DE102004056295B4

DE102004056295B4 - Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk

Info

Publication number: DE102004056295B4
Application number: DE200410056295
Authority: DE
Inventors: Manuela Stein; Alan Gleeson
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: DE102004056295A1

Abstract

Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk mit einer mit einem Öltank (17) verbundenen Zuführleitung (1), in welcher eine Zuführpumpe (2) angeordnet ist, wobei die Zuführleitung (1) mit zumindest einer Lagerkammer (24, 25) verbunden ist, mit zumindest einer mit einer Rückführpumpe (3, 13) versehenen, mit der Lagerkammer (24, 25) verbundenen Rückführleitung (4), und mit einer Verbindungsleitung (5), welche mit einem Ventilelement (6) versehen ist und die Zuführleitung (1) zur Förderung von Öl von der Rückführleitung (4) in die Zuführleitung (1) mit der Rückführleitung (4) verbindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk.
Aus dem Stand der Technik ist das Problem bekannt, dass Flugzeuge bei bestimmten Flugmanövern sowohl positiven als auch negativen g-Belastungen unterworfen sind. Positive g-Belastungen treten im üblichen Flugzustand auf, während negative g-Belastungen beispielsweise im Rückenflug oder bei anderen diesbezüglichen Manövern vorliegen.
Dementsprechend ist es erforderlich, die Ölversorgung der Lager der Triebwerke, insbesondere bei Strahltriebwerken, so auszubilden, dass sich bei negativen g-Belastungen keine Unterbrechung der Ölzufuhr einstellt.
Als Stand der Technik seien die US 6,367,248 B1 und die US 4,891,934 A1 genannt.
Eine Störung der Ölzufuhr kann auch bei Null-g-Belastungen auftreten. Dies hängt von dem Aufbau der jeweiligen Ölversorgung ab.
Um das Problem zu überwinden, wurden unterschiedliche Vorschläge gemacht, die sich jedoch jeweils durch einen komplexen Aufbau auszeichnen, der eine Vielzahl von Bauelementen erfordert. Hieraus ergeben sich zum einen ein hoher Platzbedarf und zum anderen hohe Herstellungs- und Wartungskosten. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, Druckbehälter vorzusehen, in denen das Öl unter Druck, beispielsweise mit einem Luftpolster, bevorratet wird. Andere Lösungen beschreiben drehbare Tanksysteme oder Tanksysteme, bei welchen das gespeicherte Öl über unterschiedliche Auslasssysteme abgepumpt wird. Die Anwendungen beispielsweise eines Druckbehälters oder Tanksystems sind in ihrer Wirkungsweise zeitlich limitiert. Eine alternative Lösung sieht auch die Umgestaltung der Lager als sogenannte Hybrid-Lager vor.
Die US 4 891 934 A zeigt keine Verbindungsleitung zwischen der Zuführleitung bzw. den Ölpumpen und der Rückführleitung.
Aus der US 6 367 248 B1 ist es bekannt, aus einem Ölsumpf mittels einer Pumpe Öl dem System zuzuführen. Es ist dabei eine Bypassleitung vorgesehen, um das gepumpte Öl zurückzuführen, wenn das System noch kalt ist. Eine Verbindungsleitung ist nicht vorgesehen.
Aus der in der EP 1 160 419 A1 im Detail gezeigten Ausgestaltung ergibt sich, dass eine Zuführpumpe Öl durch eine Zuführleitung zu den Lagern pumpt. Über Rückführleitungen wird das Öl zu Rückführpumpen gepumpt. Auch hierbei ist keine Verbindungsleitung vorgesehen.
Die US 4 531 358 A zeigt eine Hauptpumpe, durch welche Öl zu den Lagerkammern gepumpt wird. Von diesen wird das Öl über Rückführleitungen in den Tank zurückgefördert. Die Rückführleitung ist mit einer Rückführpumpe versehen. Es ist zwar vorgesehen, dass stromab der Rückführpumpe eine Verbindungsleitung zu einem Ablassventil führt, diese Leitung kann jedoch nicht dazu dienen, das rückgeführte, aus der Lagerkammer austretende Öl in die Zuführleitung zu leiten. Deshalb liegt auch dieser Konstruktion ein gänzlich anderes Prinzip zugrunde, bei welchem lediglich der Ölabscheider mit der Zuführleitung verbunden ist.
Bei der in der JP S57-70907 A gezeigten Konstruktion wird Öl aus einem Tank durch eine Hauptölpumpe Lagern zugeführt. Die Ölrückführung erfolgt ohne Rückführpumpe direkt in den Tank. Es liegt somit auch bei dieser Konstruktion keine Verbindungsleitung vor, die zu einem Rückpumpen des rückgeführten Öls in die Zuführleitung dienen könnte.
Aus der DE 131 155 A ist keine Verbindungsleitung zu erkennen, vielmehr wird Öl über eine Druckleitung einem Lager zugeführt und über eine Ölrückleitung zurückgeführt.
Auch die FR 2 358 615 A1 zeigt keine Verbindungsleitung, es ist lediglich vorgesehen, aus der Zuführleitung Öl abzupumpen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes vermeidet und unter allen Flugbedingungen eine zuverlässige Ölversorgung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in einer Zuführleitung, in welcher das Öl aus einem Vorratstank mittels einer Zuführpumpe zu den Lagern etc. gepumpt wird, eine Abzweigung vorgesehen ist, an welcher eine Verbindungsleitung mündet. Die Verbindungsleitung ist mit einem Ventilelement versehen und ermöglicht es unter bestimmten Betriebsbedingungen, Öl von einer Rückführleitung in die Zuführleitung (Versorgungsleitung) zu fördern. Die Rückführleitung dient dazu, Öl aus dem Ölabscheider in einen Vorratstank zurückzupumpen. Zu diesem Zweck ist die Rückführleitung mit einer Rückführpumpe versehen.
Während positiver g-Belastungen arbeitet die Zuführpumpe zuverlässig und stellt einen ausreichenden Druck in der Zuführleitung zur Verfügung, so dass die Ölversorgung gesichert ist. Verändert sich nunmehr der Belastungszustand des Flugzeuges während entsprechender Manöver so, dass sich eine Null-g-Belastung oder eine negative g-Belastung ergibt, so fördert die Zuführpumpe Luft, da sich das Öl auf der anderen Seite des Tankes befindet. Es kann vielmehr vorkommen, dass sich stromab der Zuführpumpe ein Druck ergibt, welcher annähernd dem Tankdruck gleich ist. Hierdurch würde die Ölzufuhr zu den Lagern oder ähnlichen Bauelementen unterbrochen werden oder zumindest auf einen Wert zurückgehen, der zur Schmierung der Lager nicht mehr ausreichend ist. Die Folge wäre eine Beschädigung der Lager oder zumindest eine drastische Verringerung der Lebensdauer. Bei einem derartigen Flugmanöver ist der Druck in der Rückführleitung höher als der Druck in der Zuführleitung. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungsleitung ist es möglich, nunmehr druckbeaufschlagtes Öl der Zuführleitung zuzuleiten, um auf diese Weise eine ausreichende Lagerschmierung zu gewährleisten. Die in der Erfindung relevante Rückführleitung kommt vom Ölabscheider, weil der Ölabscheider im Falle von Null-g-Belastungen und negativen g-Belastungen als rotierender Öltank funktioniert.
Um eine ausreichende Druckerhöhung in der Rückführleitung zu gewährleisten, kann es günstig sein, wenn diese stromab der Abzweigung der Verbindungsleitung mit einem Drosselelement versehen ist. Dieses kann regelbar oder nicht-regelbar ausgebildet sein, so dass der Druck in der Rückführleitung und damit verbunden auch der Druck in der Verbindungsleitung bei den beschriebenen Flugmanövern entsprechend einstellbar ist.
In besonders günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement in Form eines Dreiwege-Ventils ausgebildet ist. Dieses kann beispielsweise an der Abzweigung der Verbindungsleitung von der Rückführleitung angeordnet sein. Bei einem Erkennen eines Null-g-Belastungszustandes oder eines Negativ-g-Belastungszustandes wird das Dreiwege-Ventil entsprechend geschaltet, um den Öldruck in der Zuführleitung aufrechterhalten zu können.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement in Form eines vorgespannten Rückschlagventils oder eines ähnlichen Ventilelements ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine automatische Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ölversorgungsvorrichtung. Während normaler Betriebszustände mit positiven g-Belastungen ist das Ventilelement geschlossen, da der Druck in der Zuführleitung höher ist, als der Druck in der Rückführleitung. Falls jedoch der Druck in der Zuführleitung absinkt (aufgrund der oben beschriebenen Manöver), öffnet sich das Ventilelement selbsttätig, um Öl aus der Rückführleitung in die Zuführleitung zu führen.
Erfindungsgemäß wird somit das rückzuführende Öl in einem geschlossenen Kreislauf zurückgepumpt.
Um den Öldruck in der Verbindungsleitung zu begrenzen, kann es günstig sein, wenn parallel zu dem Ventilelement ein in Gegenrichtung wirkendes Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist.
Besonders günstig ist es, wenn die Verbindungsleitung strömungsabwärts der Zuführpumpe und strömungsabwärts der Rückführpumpe an die Zuführleitung bzw. an die Rückführleitung angeschlossen ist. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Verbindungsleitung stromauf der Zuführpumpe an die Zuführleitung anzuschließen und stromauf der Rückführpumpe von der Rückführleitung abzuzweigen.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Ventilelement in ein Kaltstart-Druckabbau-Ventilelement zu integrieren.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines Dreiwege-Ventils,
2 eine schematische Darstellung, analog 1, unter Verwendung eines Rückschlagventils, das in ein Druckbegrenzungsventil integriert ist,
3 und 4 unterschiedliche Betriebszustände des in 2 gezeigten Rückschlagventils, und
5 eine alternative Ausgestaltungsvariante, analog 1.
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Figuren zeigen eine Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk in schematischer Darstellung, wobei lediglich die für die Beschreibung der Erfindung notwendigen Teile und Bauelemente beschrieben sind.
Die Ölversorgungsvorrichtung umfasst eine Zuführleitung 1, welche aus einer nicht dargestellten Ölquelle zu einer nicht dargestellten weiteren Versorgungseinrichtung, beispielsweise Lagern oder Ähnlichem, führt. In der Zuführleitung 1 ist eine Zuführpumpe 2 angeordnet.
Mit dem Bezugszeichen 9 sind jeweils Filter gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet jeweils ein Druckbegrenzungsventil, so wie es beispielsweise in einer Bypassleitung 10 vorgesehen ist. Dieser Aufbau entspricht dem Stand der Technik und den üblichen Anforderungen.
Die 1, 2 und 5 zeigen weiterhin eine Rückführleitung 4, welche mit einer Rückführpumpe 3 versehen ist. Die Rückführleitung 4 dient dazu, Öl von einem Ölabscheider oder Entgaser abzuführen und das Öl über die Rückführleitung in einen Ölvorratsbehälter zu pumpen, aus welchem beispielsweise auch die Zuführleitung 1 gespeist werden kann. Die Rückführleitung 4 ist ebenfalls mit einem Filter 9 versehen.
Aus der Gesamtdarstellung der 1 ist im Einzelnen der Vorratsbehälter 17 (Öltank) sowie ein zugeordneter Öltankentlüfter 18 dargestellt. In diesen mündet eine gemeinsame Rückführleitung 19, welche sich an die Rückführleitung 4 anschließt.
In gestrichelter Linie ist weiterhin eine Öltankentlüftungsleitung 21 dargestellt, welche in den Ölabscheider oder Entgaser 22 (Breather) mündet.
Weiterhin zeigt die 1, dass das durch die Zuführpumpe 2 geförderte Öl von der Zuführleitung 1 in einen Ölkühler 20 mündet und von diesem aus an Baugeräten 23 (AGB, Excessory Gear Box), einer Getriebelagerkammer 24 (IGB, Internal Gear Box) und/oder einer hinteren Lagerkammer 25 (RBC, Rear Bearing Chamber) zugeführt wird. Die jeweiligen Entlüftungsleitungen 26 sind, ebenso wie die Öltankentlüftungsleitung 21 gepunktet dargestellt.
Die 1, 2 und 5 zeigen jeweils weitere, parallele Leitungen, die jeweils ebenfalls mit einer Pumpe 13 sowie einem Filter 9 versehen sind und in die gemeinsame Rückführleitung 19 münden. Über diese Leitungen wird Öl von Anbaugeräten, einer Getriebelagerkammer und/oder einer hinteren Lagerkammer rückgeführt.
Erfindungsgemäß ist eine Verbindungsleitung 5 vorgesehen, welche die Zuführleitung 1 mit der Rückführleitung 4 verbindet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Dreiwege-Ventil als Ventilelement 6 eingesetzt, welches die beiden im unteren Bereich der 1 dargestellten Positionen 1 und 2 einnehmen kann. Hieraus ergibt sich, dass während des normalen Betriebszustandes des Flugzeuges (bei positiven g-Belastungen) das Öl durch die Rückführleitung von dem Anschlusspunkt A zu dem Anschlusspunkt C geleitet wird. Bei einer Null-g-Belastung oder bei einer negativen g-Belastung erfolgt ein Umschalten des Dreiwege-Ventils (Ventilelement 6), so dass das Öl von dem Anschluss A zu dem Anschluss B und somit von der Rückführleitung 4 in die Verbindungsleitung 5 geleitet wird.
Bei allen drei in den 1, 2 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen kann, wie in 2 gezeigt, in der Rückführleitung 4 stromab der Rückführpumpe 3 ein Drosselelement 7 vorgesehen sein, welches fest eingestellt (konstant) arbeiten kann oder welches mechanisch gesteuert werden kann, so wie dies in 2 angedeutet ist, um einen entsprechenden Druckaufbau in der Rückführleitung 4 zu sichern.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement als Rückschlagventil oder als vorgespanntes Ventil ausgebildet, so wie dies in den vergrößerten Darstellungen der 3 und 4 gezeigt ist. Dabei wird ein Ventilkörper 15 mittels einer Feder 14 gegen einen Ventilsitz 16 vorgespannt (siehe 3). Durch den höheren Druck in der Zuführleitung 1 während positiver g-Belastungen des Flugzeuges wird somit das Ventilelement 6 zusätzlich zu der Wirkung der Feder 14 geschlossen. Bei negativen g-Belastungen öffnet das Ventilelement 6, wie in 4 dargestellt, so dass das Öl durch die Verbindungsleitung 5 der Zuführleitung 1 zugeleitet werden kann.
Die 2 zeigt eine parallel angeordnete Druckbegrenzungsleitung 12, in welcher ein Druckbegrenzungsventil 8 vorgesehen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 unterscheidet sich im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1 die Anordnung des Ventilelements 6. Dieses ist stromauf der Rückführpumpe 3 angeordnet, seine Wirkungsweise ist gleich zu der Wirkungsweise gemäß 1. Die Mündung der Verbindungsleitung 5 erfolgt stromauf der Zuführpumpe 2.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wirkt somit bei Null-g-Belastungen und Negativ-g-Belastungen der Ölabscheider (Breather) als temporärer Öltank, aus dem die Lager über die Verbindungsleitung 5 mit Öl versorgt werden. Die Ölversorgung erfolgt somit nicht über die weitere Rückführleitung 4 bzw. die gemeinsame Rückführleitung 19, sondern direkt aus dem Ölabscheider 22.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit der Vorteil, dass unter allen Betriebsbedingungen des Flugzeuges eine sichere Ölversorgung erfolgt. Im Vergleich zum Stand der Technik ist der Aufbau einfach und kostengünstig, er zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und einen geringen Wartungsaufwand aus.
Bezugszeichenliste

1: Zuführleitung
2: Zuführpumpe
3: Rückführpumpe
4: Rückführleitung
5: Verbindungsleitung
6: Ventilelement
7: Drosselelement
8: Druckbegrenzungsventil (Kaltstart-Druckabbauventil)
9: Filter
10: Bypassleitung
11: Druckbegrenzungsventil
12: Druckbegrenzungsleitung
13: Pumpe
14: Feder
15: Ventilkörper
16: Ventilsitz
17: Öltank/Ölvorratsbehälter
18: Öltankentlüfter
19: Gemeinsame Rückführleitung
20: Ölkühler
21: Öltankentlüftungsleitung
22: Ölabscheider (Breather)
23: Anbaugerät
24: Getriebelagerkammer
25: Hintere Lagerkammer
26: Entlüftungsleitung
27: Hauptfilter
28: Rückschlagventil

Claims

Ölversorgungsvorrichtung für ein Flugzeugtriebwerk mit einer mit einem Öltank (17) verbundenen Zuführleitung (1), in welcher eine Zuführpumpe (2) angeordnet ist, wobei die Zuführleitung (1) mit zumindest einer Lagerkammer (24, 25) verbunden ist, mit zumindest einer mit einer Rückführpumpe (3, 13) versehenen, mit der Lagerkammer (24, 25) verbundenen Rückführleitung (4), und mit einer Verbindungsleitung (5), welche mit einem Ventilelement (6) versehen ist und die Zuführleitung (1) zur Förderung von Öl von der Rückführleitung (4) in die Zuführleitung (1) mit der Rückführleitung (4) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4) mit einem Ölabscheider (22) verbunden ist und Öl von dem Ölabscheider (22) abführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (4) stromab der Abzweigung der Verbindungsleitung (5) mit einem Drosselelement (7) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (7) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (7) nicht-regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (6) in Form eines Dreiwege-Ventils ausgebildet ist, welches an der Abzweigung der Verbindungsleitung (5) von der Rückführleitung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (6) in Form eines vorgespannten Rückschlagventils ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Ventilelement (6) ein in Gegenrichtung wirkendes Druckbegrenzungsventil (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (5), welche mit dem Ventilelement (6) versehen ist, die Zuführleitung (1) stromabwärts der Zuführpumpe (2) und die Rückführleitung (4) stromabwärts der Rückführpumpe (3) verbindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (5), welche mit dem Ventilelement (6) versehen ist, die Zuführleitung (1) stromaufwärts der Zuführpumpe (2) mit der Rückführleitung (4) stromaufwärts der Rückführpumpe (3) verbindet.