DE102010022642A1

DE102010022642A1 - Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl oder Brennstoff durch eine Filteranordnung

Info

Publication number: DE102010022642A1
Application number: DE102010022642A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Lück; Anika Schönicke
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl oder Brennstoff durch eine Filteranordnung mittels eines mit einer Schutzmembran versehenen Differentialdrucksensors. Um diesen vor Druckwellen zu schützen und um die Lebensdauer der in diesem angeordneten, messenden Elemente zu verlängern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Differentialdrucksensor (12) in eine zwischen dem Einlass (2) in die Filteranordnung (1) und dem Auslass (3) aus der Filteranordnung (1) geschaltete Messleitung (8) mit zwei Messleitungsarmen (9, 10) eingeschaltet ist und dass parallel zum Differentialdrucksensor (12) zwischen die beiden Messleitungsarme (9, 10) der Messleitung (8) eine Verbindungsleitung (13) eingeschaltet ist, in welcher die Schutzmembran (14) angeordnet ist. (1)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl oder Brennstoff durch eine Filteranordnung mittels eines mit einer Schutzmembran versehenen Differentialdrucksensors.
Der Öl- und Brennstoffzufluss, z. B. in Flugzeugtriebwerken, wird durch Filteranordnungen von Verunreinigungen befreit. Um den Durchfluss durch die Filteranordnung zu prüfen und Verstopfungen rechtzeitig zu erkennen, befindet sich parallel zu der Filteranordnung in einer zwischen dem Ein- und dem Auslass der Filteranordnung geschalteten Messleitung ein Differentialdrucksensor, z. B. ein auf einem integrierten Chip (IC) basierender Drucksensor. Dieser besteht aus einer Halbleitermembran, auf der Dehnungsmessstreifen (DMS) eindiffundiert bzw. eingeätzt sind. Bei einem Druckunterschied werden die DMS gedehnt oder gestaucht, und es kommt zu einer Änderung des elektrischen Widerstandes. Damit können der Durchfluss von Öl und Brennstoff überprüft und Verstopfungen rechtzeitig erkannt werden.
Es besteht aber die Gefahr, dass derartig angeordnete Differentialdrucksensoren durch einen permanent oszillierenden Druckverlauf beschädigt werden. Um die Differentialdruckensoren vor derartigen Ereignissen zu schützen, sind bereits verschiedene Vorrichtungen bekannt.
Die US 5,157,973 beschreibt einen Drucksensor mit integriertem Überdruckschutz. Der aus einer Silikonmembran bestehende Drucksensor ist von zwei Gehäusehälften umschlossen, die jeweils durch ein Leitungsrohr das Messen von Druck oder Druckdifferenzen zulassen. Die Silikonmembran besteht aus einem zentralen Teil, das sich axial wie ein Kolben bewegen kann, sowie aus einem Außenteil und einem dünnen, flexiblen Stab, der Außen- und Innenteil miteinander verbindet. Am Innenteil der Gehäusehälften befindet sich jeweils eine dünne Schutzschicht, die bei Überdruck gegen das zentrale Teil der Silikonmembran drückt und somit eine axiale Bewegung unterbindet. Die Schicht wirkt gleichzeitig als Kondensator zum Messen des elektrischen Widerstandes, womit sich auf die Größe des wirkenden Druckes schließen lässt.
Die WO 96/03629 beschreibt eine Schutzmembran für einen Siliziumdrucksensor, die in ihrem äußeren Umfang eine Sicke enthält, welche die Temperatur- und Druckspannungen auffängt und zudem die Trägheit der Schutzmembran beeinflusst.
Die US 2005/0081638 A1 beschreibt ein Sensor-Diaphragma für einen Differentialdruck-Sensor mit einem Überdruckschutz. Der Differentialdruck-Sensor besteht hierbei aus einem zweigeteilten Gehäuse. Zwischen dessen beiden Teilen befindet sich eine Membran in Form eines Mehrschichtverbundes, die den Zwischenraum in zwei Hälften teilt und sich je nach Druckunterschied in die Richtung des geringeren Druckes krümmt. Das innere Gehäuse ist dabei so ausgelegt, dass es bei einem zu hohen Druck keine weitere Krümmung der Membran zulässt.
Aus US 4,686,764 ist ein durch eine Membrane geschützter Halbleiter-Drucksensor vorbekannt, der den Druck über eine Kombination aus einem Druckübertragungsmedium und einer dünnen Schutzmembran misst. Die Schutzmembran soll den Sensor dabei vor Lufteinschüssen und ungewöhnlichen Schwankungen des Druckes schützen.
Aus US 4,879,627 ist ein kapazitiver Differentialdrucksensor mit Überdruckschutz bekannt, der aus zwei kapazitiven Sensoren besteht, die nebeneinander angeordnet sind und einen Zwischenraum bilden. Bei Druckänderungen biegen sich die Sensormembranen, und die Kapazität ändert sich. Bereits die doppelte Ausführung bietet Schutz gegenüber Überdruck, zudem werden die Membranen jeweils noch durch einen Stop oder eine Lagerung gesichert.
Derartige sensible Differentialdrucksensoren, wie die auf der Chip-Technologie (Mikrostrukturtechnik) basierenden Differentialdrucksensoren, haben den Nachteil, dass diese durch periodische Druckwellen in der Lebensdauer stark beschränkt werden. Besonders in Getrieben, wie insbesondere in Flugtriebwerken, kann es zu stärkeren Vibrationen kommen, die stark oszillierende Wellen mit hohen Amplituden auslösen können. Auch Pumpen, die Flüssigkeiten transportieren, können starke Druckwellen auslösen.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl oder Brennstoff durch eine Filteranordnung von Flugtriebwerken mittels eines mit einer Schutzmembran versehenen Differentialdrucksensors zu schaffen, bei der die messenden Elemente, insbesondere die Messchips, des Differentialdrucksensors vor Druckwellen geschützt sind, um so die Lebensdauer des messenden bzw. auslesenden Elementes wesentlich zu verlängern.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Differentialdrucksensor in eine zwischen dem Einlass in die Filteranordnung und dem Auslass aus der Filteranordnung geschaltete Messleitung mit zwei Messleitungsarmen eingeschaltet ist und dass parallel zum Differentialdrucksensor zwischen die beiden Messleitungsarme der Messleitung eine Verbindungsleitung eingeschaltet ist, in welcher die Schutzmembran angeordnet ist.
Die Schutzmembran ist parallel zu dem Differenzdrucksensor angeordnet, so dass durch die Schutzmembran eine Druckwelle auf die andere Seite der Filteranordnung übertragen und der Einlauf mit dem Auslauf der Filteranordnung, d. h. die beiden Zuläufe der Filteranordnung, somit kurzgeschlossen werden. Die Druckwelle gelangt damit an das messende Element im Differentialdrucksensor in wesentlich abgeschwächter Form. Die Schutzmembran muss dabei den Umgebungsbedingungen, insbesondere in einem Flugtriebwerk, angepasst sein. Sie muss dem statischen Druck im Leitungssystem standhalten und darf auch durch die Druckwellen nicht beschädigt werden (Ermüdungsbruch).
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Schutzmembran in der Verbindungsleitung auf beiden Seiten mit Überdruckschutzgittern versehen.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind in der Messleitung zwischen der Verbindungsleitung und dem Differentialdrucksensor Drosseln angeordnet. Diese zusätzlich angebrachten Drosseln sorgen dafür, dass ein hauptsächlich statischer Druck an dem messenden Element des Differenzdrucksensors bzw. an dem elastischen Element hinter der Drossel, wie z. B. einem Lufteinschluss, vorliegt.
Durch die derart angeordnete Schutzmembran kann die Lebensdauer des Messelementes im Differentialdrucksensor so erhöht werden, dass ein sicherer Einsatz bei hohen periodischen Druckwellen überhaupt erst möglich ist. Somit sind teure Messchips unverändert für Einsatzmodelle geeignet, bei denen eine härtere Umgebung mit periodisch verlaufenden Druckimpulsen vorliegt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl- oder Brennstoff durch eine Filteranordnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine prinzipielle Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Filteranordnung und
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die 1 zeigt einen prinzipiellen Schnitt durch eine Filteranordnung 1 eines Flugtriebwerkes mit einem Einlass 2 für das ungefilterte Öl oder den ungefilterten Kraftstoff und einem Auslass 3 für das gefilterte Öl oder den gefilterten Kraftstoff. Ein Filterelement 4 ist in der Filteranordnung 1 in bekannter Weise vorhanden. Die Filteranordnung 1 dient zur Filterung von Fremdstoffen bzw. Verschmutzungen im Brennstoff bzw. Öl.
Das Öl bzw. der Kraftstoff fließen der Filteranordnung 1 durch den Einlass 2 gemäß dem Pfeil 6 unter dem Druck P1 zu und verlassen die Filteranordnung 1 durch den Auslass 2 gemäß dem Pfeil 7 unter dem Druck P2. Der Differenzdruck dP = P1–P2, der sich durch den Durchfluss des Öls bzw. des Kraftstoffes durch die Filteranordnung 1 einstellt, muss ständig gemessen bzw. kontrolliert werden, um Verstopfungen der Filteranordnung 1 rechtzeitig zu erkennen.
Hierzu ist zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 3 der Filteranordnung 1 eine aus einem ersten und einem zweiten Messleitungsarm 9, 10 gebildete Messleitung 8 eingeschaltet. Die ersten und zweiten Messleitungsarme 9, 10 führen zu einer in einer Verbindungsleitung 13 angeordneten Schutzmembran 14 und anschließend über Drosseln (Verengungen) 16 und einen Leitungsbogen 11 bildende erste und zweite Zuleitungen 11a, 11b zu einem Differentialdrucksensor (integrierter Messchip) 12. Innerhalb der ersten und zweiten Zuleitungen 11a, 11b zum Differentialdrucksensor 16 sind elastische Elemente 18 angeordnet, welche die Aufgabe haben, zusammen mit den Drosseln 16 die verbleibenden Druckwellen zusätzlich zu dämpfen. Die Schutzmembran 14 ist hier als eine dem Differentialdrucksensor 12 vorgeschaltete Einheit ausgeführt, kann aber auch als ein integraler Bestandteil des Differentialdrucksensors 16 ausgeführt sein.
Die erste und zweite Messleitung 9, 10 sind durch den aus den beiden Zuleitungen 11a, 11b gebildeten U-förmigen Leitungsbogen 11 verbunden, in den der Differenzdrucksensor 12 eingesetzt ist, der ein auf einem integrierten Chip basierender Drucksensor sein kann und der mit eindiffundierten bzw. eingeätzten Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen ist. Bei einem Druckunterschied dP werden die DMS gedehnt oder gestaucht, und es kommt zu einer Änderung des elektrischen Widerstandes, der an einem angeschlossenen, nicht dargestellten elektrischen Messgerät angezeigt wird. Damit können der Zufluss von ungefiltertem Öl bzw. Brennstoff durch den Einlass 2 beim öffnen des Bypassventils und der Durchfluss durch die Filteranordnung 1 und der Auslass 3 von gefiltertem Öl bzw. Kraftstoff überprüft und Verstopfungen rechtzeitig erkannt werden.
Derartige Differentialdrucksensoren 12 reagieren auf periodische Druckwellen in dem Leitungssystem für das Öl bzw. den Kraftstoff sensibel, so dass diese in der Lebensdauer beschränkt sind. Besonders bei Flugtriebwerken mit Leistungsgetrieben kann es zu stärkeren Vibrationen kommen, die stark oszillierende Wellen mit hohen Amplituden auslösen können.
Um den Differentialdrucksensor 12 zu schützen, ist gemäß 2 und insbesondere gemäß dem in 1 und 2 gestrichelt dargestellten ovalen Bereich 17 parallel zu diesem und zwischen die beiden Messleitungsarme 9, 10 der ersten Messleitung 8 die zweite Messleitung 13 eingeschaltet, vor welcher die Schutzmembran 14 angeordnet ist. Diese überträgt eine Druckwelle von der einen auf die andere Seite der Filteranordnung 1 und schließt somit den Einlass 2 mit dem Auslass 3 der Filteranordnung 1 für Druckwellen kurz. Damit gelangt eine Druckwelle an das messende Element im Differenzdrucksensor 12 in wesentlich abgeschwächter Form. Die Schutzmembran 14 ist den Umgebungsbedingungen im Flugtriebwerk angepasst, hält dem statischen Druck im Leitungssystem Stand und darf auch durch auftretende Druckwellen nicht beschädigt werden. Zusätzlich ist die Schutzmembran 14 in der Verbindungsleitung 13 auf beiden Seiten mit Überdruckschutzgittern 15 versehen.
Schließlich ist in der ersten Messleitung 8 zwischen den Abzweigungen der Verbindungsleitung 13 und dem Differentialdrucksensor 12 je eine Verengungsstelle oder Drossel 16 angeordnet, die zusammen mit den elastischen Elementen 18 die verbleibenden Druckwellen zusätzlich dämpft, so dass die Belastung des Differentialdrucksensors 12 zusätzlich verringert wird. Diese zusätzlich angebrachten Drosseln 16 sorgen dafür, dass ein hauptsächlich statischer Druck an den messenden Element des Differenzdrucksensors anliegt.
Gemäß der Erfindung werden dem messenden Element in dem Differenzdruckmesser 1 mit der Schutzmembran 14 und den Drosseln 16 ein dämpfender Messrahmen in einer Parallelstruktur zugeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Filteranordnung
2: Einlass
3: Auslass
4: Filterelement
5
6: Pfeil (P1)
7: Pfeil (P2)
8: Messleitung
9: erster Messleitungsarm
10: zweiter Messleitungsarm
11: Leitungsbogen
11a: erste Zuleitung
11b: zweite Zuleitung
12: Differenzdrucksensor
13: Verbindungsleitung
14: Schutzmembran
15: Überdruckschutzgitter
16: Drossel
17: ovaler Bereich
18: elastisches Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5157973 [0004]
WO 96/03629 [0005]
US 2005/0081638 A1 [0006]
US 4686764 [0007]
US 4879627 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Überprüfung des Durchflusses von Öl- oder Brennstoff durch eine Filteranordnung mittels eines mit einer Schutzmembran versehenen Differentialdrucksensors, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialdrucksensor (12) in eine zwischen dem Einlass (2) in die Filteranordnung (1) und dem Auslass (3) aus der Filteranordnung (1) geschaltete Messleitung (8) mit zwei Messleitungsarmen (9, 10) eingeschaltet ist und dass parallel zum Differentialdrucksensor (12) zwischen die beiden Messleitungsarme (9, 10) der Messleitung (8) eine Verbindungsleitung (13) eingeschaltet ist, in welcher die Schutzmembran (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzmembran (14) in der Verbindungsleitung (13) auf beiden Seiten mit Überdruckschutzgittern (15) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messleitung (8) zwischen der Verbindungsleitung (13) und dem Differentialdrucksensor (12) Drosseln (16) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass hinter den Drosseln (16) elastische Elemente (18) angeordnet sind.