximale Nennabnahme aller Abnehmer,
die mit der Gruppenversorgungsleitung verbunden sind, und die Strömung
wird bei Überschreiten dieses Schwellwertes auf im Wesentlichen
Null begrenzt.
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Als
Abnehmer können beispielsweise einzelne Sauerstoffmasken
betrachtet werden oder auch Gruppen von Sauerstoffmasken, je nach
Konfigurierung des Systems. Durch ein Festlegen des Schwellwertes
auf größer als die maximale Nennabnahme aller
Abnehmer kann sichergestellt werden, dass selbst bei einer maximalen
Auslegung alle Abnehmer noch ausreichend mit Sauerstoffversorgt
werden können, ohne dass der Schwellwert überschritten wird,
d. h. ohne dass die Strömungsüberwachungsvorrichtung
eine Begrenzung der Strömung veranlasst. Wird eine Strömung
festgestellt, die die maximale Nennabnahme aller Abnehmer überschreitet, so
kann daraus mit sehr großer Wahrscheinlichkeit auf einen
Defekt oder eine Leckage des Systems geschlossen werden. Das kann
dann zum Anlass genommen werden, um die Gas- bzw. Sauerstoffströmung
in die betreffende Gruppenversorgungsleitung hinein auf einen sehr
geringen Durchfluss, insbesondere auf Null, zu begrenzen. Mit anderen
Worten kann in einem derartigen Fall die Gruppenversorgungsleitung
von der Versorgung abgekoppelt werden. Die betroffenen Passagiere
können dann ggf. über die entsprechend davor und
dahinter liegenden Sitzreihen mit Sauerstoff versorgt werden. Von
einer derartigen Störung ist jedoch nur eine einzige Gruppenversorgungsleitung
betroffen, nicht jedoch jede zweite Sitzreihe, wie es im Stand der
Technik der Fall ist. Auf diese Weise kann selbst bei einer Zerstörung der
Gruppenversorgungsleitung eine Versorgung der verbleibenden Gruppenversorgungsleitungen
sichergestellt werden. Eine Gruppenversorgungsleitung kann beispielsweise
für die Versorgung einer vollständigen Sitzreihe
verwendet werden. Alternativ ist jedoch auch die Versorgung von
zwei oder mehr Sitzreihen durch eine Gruppenversorgungsleitung denkbar,
insbesondere bei Luftfahrzeugen mit mehreren Passagierkabinenebenen,
so dass sich die Versorgung jeweils einer Sitzreihe in einer oberen
Ebene und einer unteren Ebene durch eine einzige Gruppenversorgungsleitung
anbietet. Selbstverständlich kann auch eine Versorgung
eines Sitzgruppenblocks durch eine Gruppenversorgungsleitung erfolgen,
beispielsweise drei oder vier Sitzreihen der fensterseitigen Plätze
oder mehrer Sitzreihen der Mittleren Plätze zwischen zwei
Gängen.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung grenzt die
Strömungsüberwachungsvorrichtung die wenigstens
eine Hauptleitung von der mit ihr verbundenen Verbindungsleitung
ab.
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Auf
diese Weise wird die Verbindungsleitung für den Beschädigungsfall
funktional der Gruppenversorgungsleitung zugeordnet, so dass auch
bei einem Beschädigen der Verbindungsleitung die Strömungsüberwachungsvorrichtung
die Gas- bzw. Sauerstoffströmung bei Überschreiten
des Schwellwertes begrenzen kann.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen
wenigstens einer Hauptleitung und der Gruppenversorgungsleitung eine
Rückschlagventilvorrichtung vorgesehen, die ausgelegt ist,
um eine Gasversorgungsströmung im Wesentlichen nur in einer
Richtung von der wenigstens einen Hauptversorgungsleitung zu der
Gruppenversorgungsleitung zuzulassen.
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Eine
derartige Rückschlagventilvorrichtung kann im Falle einer
Beschädigung einer der Hauptleitungen verhindern, dass
das von der anderen Hauptleitung in die Gruppenversorgungsleitung
eingespeiste Gas bzw. der eingespeiste Sauerstoff über die
Ankopplung der beschädigten Hauptleitung verloren geht.
Mit anderen Worten kann der Sauerstoff bzw. das Gas nur aus der
Hauptleitung in die Gruppenversorgungsleitung einströmen,
jedoch nicht von der Gruppenversorgungsleitung zurück in
eine der Hauptleitungen, insbesondere nicht in eine beschädigte
Hauptleitung.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung grenzt die
Rückschlagventilvorrichtung wenigstens eine Verbindungsleitung
von der Gruppenversorgungsleitung ab.
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Auf
diese Weise wird für den Fall der Beschädigung
einer Hauptleitung die Verbindungsleitung funktional der Hauptleitung
zugeordnet, so dass selbst bei einer Beschädigung der Verbindungsleitung
kein Gas aus der Gruppenversorgungsleitung in die Verbindungsleitung
einströmen kann, die mit der beschädigten Hauptleitung
verbunden ist. So kann beispielsweise in der Kombination der Strömungsüberwachungsvorrichtung
(als Abgrenzung zwischen der Hauptleitung und der mit ihr verbundenen
Verbindungsleitung) mit der Rückschlagventilvorrichtung (als
Abgrenzung zwischen der Verbindungsleitung zu der Gruppenversorgungsleitung
bei einer Beschädigung der Verbindungsleitung) eine Versorgung
sämtlicher Abnehmer unverändert gewährleistet
werden, da in diesem Fall sowohl die Rückschlagventilvorrichtung
ein Ausströmen von Sauerstoff oder Gas aus der Gruppenversorgungsleitung
verhindert als auch die Strömungsüberwachungsvorrichtung
ein Nachströmen von Sauerstoff aus der anderen Hauptleitung
in die beschädigte Verbindungsleitung verhindert. Auf diese
Weise stellt insbesondere bei der Kombination der Strömungsüberwachungsvorrichtung
mit der Rückschlagventilvorrichtung eine derartige Kombination
eine redundante Versorgung mit Sauerstoff sicher, ohne dass es zu
einem größeren Sauerstoffverlust durch die redundante
Hauptleitung kommt.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen
der Gruppenversorgungsleitung und einem Abnehmer eine Strömungsüberwachungsvorrichtung
vorgesehen, die ausgelegt ist, um bei einem Überschreiten
eines Schwellwertes die Strömung zu begrenzen, wobei der
Schwellwert größer ist als die maximale Nennabnahme
des Abnehmers und die Strömung bei Überschreiten
dieses Schwellwertes auf im Wesentlichen Null begrenzt wird.
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Eine
derartige Strömungsüberwachungsvorrichtung kann
den Sauerstoff bzw. Gasverlust in der Gruppenversorgungsleitung
verhindern, wenn eine Leckage im Zweig des Abnehmers auftritt, beispielsweise
wenn eine Sauerstoffmaske von der Gruppenversorgungsleitung abreißt.
Die Nennabnahme kann auch als ein Atemmuster hinterlegt sein. Im
Fall eines Schlauchabrisses tritt in der Regel eine kontinuierliche
Strömung auf, während bei einer Atmung eine zyklische
Abnahme des Sauerstoffes erfolgt. Bei einem signifikanten Abweichen
von einem Beatmungsmuster kann dann die Sauerstoffzufuhr unterbunden werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform besteht die Strömungsüberwachungsvorrichtung
aus einem Federventil, wobei der Schwellwert durch die Bemessung
der Feder vorgebbar ist.
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Durch
ein Federventil kann eine Strömungsüberwachung
erreicht werden, ohne dass Sensoren oder Aktuatoren eingesetzt werden
müssen. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die Gefahr eines vollständigen Stromausfalles zu befürchten
ist, der dann auch den Ausfall einer Mess- bzw. Steuerungsvorrichtung
zur Folge hätte.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist eine
Strömungsüberwachungsvorrichtung und bzw. oder
eine Rückschlagventilvorrichtung ein Ventil, eine Druckverhältnisermittlungsvorrichtung
zur Ermittlung eines Druckverhältnisses eines Druckes vor
bzw. hinter dem Ventil und eine Ventilsteuerungsvorrichtung auf,
wobei die Ventilsteuerungsvorrichtung ausgelegt ist, um das Ventil
auf der Grundlage des ermittelten Druckverhältnisses anzusteuern.
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Das
Druckverhältnis kann dabei eine Druckdifferenz oder ein
Druckquotient sein von Drücken vor bzw. hinter dem Ventil.
Ein Druckverhältnis kann jedoch auch jeder andere Zusammenhang
zwischen dem Druck vor dem Ventil und dem Druck hinter dem Ventil
sein, solange dieses Druckverhältnis als Grundlage für
eine Ansteuerung des Ventils dienen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise
die Empfindlichkeit bzw. die Schwellwerte der Strömungsüberwachungsvorrichtung
bzw. der Rückschlagventilvorrichtung dynamisch verändert
werden je nach Anforderung. Beispielsweise kann der Schwellwert
in Abhängigkeit von der Sitzbelegung individuell eingestellt
werden, so dass bei der Bemessung des Schwellwertes berücksichtigt
wird, welche maximale Nennabnahme durch die Abnehmer auf den besetzten
Sitzplätzen voraussichtlich erfolgen wird. Ferner kann
auch auf äußere Ereignisse reagiert werden, wenn
diese erfasst werden und der Ventilsteuerungsvorrichtung zur Verfügung
gestellt werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine zentrale Überwachungsvorrichtung
vorgesehen, die ausgelegt ist, um eine Ansteuerung vorhandener Ventile
vorzunehmen auf der Grundlage von Ventilstellungen und bzw. oder Drücken
in dem Gasversorgungssystem.
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Die
Ventilsteuerungsvorrichtung kann beispielsweise auch zentral erfolgen,
so dass die durch die Druckverhältnisermittlungsvorrichtung
ermittelten Druckverhältnisse verschiedenster Strömungsüberwachungsvorrichtungen
bzw. Rückschlagventilvorrichtungen an eine zentrale Steuerung
weitergeleitet werden, die dann die Ansteuerung der entsprechenden
Ventile koordiniert und steuert. Die damit zur Verfügung
stehende Information über eine Vielzahl von Überwachungsstellen
erlaubt auch eine Auswertung und Bewertung von Störfällen
und last unter Umständen Rückschlüsse
auf die Ursache zu, um dann Gegenmaßnahmen ergreifen zu
können. Mit einer derartigen zentralen Überwachungsvorrichtung
kann die Ansteuerung der Ventile koordiniert werden und dabei der
Zustand des Gasversorgungssystems im Detail berücksichtigt
werden, sofern Informationen durch Erfassungsvorrichtungen vorliegen,
die Aufschluss über die einzelnen Abschnitte des Gasversorgungssystem
liefern. Dabei kann sowohl auf Störungen reagiert werden
als auch auf Vorgaben, wie beispielsweise einer Sitz- bzw. Flugzeugbelegung.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gasversorgungssystem ein
Sauerstoffversorgungssystem.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Abnehmer
eine oder eine Gruppe von Gas- bzw. Sauerstoffmasken für
Flugpassagiere.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Luftfahrzeug
mit einem erfindungsgemäßen Gasversorgungssystem
bereitgestellt.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem
Luftfahrzeug die erste Hauptversorgungsleitung oberhalb eines Passagierkabinenbereiches
und die zweite Hauptversorgungsleitung unterhalb eines Passagierkabinenbereiches angeordnet.
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Auf
diese Weise können die beiden Hauptversorgungsleitungen
lokal voneinander getrennt werden, was die Ausfallwahrscheinlichkeit
durch beispielsweise Turbinentrümmer in einem Störfall
vermindert. Dabei kann beispielsweise ein Luftfahrzeug mit Passagierkabinenbereichen
in mehreren Ebenen eine Hauptversorgungsleitung im Deckenbereich
der oberen Passagierkabine aufweisen und eine Hauptversorgungsleitung
im Deckenbereich des unteren Passagierkabinenbereiches. Ebenfalls
ist eine Anordnung denkbar, bei der eine Hauptversorgungsleitung
im Deckenbereich des oberen Passagierkabinenbereiches und im Fußbodenbereich
des unteren Passagierkabinenbereiches vorgesehen ist. Selbstverständlich
können auch mehr als zwei Hauptversorgungsleitungen vorgesehen
sein, beispielsweise in einem Luftfahrzeug mit mehreren Passagierkabinenebenen.
Beispielsweise kann eine erste Hauptversorgungsleitung im Deckenbereich
des oberen Passagierkabinenbereiches, eine zweite Hauptversorgungsleitung
im Deckenbereich des unteren Passagierkabinenbereiches und eine
dritte Hauptversorgungsleitung im Fußbodenbereich bzw.
unterhalb des unteren Passagierkabinenbereiches vorgesehen sein.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße
Gasversorgungssystem in einem Bereich des Luftfahrzeuges angeordnet,
der als Bereich ausgewiesen ist, in den in einem Störfall
Teile von Triebwerken eindringen können.
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Auf
diese Weise wird insbesondere in den gefährdeten Bereichen
eine redundante Gas- bzw. Sauerstoffversorgung bereitgestellt.
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Es
sollte bemerkt werden, dass sich die im Folgenden beschriebenen
Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen
auf das Gasversorgungssystem und das Luftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen
Gasversorgungssystem beziehen.
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Die
einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch
untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte
Wirkungen einstellen können, die über die Summe
der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme
auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
erläutert und verdeutlicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Beispielhafte
Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf
die folgenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Anordnung eines Gasversorgungssystems aus dem Stand der Technik.
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2 zeigt
ein Gasversorgungssystem gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt
ein Gasversorgungssystem gemäß einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt
eine Strömungsüberwachungsvorrichtung eines Gasversorgungssystems
gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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5 zeigt
ein Luftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
ein Gasversorgungssystem gemäß dem Stand der Technik.
Das in 1 gezeigte Gasversorgungssystem weist eine erste
Versorgungsleitung 110 und eine zweite Versorgungsleitung 150 auf.
Dabei werden Gruppenversorgungsleitungen 130 abwechselnd
einmal über die erste Hauptversorgungsleitung 110 und
die zweite Hauptversorgungsleitung 150 versorgt. Zwischen
der Hauptversorgungsleitung und der entsprechenden Gruppenversorgungsleitung
liegt dabei eine Verbindungsleitung 120 bzw. 140. Über
die Gruppenversorgungsleitung 130 werden dann verschiedene
Abnehmer 160 mit Gas bzw. Sauerstoff versorgt. Eine derartige
Anordnung führt bei einen Ausfall einer der beiden Hauptversorgungsleitungen 110, 150 in
dem entsprechenden Abschnitt des Luftfahrzeugs zu einem Versorgungsverlust
von der Hälfte der Gruppenversorgungsleitungen, was in
der Realität zu einem Versorgungsausfall von etwa der Hälfte
der Passagiere in dem betroffenen Bereich eines Luftfahrzeuges führt.
Ein derartiger Versorgungsausfall kann nur mit sehr großem
Aufwand aufgefangen werden, beispielsweise dadurch, dass sich die
Passagiere, die von jeder zweiten ausgefallenen Gruppenversorgungsleitung 130 versorgt
werden, an die Versorgung der dazwischen liegenden noch versorgten Gruppenversorgungsleitungen 130 anschließen,
beispielsweise indem sich zwei Passagiere wechselseitig eine Sauerstoffmaske
teilen. In Stresssituationen in einem Luftfahrzeug, die insbesondere
in Ausnahmesituationen auftreten, in denen überhaupt erst eine
Sauerstoffversorgung notwendig ist, kann durch den Ausfall etwa
der Hälfte der Sauerstoffversorgung ein erhöhtes
Panikpotenzial in einem Luftfahrzeug auftreten, so dass ein derartiger
Zustand wenn möglich zu vermeiden ist.
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2 zeigt
eine Gasversorgung bzw. Sauerstoffversorgung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die redundant
ausgelegt ist, dadurch, dass eine Gruppenversorgungsleitung 30 über
sowohl eine erste Hauptversorgungsleitung 10 als auch eine
zweite Hauptversorgungsleitung 50 mit Sauerstoff bzw. Gas
versorgt wird. Eine Zuleitung zu der Gruppenversorgungsleitung erfolgt
dabei über eine erste Verbindungsleitung 20 bzw.
eine zweite Verbindungsleitung 40. Die Verbindungsleitungen können
auch sehr kurz gehalten werden und sind unter Umständen
auf einen direkten Übergang zwischen Hauptversorgungsleitung
und Gruppenversorgungsleitung reduziert. Es können Absperrvorrichtungen
in der Verbindungsleitung vorgesehen sein. Durch die Ankopplung
der Gruppenversorgungsleitung an zwei oder mehr Hauptversorgungsleitungen kann
jede Gruppenversorgungsleitung 30 mit Sauerstoffversorgt
werden, selbst wenn eine der beiden Hauptversorgungsleitungen 10, 50 durch
einen Störfall ausfiele. Über jede Gruppenversorgungsleitung 30 wird
in der hier gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von
Abnehmern 60 mit Gas bzw. Sauerstoff versorgt. Jeder Abnehmer
kann dabei eine einzelne Sauerstoff- bzw. Gasmaske sein, jedoch
auch eine Gruppe von Sauerstoff- bzw. Gasmasken. In der in 2 gezeigten
Ausführungsform sind aus Übersichtlichkeitsgründen
keinerlei Ventilvorrichtungen eingezeichnet, die jedoch vorgesehen
sein können, um ein unkontrolliertes Zu- bzw. Abfließen
von Gas bzw. Sauerstoff in verschiedene Bereiche des Gas- bzw. Sauerstoffversorgungssystems
ermöglichen.
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3 zeigt
eine Darstellung eines Gas- bzw. Sauerstoffversorgungssystems gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in der exemplarisch
eine Gruppenversorgungsleitung 30 dargestellt ist, die über
zwei Hauptversorgungsleitungen 10, 50 mit Gas
bzw. Sauerstoffversorgt wird. Zwischen der Hauptversorgungsleitung 10 und
der Gruppenversorgungsleitung 30 ist dabei eine Strömungsüberwachungsvorrichtung 12 vorgesehen,
die eine Gas- bzw. Sauerstoffströmung von der Hauptversorgungsleitung 10 in
die Gruppenversorgungsleitung 30 überwachen kann.
Diese dient vornehmlich dazu, dass beispielsweise bei einer Leckage
hinter der Strömungsüberwachungsvorrichtung 12 ein
erhöhter Gasfluss bzw. Sauerstofffluss festgestellt wird, der
auf eine Leckage zurückgeführt wird, so dass in diesem
Fall die Strömungsüberwachungsvorrichtung den
Gasfluss bzw.
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Sauerstofffluss
zwischen der Hauptversorgungsleitung 10 und der Gruppenversorgungsleitung 30 begrenzen
kann. Dabei ist der Schwellwert, oberhalb dem eine Auslösung
der Strömungsbegrenzung eintritt, so auszulegen, dass eine
Strömung, die einer maximalen Nennabgabemenge entspricht,
die zur Versorgung der Abnehmer 50 notwendig ist, noch nicht
zu einer Strömungsbegrenzung durch die Strömungsüberwachungsvorrichtung 12 führt.
Erst wenn eine höhere Strömung als die Summe der
Nennabnahmemenge der Abnehmer 60 auftritt, kann daraus mit
ziemlicher Wahrscheinlichkeit auf eine Leckage geschlossen werden,
so dass in diesem Fall eine Strömungsbegrenzung durch die
Strömungsüberwachungsvorrichtung erfolgen kann.
Die Strömungsüberwachungsvorrichtung kann dabei
die Hauptversorgungsleitung von einer mit der Hauptversorgungsleitung 10 verbundenen
Verbindungsleitung 20 abgrenzen, so dass auch bei einer
Leckage in der Verbindungsleitung 20 ein Ansprechen der
Strömungsüberwachungsvorrichtung 12 auftritt.
Ferner kann zwischen der Hauptversorgungsleitung 10 und
der Gruppenversorgungsleitung 30 eine Rückschlagventilvorrichtung 32 vorgesehen
sein, die verhindert, dass Gas bzw. Sauerstoff aus der Gruppenversorgungsleitung
zurück in den Zweig der Hauptversorgungsleitung 10 fließt.
Dieses ist insbesondere dann zu erwarten, wenn in einer Hauptversorgungsleitung 10 eine
Leckage auftritt, so dass der Druck in dieser Hauptversorgungsleitung 10 derart
abfällt, dass der Druck in der Hauptversorgungsleitung 10 geringer
ist als der Druck in der Gruppenversorgungsleitung 30. In
diesem Fall muss verhindert werden, dass über die defekte
Hauptversorgungsleitung 10 Sauerstoff der Gruppenversorgungsleitung 30 verloren
geht, der eigentlich zur Versorgung von Passagieren notwendig ist.
Die Rückschlagventilvorrichtung 32 kann dabei die
Gruppenversorgungsleitung 30 von der Verbindungsleitung 20 abgrenzen,
so dass auch bei einer Leckage der Verbindungsleitung 20 ein
Zurückfließen einer Gas- bzw. Sauerstoffströmung
aus der Gruppenversorgungsleitung 30 verhindert werden kann.
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Durch
eine Kombination der Strömungsüberwachungsvorrichtung
und der Rückschlagventilvorrichtung kann bei einer Leckage
in der Verbindungsleitung 20 somit zum einen verhindert
werden, dass aus der Hauptversorgungsleitung 10 Sauerstoff
bzw. Gas nachströmt, und zwar durch die Strömungsüberwachungsvorrichtung 12,
während ebenso verhindert werden kann, dass Gas bzw. Sauerstoff
aus der Gruppenversorgungsleitung 30 nachströmen
kann, und zwar durch die Rückschlagventilvorrichtung 32. Um
diese beiden Funktionen zu gewährleisten sollte die Rückschlagventilvorrichtung
dabei stromabwärts – bezogen auf den Normalfall – zu
der Strömungsüberwachungsvorrichtung liegen Für
die zweite Hauptversorgungsleitung 50, die Verbindungsleitung 40 sowie
die Strömungsüberwachungsvorrichtung 54 und
die Rückschlagventilvorrichtung 34 und deren Verbindung
und Funktion mit Bezug auf die Gruppenversorgungsleitung 30 gelten
die für die Strömungsüberwachungsvorrichtung 12,
die Rückschlagventilvorrichtung 32, die Hauptleitung 10 und
die Verbindungsleitung 20 angegebenen Beschreibungen analog.
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Zwischen
den Abnehmern 60 und der Gruppenversorgungsleitung 30 kann
ebenfalls eine Strömungsüberwachungsvorrichtung 36 vorgesehen sein,
die verhindert, dass Gas bzw. Sauerstoff aus der Gruppenversorgungsleitung 30 entweicht,
wenn beispielsweise der Abnehmer 60 einer Störung,
wie etwa einer Leckage, unterliegt. Dieses kann beispielsweise bei
einem Abriss des Sauerstoffmasken- bzw. Gasmaskenschlauches der
Fall sein. In diesem Fall wird durch die Strömungsüberwachungsvorrichtung 36 der
entsprechende Zweig geschlossen, so dass kein unnötiger
Sauerstoff bzw. Gasverlust aus der Gruppenversorgungsleitung 30 auftritt.
Die Bemessung der Strömungsüberwachungsvorrichtung erfolgt
dabei beispielsweise auf der Grundlage der maximal zu erwartenden
Nennabnahme eines jeweiligen Abnehmers 60. Es kann jedoch
auch beispielsweise ein Atemmuster hinterlegt werden, sodass bei einer
Abweichung von diesem Atemmuster eine Leckage vermutet werden kann.
Dabei sollte das Atemmuster jedoch so eingestellt sein, dass jedes
denkbare menschliche Atemmuster abgedeckt wird. Wenn jedoch eine
dauerhafte Sauerstoffabnahme registriert wird, d. h. keine Ausatempause
erkennbar ist, so kann auch auf eine Leckage geschlossen werden. Voraussetzung
ist jedoch, dass eine Abnahme und damit auch ein Atemmuster erfassbar
ist, etwa durch das Ansprechen eines Druckminderers oder eines Erfassungssensors.
Durch eine dauerhafte Überwachung der Strömungsüberwachungsvorrichtungen 12, 54, 36 zwischen
Gruppenversorgungsleitung 30 und Abnehmer 60 oder
zwischen Hauptversorgungsleitung 10, 50 und Gruppenversorgungsleitung 30 kann
auch bei einer behobenen Leckage der zuvor abgeschaltete Bereich
wieder zugeschaltet werden, etwa wenn ein von einer Muffe abgerissener Schlauch
wieder aufgesteckt wurde.
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Die
beiden Hauptversorgungsleitungen 10, 50 können
so angeordnet sein, dass sie nicht gleichzeitig durch Triebswerksteile
beschädigt werden können. Insbesondere kann dieses
dadurch erreicht werden, dass diese aus dem Betrachtungspunkt eines bzw.
mehrerer Triebwerkes nicht hintereinander liegen, sondern um einen
gewissen Winkel differierend. Dabei sollten alle in Betracht kommenden
Triebwerke berücksichtigt werden.
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4 zeigt
eine schematische Anordnung einer Strömungsüberwachungsvorrichtung,
die in der hier gezeigten Ausführungsform ein Ventil 75 aufweist,
das über einen Aktuator bzw. eine Betätigungsvorrichtung 76 betätigt
werden kann. Ferner ist eine Druckverhältnisermittlungsvorrichtung 71 vorgesehen,
die die Druckverhältnisse sowohl vor als auch hinter dem
Ventil 75 ermitteln kann. Dieses kann beispielsweise durch
Drucksensoren jeglicher Art erfolgen. Dabei ist sowohl eine mechanische
Rückkopplung über eine Feder als auch eine elektrische
Rückkopplung über Signale möglich. Über
eine derartige Druckermittlung mittels beispielsweise Sensoren 72, 73 kann
einer Ventilansteuerungsvorrichtung 77 eine entsprechende
Information bereitgestellt werden, auf deren Grundlage das Ventil über
eine Betätigungsvorrichtung angesteuert werden kann. Die
Ventilsteuerung 77 muss dabei nicht zwingend in der örtlichen Nähe
des Ventils angeordnet sein, sondern kann beispielsweise auch in
Form einer zentralen Steuerung für eine Vielzahl von Ventilen
vorgesehen sein. Aus den Messergebnissen der Sensoren 72, 73 kann
beispielsweise eine Druckdifferenz oder ein Druckquotient ermittelt
werden, der dann mit einem entsprechenden Schwellwert verglichen wird,
um auf diese Weise eine Betätigung des Ventils vornehmen
zu können. Die durch eine Druckerfassungsvorrichtung 72, 73,
eine Ventilsteuerung 77, eine Betätigungsvorrichtung 76 und
ein Ventil 75 angegebene Anordnung kann beispielsweise
bereits durch eine einfache Federventilanordnung erreicht werden,
bei der jedoch der Schwellwert nicht dynamisch angepasst werden kann.
Eine derartige mechanische Lösung ist insbesondere bei
einem kompletten Stromausfall in einem Flugzeug vorteilhaft. Jedoch
kann diese Lösung auch durch eine gewisse logische Intelligenz
erweitert werden, so dass auch dynamische Veränderungen
oder Vorgaben berücksichtigt werden können, beispielsweise
eine Kabinenbelegung, eine Sitzbelegung oder sonstige Vorgaben.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein gemäß 4 gezeigter
systematischer Aufbau sowohl für die Strömungsüberwachungsvorrichtung
als auch für die Rückschlagventilvorrichtung verwendet
werden kann, wobei jedoch bei dem Rückschlagventil lediglich
ein Rückströmen eines Gases bzw. von Sauerstoff
verhindert werden soll, während bei der Strömungsüberwachung
ein Schwellwert in einer bestimmten Größe vorgegeben
werden kann.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass als Ventil sowohl einfache mechanische
Ventile als auch pneumatische oder elektrische Ventile verwendet werden
können, die wiederum pneumatisch bzw. elektrisch angesteuert
werden können.
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5 zeigt
ein Luftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung mit einem Gas- bzw. Sauerstoffversorgungssystem. Das Luftfahrzeug 100 weist
in der hier gezeigten Ausführungsform einen ersten Passagierkabinenbereich 101 und
einen zweiten Passagierkabinenbereich 102 auf. Dabei kann
die Hauptversorgungsleitung 10 im Deckenbereich des ersten
Passagierkabinenbereiches 101 liegen, während
die zweite Hauptversorgungsleitung 50 im Deckenbereich
des zweiten Passagierkabinenbereiches 102 liegt. Alternativ
kann auch eine Hauptversorgungsleitung unterhalb des zweiten Passagierkabinenbereiches 102 vorgesehen sein.
Selbstverständlich können auch mehr als zwei Hauptversorgungsleitungen
vorgesehen sein, beispielsweise eine hier nicht gezeigte dritte
Hauptversorgungsleitung zusätzlich zu den in 5 gezeigten Hauptversorgungsleitungen 10, 50,
beispielsweise im Bodenbereich des unteren Passagierkabinenbereiches 102.
Die Gruppenversorgungsleitung ist in der hier gezeigten Ausführungsform
ringförmig, kann jedoch auch ein verzweigtes Gruppenversorgungsleitungssystem
sein in Form einer Baum- oder Aststruktur. Selbstverständlich
kann auch eine Gruppenversorgungsleitung in Form eines Maschenleitungssystems
vorgesehen sein, insbesondere wenn mehr als zwei Hauptversorgungsleitungen
vorgesehen sind. Die Maschen bzw. Äste der Maschen können dann
ebenso mit Strömungsüberwachungsvorrichtungen
und Rückschlagventilen versehen sein, um eine Abkopplung
defekter Stränge vorzunehmen. Im Bereich des oberen Passagierkabinenbereiches 101 ist
in 4 eine Ausführungsform gezeigt, bei der
die Abnehmer aus einzelnen Gas- bzw. Sauerstoffmasken 61 bestehen.
Im Bereich des unteren Passagierkabinenbereiches 102 ist
eine alternative Ausführungsform zu sehen, bei der die
Abnehmer 60 aus Gruppen von Sauerstoff- bzw. Gasmasken 61 bestehen,
die beispielsweise an Sauerstoffcontainern in den Gepäckablagen
angeschlossen sein können.
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Es
sei angemerkt, dass in 5 keinerlei Ventil bzw. Absperrvorrichtungen
dargestellt sind, die jedoch selbstverständlich gemäß beispielsweise
der in 3 gezeigten Ausführungsform vorgesehen sein
können.
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Selbstverständlich
können auch innerhalb der Hauptversorgungsleitung Absperr-
und Überwachungsvorrichtungen vorgesehen sein, um beispielsweise
abschnittsweise eine Hauptversorgungsleitung abzusperren oder freizugeben.
Die Hauptversorgungsleitungen 10 bzw. 50 können
selbstverständlich auch durch Bypassleitungen miteinander
verbunden werden, um beispielsweise bei einem Ausfall bestimmter
Bereiche eine Umgehung des beschädigten Bereiches ermöglichen
zu können.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung neben der
Verwendung in Luftfahrzeugen auch beispielsweise in anderen Fahrzeugen verwendet
werden kann, beispielsweise bei einer Sauerstoffversorgung in Bussen
bzw. Zügen, wenn diese beispielsweise in Gebieten verkehren,
in denen die Umgebungsluft nicht ohne weiteres für eine
Versorgung der Passagiere verwendet werden kann. Das Gasversorgungssystem
kann selbstverständlich auch für andere Gasversorgungen
verwendet werden, die etwa Pneumatikkreise betreffen. Wenn das Gasversorgungssystem
entsprechend modifiziert wird kann es selbstverständlich
auch für Flüssigkeiten verwendet werden, etwa
in redundant auszulegenden hydraulischen Systemen, wie etwa Bremssysteme
oder Ruderansteuerungen.
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Es
sei angemerkt, dass der Begriff „umfassend" weitere Elemente
nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein"
und „eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die
verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung
der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend
betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die
Ansprüche wiedergegeben wird.
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Ergänzend
ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen
Elemente oder Schritte ausschließt und „eine"
oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden
sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer
oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht
als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4651728 [0003, 0003]