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Schwimmergesteuertes Ventil Die Erfindung betrifft ein schwimmergesteuertes
Ventil, insbesondere zur Speiseregelung eines von einem Flugkörper, z. B. einem
Flugzeug, getragenen Behälters, und zwar derjenigen Bauart, bei der der bewegliche
Schwimmer auf einem Träger angeordnet ist, in bezug auf welchen der Schwimmer in
einer Richtung beweglich ist.
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Der Zweck solcher schwimmergesteuerter Ventile ist die Aufrechterhaltung
eines konstanten oder im wesentlichen konstanten Flüssigkeitsstandes in einem Behälter,
wobei der Nachfluß des Kraftstoffes in den Behälter in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand
durch Änderung des Zuflußquerschnittes derart geregelt werden kann, daß dieser Nachfluß
ebenso groß wie die gleichzeitig aus dem Behälter abfließende Kraftstoffmenge ist.
Somit schwankt der Flüssigkeitsspiegel im Behälter in Abhängigkeit von dem Wert
der Zu@ und Abflußmengen in geringen Grenzen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere solche Ventile der obigen Bauart,
die den Zufluß eines Kraftstoffbehälters an Bord eines Flugkörpers, z. B. eines
Flugzeuges; regeln, und die erfindungsgemäßen Verbesserungen haben den Zweck, die
ungehinderte Wirkungsweise des Schwimmers ohne Rücksicht auf die Stellung zu gewährleisten,
die der Behälter unter der Wirkung der Fortbewegung des den Behälter tragenden Flugkörpers
einnehmen mag. Bei den bekannten Schwimmereinrichtungen verschiebt sich der Schwimmer
auf einer senkrecht angeordneten Stange, jedoch ohne Drehbewegung um die Achse dieser
Stange, derart, daß beim Auskippen des den Behälter tragenden Flugkörpers um dessen
Quer- bzw. Längsstabilitätsachse der Schub des Schwimmers eine Komponente ergibt,
die die Reibung auf der senkrechten Stange steigert, während gleichzeitig die das
Gleiten hervorrufende Komponente abnimmt. Hieraus ergeben sich Störungen in der
Wirkungsweise des Schwimmers und selbst vorübergehende Hemmungen, die ernste Folgen
haben können, wenn diese geneigte Fluglage des beweglichen Körpers einige Zeit anhält.
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Dieses Problem besteht insbesondere bei den raumbeweglichen Körpern,
wie namentlich bei Flugzeugen, die einen (beispielsweise im Rumpf angeordneten)
Zwischenbehälter und (beispielsweise in den Tragflügeln angeordnete) Hilfsbehälter
aufweisen, aus denen der Kraftstoff dem Zwischenbehälter zugeleitet und aus diesem
in die Brennkammer einer Wärmekraftmaschine des Flugzeuges gefördert wird, wobei
die Speisung des Zwischenbehälters von einem Ventil der vorgenannten Bauart gesteuert
wird.
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Die Erfindung bezweckt namentlich die Beseitigung der obenerwähnten
Mängel in der Wirkungsweise und ihrer Folgen. Dabei soll durch die Erfindung auch
erreicht werden, daß die Wirkungsweise des Schwimmers nicht umgekehrt verläuft,
wie dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist, wenn der Behälter mit der
Oberseite nach unten zu liegen kommt.
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Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Träger
um eine Drehachse schwenken kann und daß der Schwerpunkt der vom Träger und vom
Schwimmer gebildeten Einheit außerhalb dieser Drehachse liegt.
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Dabei kann es insbesondere zweckmäßig sein, wenn der Schwimmer über
Lenkerpaare und quer zur Drehachse des Trägers verlaufende Zapfen mit dem drehbaren
Träger verbunden ist.
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Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit besteht hierbei darin, daß
die Ventilklappe in an sich bekannter Weise durch einen beweglichen Wandteil einer
Steuerkammer bewegbar ist, die mit einer die Ventilklappe und ihren Schaft durchsetzenden
Bohrung in Verbindung steht, deren Mündung am Ende
des Schaftes
durch eine Ventilnadel abgesperrt werden kann, die an die vom Schwimmer gesteuerten
Verstellungen gebunden ist.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Schwimmer
aus zwei symmetrischen Schwimmerelementen, die zu beiden Seiten des drehbaren Trägers
symmetrisch angeordnet und quer zum Träger durch Abstandshalter miteinander verbunden
sind.
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Dabei kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn die beiden Schwimmerelemente
mit ihrem schwenkbaren Träger mittels eines Lenkervierecks verbunden sind, das mit
zwei aufeinanderfolgenden Scheiteln am Träger fest und mit den beiden anderen an
den beiden Schwimmerelementen gelenkig angebracht ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Art besteht darin, daß das
System des Lenkervierecks zwei Lenkerpaare besitzt, die je auf einer Seite des schwenkbaren
Trägers angeordnet sind, wobei jeder Lenker mit dem einen Ede am besagten Träger
angelenkt und mit dem anderen Ende am nächstliegenden Schwimmerelement befestigt
ist. In jedem Falle ist es zweckmäßig, wenn die Mittel zur Betätigung der Ventilklappe
durch die Schwimmerbewegungen ein Teil aufweisen, das unter der Wirkung einer Rückzugfeder
mit seinem Ende an einer Platte abgestützt ist, die quer zu diesem Teil und zweckmäßig
senkrecht zur Bewegungsbahn dieses Teils am Kreuzungspunkt mit dem letzteren angeordnet
und vom Schwimmer getragen ist.
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Dabei ist es weiterhin möglich, d:aß das am Ende abgestützte Teil
von der Ventilnadel selbst gebildet wird.
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Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die Steuerkammer aus zwei
Membranen bestehen, deren Umfangsränder im Ventilgehäuse festgelegt, die mittleren
Teile wiederum auf einen Kopf des gleitenden Schaftes oder Stößels zu beiden Seiten
des Kanals aufgespannt sind, der in diesem Kopf vorgesehen ist, um die Verbindung
der Steuerkammer mit der Längsbohrung des gleitenden Schaftes herzustellen, wobei
ein Teil der einen Membran gegen eine feste Wand abgestützt ist.
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Gegenüber bekannten Einrichtungen, bei denen der Schwimmer mit einem
Träger verbunden ist, der sich nicht um eine Drehachse verstellen kann, sondern
lediglich eine axiale Parallelverschiebung längs einer senkrechten Abführung ausführt,
ergibt sich eine wesentlich erhöhte Betriebssicherheit beim Gegenstand der vorliegenden
Erfindung dadurch, daß der Schwimmer eine Bewegung ausführen kann, die einerseits
eine Komponente einer axialen Parallelverschiebung in bezug auf einen axial unbeweglichen
Träger aufweist, andererseits aber auch der axial unbewegliche Träger des Schwimmers
eine Drehbewegeng um eine Achse des Systems ausführen kann, wobei diese Achse die
rohrförmige Führung eines zwangsgesteuerten Nadelventils bildet, dessen Bewegung
eine Servoschaltung für das Ventil bedeutet.
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Schließlich kann die Winkelstellung um die Achse der Ebene, in welcher
sich der Schwimmer in bezug auf seinen Träger verstellen kann, von einem Ballast
bedingt sein, der einen Schwerpunkt erzeugt, der merklich außerhalb- 'der Schwenkachse
des von Schwimmer und Träger gebildeten Systems liegt. Auf Grund dieser Anordnung
nimmt die obenerwähnte Ebene ständig eine senkrechte Lage ein bzw. eine pseudovertikale
Lage, die von der Stellung des das Ventil tragenden beweglichen Körpers um seine
Stampf- und um seine Rollachse, d. h. von seinen Bewegungen im Raume usw., abhängt.
Auf diese Weise ergibt sich eine reibungsfreie Bewegung des Ventils infolge der
Bewegungsfreiheit des Schwimmers in einer vom Ballast bestimmten Ebene. Diese Bewegungsfreiheit
bleibt die gleiche, wie auch immer das Verhalten des das Ventil tragenden Flugkörpers
sein mag. Diese erhöhte Betriebssicherheit ist ein wesentlicher Vorteil des Gegenstands
der Erfindung.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachstehender
Beschreibung des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels für ein
Ventil, das beispielsweise in den Kraftstoff-Zwischenbehälter eines mit Hilfstanks
versehenen Flugzeuges eingebaut ist, bei dem der Kraftstoff aus den Hilfstanks in
den Zwischenbehälter (beispielsweise unter Druck) geleitet wird. In der Zeichnung
stellt dar Fig. 1 eine Rückansicht des Schwimmerventils in der Offenstellung, wobei
das Schutzgehäuse fortgedacht ist, Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend der Linie
II-II in Fig. 1, Fig. 3 und 4 ähnliche Ansichten wie in Fig. 1 und 2 bei geschlossenem
Ventil (Fig. 4 ist ein Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 3).
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Ventil ein Ventilgehäuse
1 mit einem Zuleitungsstutzen 2, einem Ventilsitz 3 und einem Auslaß
4.
Am Umfang des Ventilgehäuses 1 ist ein Hauptträger 5 befestigt,
an den sich ein gelochtes Schutzgehäuse 6 anschließt.
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Der Hauptträger 5 ist :einteilig mit einer rohrförmigen Führung
7 ausgebildet, deren Längsmittellinie beispielsweise parallel zur Längsachse des
Flugzeuges verläuft. In dieser Führung sind ein von einem axialen Kanal 9 durchzogener
Stößel 8 und eine zwangsgesteuerte Venflnade110 gleitbar. Die letztere kann die
Mündung des Kanals 9 absperren. Der Stößel 8 ist einteilig mit einem Kopf 11 ausgebildet,
der in einer Ventilklappe 12 ausläuft und in welchen der in einer engeren
Bohrung 13 auslaufende Kanal 9 mündet. Die Austrittsbohrung 13 bildet auf
diese Weise eine kalibrierte Düse.
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Am Kopf 11 sind die mittleren Teile zweier weicher Membranen
14 und 15 befestigt, deren voneinander durch einen Abstandsring 16
getrennten Umfangsränder zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Hauptträger
5 eingespannt sind. Diese Membranen bilden zusammen die mit dem Kanal 9 über radiale
Kanäle 18 in Verbindung stehende Steuerkammer 17.
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Auf der rohrförmigen Führung 7 ist mittels zweier Wälzlager 19 und
20 der drehbare Träger 21 des Schwimmers eingebaut. Dieser Träger 21 ist von einem
Gewicht 22 beschwert, so daß er in der durch die Längsmittellinie der rohrförmigen
Führung verlaufenden senkrechten Ebene stets die gleiche Lage einnimmt.
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Der Schwimmer 23 besteht aus zwei Schwimmerelementen 23 a und 23 b,
die zu beiden Seiten des Trägers 21 angeordnet und miteinander durch eine Platte
24 und Lagerzapfen 25 verbunden ist.
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Der Schwimmersatz ist mit dem Träger 21 durch zwei Lenkerpaare 26
und 27 verbunden, die je an den Lagerzapfen 25 bzw. an zwei Querstreben 28 des Trägers
21 angelenkt sind.
Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß die Platte 24 beim Auftrieb des Schwimmers die Schwimmernadel 10 eindrückt,
so daß diese den Kanal 9 absperrt.
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Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Ventils ist folgende: Wenn
der Flüssigkeitsstand unter dem Schwimmer liegt, befinden sich die einzelnen Bauteile
des Ventils in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Stellung. Die Ventilnadel
legt die Mündung des Kanals 9 frei, und die durch die kahbrierte Düse 13 strömende
Flüssigkeit kann ungehindert abfließen und einen maximalen Abfall der Druckhöhe
verursachen, so daß der in der Kammer 17 herrschende Druck alsdann kleiner als der
die Klappe 12 und ihre Membran 14 belastende Druck ist und die Klappe 12 ihre größtmögliche
Offenstellung einnimmt.
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Wenn die Flüssigkeit den Schwimmer 23 anhebt, schiebt dieser mittels
seiner Platte 24 die Ventilnadel 10 unter Überwindung der Ventilfeder 10a in die
Führung 7 ein, was zur Folge hat, daß die Mündung des Kanals 9 durch die Nadel
10 abgedrosselt wird, der Durchfluß durch den Kanal 9 abnimmt, der Druckverlust
in der Düse abnimmt und der Druck in der Kammer 17 zunimmt, bis sich zwischen der
an der Vorder- bzw. Rückseite der Klappe 12 und deren Membran 14 herrschenden Druckdifferenz,
die die Klappe zu schließen sucht, und der von der Ventilfeder 10 a ausgeübten Schubkraft,
die das Ventil zu öffnen sucht, ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat. Jedes
weitere Einschieben der Ventilnadel 10 bewirkt infolge einer weiteren Abnahme des
Druckverlustes in der Düse 13 eine Störung dieses Gleichgewichtszustandes zugunsten
der von der Feder 10a ausgeübten Schubkraft, die durch diese weitere Verschiebung
der Ventilnadel übrigens noch verstärkt worden ist. Die Klappe 12 verstellt sich
somit im Sinne ihrer Schließstellung, wodurch die Mündung des Kanals 9 von der Ventilnadel
10 abrückt und folglich den Druckverlust in der Spritzdüse 13 vergrößert, bis der
Ausgleich wiederhergestellt ist. Dieser Vorgang dauert an, solange der Kraftstoffspiegel
im Behälter ansteigt, d: h. also solange, die allmähliche Abnahme der durch die
öffnung zwischen der Klappe 12 und der Einlaßmün-Jung 3 in den Behälter nachfließende
Kraftstoffmenge infolge der fortschreitenden Drosselung dieser Öffnung nicht denselben
Wert wie die aus dem Behälter zur Verbrauchsstelle abfließende Kraftstoffmenge angenommen
hat. Nimmt die letztere Kraftstoffabgabe zu, dann spielt sich der umgekehrte Vorgang
ab: Der Schwimmer senkt sich, die Ventilnadel 10 rückt von der Mündung des Kanals
9 ab, und die Klappe 12 öffnet sich immer mehr, bis der Ausgleich zwischen Zu- und
Ablauf eingetreten ist.
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Die Öffnung der Klappe ist am größten, wenn der Abfluß aus dem Behälter
am größten ist, und die Klappe ist vollständig geschlossen, wenn dieser Abfluß Null
ist.
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Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin,
daß ihre Wirkungsweise keinerlei Hemmung erfährt, selbst wenn der den Behälter tragende
Flugkörper die verschiedensten Neigungen um seine Quer- als auch um seine Längsstabilitätsachse
annimmt oder auch vollständig in die Rückenlage umschlägt, weil nämlich die Bewegungsfreiheit
des Schwimmers stets die gleiche bleibt.