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Vorrichtung zum Nachweis von Wasser in Flugzeugtreibstffi>ehältern
oder dergleichen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Wasser
in Kohlenwasserstofftrelbstoffen, insbesondere eine Vorrichtung zum Nachweis einer
Verunreinigung durch Wasser, das sich an den Ablaßprüfstellen, die in mehreren unteren
Bereichen von Flugzeugtreibstoffbehältern o. dgl.
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vorgesehen sind, bildet.
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Hierbei umfaßt der Ausdruck "AblaßprUfstellen" all jene Bereiche von
Treibstoffbehältern, an denen sich aufgrund der Erdanziehungskraft Wasser ansammelt
und an denen durch Ablassen von Treibstoffproben regelmäßige Überprüfungen durchgeführt
werden.
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Hinsichtlich der Sicherheit und Betriebsbereitschaft eines jeden Luftfahrzeuges
ist es von wesentlicher Bedeutung, daß regelmäßige Überprüfungen zum Nachweis von
in Treibstoffbehältern vorhandenen Verunreinigungen in Form von Wasser durchgeführt
werden. Diese Überprüfungen werden gegenwärtig derart durchgeführt, daß ein Ventil
an den Prüfstellen geöffnet und die Treibstoffprobe zur Sichtprüfung in ein Glasgefäß
entnommen wird. Dieses Verfahren ist jedoch mit zahlreichen Nachteilen verbunden.
Es ist nämlich zeitraubend und, was von größerer Bedeutung ist, aufgrund der Fehlermöglichkeiten
bei der Sichtprüfung infolge von unterschiedlichen Bedingungen unzuverlässig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die dadurch zuverlässiger ist, daß das Ausmaß der Verunreinigung instrumental
gemessen wird und die Überprüfung sich nicht auf die bisherige Verfahrensweise stützt;
weiterhin soll durch die zu schaffende Vorrichtung in Tropfen- oder Lachenform vorliegendes
Wasser sowie im Treibstoff fein suspendierter Wassernebel nachgewiesen werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
Vorrichtung zum Nachweis von Wasser in Flugzeugtreibstoffbehältern 0. dgl.
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eine Ablaßstopfeneinheit zur Probenentnahme mit einer oder mehreren
Fühlerelektroden aufweist, von denen wenigstens eine zum Nachweis von im Treibstoff
in Tropfen- oder Lachenform vorliegendem Wasser und/oder von im Treibstoff suspendiertem
Wasser ausgebildet ist.
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Insbesondere sind zwei Fühlerelektroden vorgesehen, von denen mittels
der
einen in Tropfen- oder Lachenform im Treibstoff vorliegendes Wasser und mittels
der anderen im Treibstoff suspendiertes Wasser nachweisbar ist, wobei beide Elektroden
an äußere Kontaktstellen am Ablaßstopfen angeschlossen sind, an die ein Ohmmeter
zur Überprüfung der Leitf älligkeit des an oder nahe einer oder beiden Fühlerelektroden
vorhandenen Treibstoffes anschließbar ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Kombination aus
der zuvor erwähnten Ablaßstopfeneinheit und einem Kontinuitäts-Ohmmeter vorgesehen.
Dieses ist mit einem an die Abl aßstopfeneinheit mit elektrischem Kontakt hierzu
anschließbaren Rohr versehen, das eine Auslaßöffnung in der Ablaßstopfeneinheit
umschließt und einen elektrisch isolierten Kolben aufweist, der mit einer Kontaktstelle
am unteren Ende des Ventils in Eingriff bringbar ist und'zusammen mit dem Rohr derart
in den Stromkreis des Ohmmeters geschaltet ist, daß an einer oder jeder der Elektroden
vorhandenes Wasser nachweisbar und dessen Leitfähigkeit meßbar sowie auf einer Skala
am Ohmmeter ablesbar ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in: Fig. 1 einen Querschnitt durch die Ablaßstopfeneinheit; Fig. 2 einen
Querschnitt durch den Prüfkopf eines Kontinuitäts-Ohmmeters; Fig. 3 die Skala und
den Anzeiger des Ohmmeters gemäß Fig. 2 in Vorderansicht; Fig. 4 das Ohmmeter gemäß
Fig. 2 und 3 in perspektivischer Darstellung;
Fig. 5 perspektivisch
ein Kontinuitäts-Ohmmeter mit Einrichtungen zur Überprüfung und Entnahme einer Treibstoffprobe;
Fig. 6 einen Querschnitt durch das Ohmmeter gemäß Fig. 5 mit einem Schaltbild und
Fig. 7 querschnittlich ein Ohmmeter in abgewandelter Ausführungsform.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist in eine Auslaßöffnung 11
eines Flugzeugtreibstoffbehälters anstelle der bisher verwendeten Ablaßstopfen eine
Ablaßstopfeneinheit 10 zur Probenentnahme eingesetzt.
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Der Ablaßstopfen 10 ist mit einem mittig angeordneten federbelasteten
Entlastungsventil 12 für die Prol;enentnahme versehen, das, wenn von außen Druck
aufgebracht wird, den Brennstoff, wie unten beschrieben, ausströmen läßt.
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Zwei Primär-Fühlsonden 13 sind auf einem am Ventilkörper 12 vorgesehenen
Isolator 14 angeordnet. Die PUhlsonden 13 sind aus einem dünnen goldplattierten
Draht oder einem ähnlichen Draht gebildet, der fest um einen Schraubzapfen 15 gewickelt
ist. Dieser ist am oberen Ende eines metallischen Leiters 16 vorgesehen, der das
Ventil 12 axial durchsetzt.
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Entweder der Leiter 16 ist mit Polytetrafluoräthylen (PTFÄ) o. dgl.
überzogen oder das Ventil 12 ist aus PTFÄ hergestellt. Die Sonden 13 sind einander
entgegengesetzt und diametral verlaufend um das Ventil 12 angeordnet. Die Enden
der Sonden 13 weisen einen geringen Abstand zu einem Haltestopfen 17 auf, der in
eine in der Ablaßstopfeneinheit 10 vorgesehene mittige Offnung oder Bohrung 18 eingeschraubt
ist. Der Abstand kann dadurch verändert und eingestellt werden, daß der Isolator
14 auf dem Ventil 12 nach oben geschraubt wird. Die Sonden 13 sind so ausgebildet
und
angeordnet, daß an ihnen keine Wasseradhäsion stattfindet oder
zumindest auf ein minimales Ausmaß verringert ist. Das Wasser fließt daher an das
untere Ende jeder Sonde und wird aufgrund seiner natürlichen adhäsiven Eigenschaft
dahingehend beeinflußt, daß es am Haltestopfen 17 haftet. Der Haltestopfen 17 und
die Ablaßstopfeneinheit 10 bestehen aus Metall und bilden daher den anderen-elektrischen
Kontakt für die Sonden 13. Der Stromkreis wird geschlossen, wenn Tropfen aus Wasser
oder einem sonstigen Niederschlag den Zwischenraum zwischen den Sondenelektroden
13 und dem Haltestopfen 17 überbrücken; die Anwesenheit von Wasser kann, wie weiter
unten beschrieben, nachgewiesen werden.
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An der Spitze des Ventils 12 ist eine Sekundärfühlsonde angeordnet,
wobei eine Fühlsonde oder Elektrode 20 am oberen Ende des Schraubzapfens 15 befestigt
ist, während die andere Fühlsonde oder Elektrode 21 in den Isolator 14 eingebettet
ist und diesen durchsetzt sowie eine auf dem Ventilhaltestopfen 17 abgestützte Druckfeder
22 berührt. Die Fühlsonde 21 ist daher über die Druckfeder 22 und den Haltestopfen
17 geerdet. Die Sondenelektroden oder -kontakte 20, 21 weisen einen geringen Abstand
voneinander auf, der etwa 0, 05 mm beträgt. Die Sondenelektroden 20, 21 sind mit
scharfen Kanten versehen, um ein genaues Einstellen des Sondenzwischenraumes zu
ermöglichen.Auf der Ablaßstopfeneinheit 10 ist eine "Vibrier-l'stange 23 derart
angeordnet, daß ihr oberes Ende 24, das im rechten Winkel abgebogen ist, etwas über
dem rückwärtigen Ende des Kontaktes 20 liegt. Dieser weist einen kurzen rückseitigen
Ansatz oder eine Schwingfeder 25 auf, die so angeordnet ist, daß das Ende der Vibrierstange
24, wenn das Ventil 12 zum Auslaß von Treibstoff aus der Bohrung 18 nach oben bewegt
wird, sich auf das Ende der Schwingfeder 25 legt und diese in Schwingungen versetzt,
wenn sie sich an der Vibirerstange 24 vorbeibewegt, wodurch die Sondenelektrode
20 ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Dieses Vibrieren bewirkt, daß eine zwischen
den Elektrodenkontakten 20, 21 gebildete Wasserbrücke zerbrochen wird.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das untere Ende des Ventils 12 zum
Verschluß der Auslaßbohrung 27 bei 26 einen Flansch auf. Um ein unerwiinschtes Ausströmen
von Brennstoff zu verhindern, ist eine Dichtungsscheibe 28 zum Versperren des Auslasses
nach oben gegen die Außenfläche der Ablaßstopfeneinheit 10 geschraubt. Ein Sprengring
29 o. dgI. verhindert, daß die Ablaßsperrdlchtungsscheibe 28 vollständig entfernt
wird. Wenn die Dichtungsscheibe 28 gegen die Ablaßstopfeneinheit 10 geschraubt ist,
kann sich das Ventil 12 axial nicht bewegen; wenn jedoch die Dichtungsscheibe 28
nach außen von der Ablaßstopfeneinheit 10 weggeschraubt worden ist, kann das Ventil
12 gegen die Kraft einer Druckfeder 30 soweit gehoben werden, wie die Dichtungsscheibe
28 aufgeschraubt wurde. Beim Öffnen des Ventils 12 wird die Dichtungsscheibe 28
wieder gegen die Außenseite der Ablaßstopfeneinheit 10 gedrückt, und der aus der
Auslaßbohrung 27 ausgestoßene Brennstoff fließt durch zwei in der Dichtungsscheibe
28 vorgesehene Auslaßöffnungen 31. Die obere Fläche der Dichtungsscheibe 28 ist
konkav ausgebildet, damit die Flüssigkeit durch die Auslaßöffnungen 31 strömen kann.
Der so ausgebrachte Treibstoff fließt in eines der Prüfgeräte gemäß Fig. 4 oder
5.
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Die Ablaßstopfeneinheit 10 ist mittels zweier kreisringförmiger Dichtungen
32, 33 gegen die Öffnung im Treibstoffbehälter abgedichtet. Aus die sem Grund kann
der Treibstoff lediglich durch das Ventil 12 ausfließen, wenn dieses gegen die Kraft
der Druckfeder 30 gehoben ist.
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Die Sonde 20 und die Sonden 13 sind mit dem Schraubzapfen 15 verbunden,
der ein Teil des Leiters 16 ist. Dessen unteres Ende 34 dient als Kontakt für ein
Kontinuitäts-Ohmmeter, das im folgenden beschrieben wird.
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Wie aus Fig. 4, 5 und 6 ersichtlich, sind die beiden Kontinuitäts-Ohmmeter
einerseits als kleine tragbare Einheit 35 zur Verwendung durch den Pilot eines Flugzeuges
und andererseits als größere Einheit 36 zur Verwendung
durch das
Bodenpersonal ausgebildet. Die Arbeitsweise beider Ohmmeter ist im wesentlichen
die gleiche, weswegen lediglich die Funktion der Einheit 36 im einzelnen beschrieben
wird.
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Das Ohmmeter 36 weist eine Röhre oder ein Rohr 37 auf, das mit einem
Kanal oder einer Nut 37a in der Ablaßstopfeneinheit 10 in Eingriff gebracht werden
kann und dann das Ventil 12 umgibt. Das Rohr 37 ist in den Stromkreis als Erdkontakt
E geschaltet. Ein im Abstand von dem Rohr 37 angeordneter und hiervon elektrisch
isolierter Kolben 38 kann mit dem Kontakt 34 des metallischen Leiters 16 in Eingriff
gebracht werden. Der Kolben 38 ist in einem Zylinder 45 aus PTFÄ angeordnet und
mittels einer Druckfeder 46 vorgespannt. Der Kolben 38 ist in den Stromkreis als
aktiver Kontakt geschaltet, durch den, wie aus Fig. 6 ersichtlich, der Stromkreis
geschlossen wird. Zusätzliche Auslaßöffnungen 47 tragen dazu bei, daß der Treibstoff
von der Ablaßstopfeneinheit 10 O zu einem Rohr oder Reservoir 48 des Ohmmeters strömt.
Da eine Sondenelektrode jedes Sondenelektrodenpaares 20, 21 bzw. 13, 13 über die
Ablaßstopfeneinheit 10 geerdet ist, ist der aus Fig. 6 ersichtliche Stromkreis geschlossen,
wenn der Kolben 38 den Kontakt 34 und das Rohr 37 die Ablaßstopfeneinheit 10 berührt.
Nun kann die Anzeige bzw. die Ablesung vorgenommen werden, um zu bestimmen, ob an
einer der Sondenstellen Wasser vorhanden ist.
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In Abhängigkeit davon, ob eine Ablesung entweder an den Primärsonden
13, 13 oder den Sekundärsonden 20, 21 vorgenommen werden soll, wird durch den Stromkrelswahlschalter
39 entweder auf den Primär-X Ohmkreis (k-Ohmkreis) oder auf den SekundäSMEbOhmkreis
geschaltet. Auf diese Weise kann das an oder nahe den Sonden 13 in Tröpfchenform
vorliegende Wasser oder das an oder nahe den Sonden 20, 21 vorliegende suspendierte
Wasser gemessen werden. Im allgemeinen erzeugt Wasser, das in Tröpfchen vorliegt,
einen Widerstandsabfall in der Größenordnung von 1 bis 50 k Ohm, jedoch kann der
Betrag größer sein, wenn mehr Wasser vorhanden ist.
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Die aus Wasser gebildeten Verbindungen, die den Zwischenraum zwischen
den Sekundärkontakten 20, 21 überbrücken, weisen einen geringen Querschnitt auf.
Versuche haben gezeigt, daß der Widerstandsabfall eine gute Annäherung für die Wasserkonzentration
in ppm (parts-per-million) angibt, d.h. 5 bis 100 ppm oder 108 bis 10 Ohm im Sensorkreis.
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Das Ohmmeter ist so eingestellt, daß es eine "Trocken-" oder Kontinuitätsanzeige
angibt, die einem Widerstand des "trockenen" Treibstoffes von etwa 109 Ohm entspricht.
Wenn sich daher im Treibstoff kein Wasser befindet, bleibt das Ohmmeter noch in
Tätigkeit und zeigt trockenen Treibstoff an.
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Im Isolator 14 4 ist ein Bezugspunktwlderstand 22a vorgesehen, der
mit dem Hauptstromkreis einen Parallelkreis bildet und mit der als Erde dienenden
Druckfeder 22 sowie mit der als Leiter dienenden mittigen Spindel 16 in Berührung
steht. Dieser Bezugspunktwiderstand 22a kann so eingestellt werden, daß er am Ohmmeter
eine "Trocken-"anzeige angibt; vorzugswei-9 se ist er auf etwa 109 Ohm eingestellt.
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Wenn der Treibstoff überprüft werden soll, um zu bestimmen, ob an
einer der Sondenstellen Wasser vorliegt, wird das Ohmmeter 35 oder 36 in der zuvor
beschriebenen Weise an der Ablaßstopfeneinheit 10 angebracht. Durch die Federvorspannung
des Kolbens 38 ist der Stromkreis geschlossen, ohne daß die Dichtungsscheibe 28
aufgeschraubt werden muß. Durch die Betätigung des Wahlschalters 39 kann daher auf
den beiden k Ohm- und MEG Ohmskalen die Ablesung vorgenommen und hierdurch bestimmt
werden, ob Wasser in Tröpfen oder in Suspension an den Sondenstellen vorliegt.
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Wenn an einer Probestelle Wasser vorliegt, wird die Dichtungsscheibe
28 aufgeschraubt und das Ohmmeter wieder angebracht. In diesem Fall wird das Ventil
12 durch die Anbringung des Ohmmeters von seinem Sitz hochgehoben,
und
der Treibstoff kann durch oder in das Ohmmeter fließen.
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Durch das Anheben des Ventils 12 wird der Zwischenraum zwischen den
Sonden 13 und dem Haltestopfen 17 erweitert, wodurch eine gegebenenfalls hier vorhandene
Wasserverbindung oder -brücke unterbrochen wird; weiterhin wird auch durch die Aufwärtsbewegung
der Sonde 20 an der Vibrierstange 24 vorbei die Schwingfeder 25 an der Sondenelektrode
20 durch die Vibrierstange 24 in Schwingungen versetzt, wodurch die Sondenelektrode
20 schwingt und eine gegebenenfalls zwischen den Sondenelektroden 20, 21 vorhandene
Wasserbrücke unterbrochen wird. Aus diesem Grund kann, nachdem das Ohmmeter entfernt
und die Dichtungsscheibe 28 wieder festgeschraubt wurde, ein neuer Test durchgeführt
werden, wobei die Gewißheit besteht, daß das zuvor an den Sondenstellen vorhandene
Wasser entfernt worden ist. Wenn die neue Überprüfung wiederum die Anwesenheit von
Wasser anzeigt, wird der Treibstoff nocheinmal abgelassen, und wenn nach mehreren
Überprüfungen immer noch Wasser vorhanden ist, ist es erforderlich, den Treibstoffbehälter
insgesamt zu entleeren. In den meisten Fällen liegt das Wasser jedoch nur in geringen
Mengen vor, so daß es gewöhnlich in der zuvor beschriebenen Weise aus den Treibstoffbehältern
abgelassen werden kann.
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Das Ohmmeter weist ein Rohr oder ein Reservoir 48 auf, das vorzugsweise
aus Glas oder Kunststoff besteht, wodurch die aufgefangene Treibstoffmenge überprüft
und das Überfließen verhindert werden kann. Das Reservoir 48 kann vom Ohmmeterkörper
abgeschraubt werden, wodurch die Treibstoffprobe zur Überprüfung in ein Laboratorium
o. dgl. gebracht werden kann.
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In diesem Fall wird ein neues Reservoir befestigt, wodurch das Ohmmeter
jederzeit betriebsbereit ist.
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Das Ohmmeter 50 in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht grundsätzlich
dem Ohmmeter 36, jedoch ist bei dieser Ausführungsform eine Einsteckstopfen-Sondeneinheit
51 vorgesehen, mittels der die Anwesenheit
von Wasser in dem aus
einem Ablaßstopfen abgelassenen Treibstoff nachgewiesen werden kann, wenn der Treibstoff
in das Reservoir 52 strömt.
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Aufgrund dieser im Strömungsweg des Treibstoffes vorgesehenen Einheit
51 kann die Anwesenheit von Wasser dann nachgewiesen werden, wenn das Ohmmeter in
Verbindung mit Ablaßstopfeneinheiten verwendet wird, die nicht die Ehhlsonden gemäß
Fig. 1 aufweisen.
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Die Einheit 51 weist einen Stopfen 53 aus PTFÄ auf, der fest in das
Ablaßrohr 54 des Ohmmeters 50 eingepaßt ist. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist in
dem Stopfen 53 eine goldplattierte Drahtelektrode 55 angeordnet, d. h.
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mittig innerhalb eines Durchlasses 56, dessen Durchmesser etwa 3,2
mm beträgt. In den aus PTFÄ bestehenden Stopfen 53 ist am oberen Ende, d. h.
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an der Einlaßöffnung 58 des Durchlasses 56 ein metallener Bund 57
o. dgl.
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eingesetzt, und das obere Ende des Stopfens 53 ist nach innen und
unten-in Richtung der mittigen Durchlaßöffnung 56 abgeschrägt. Die Elektrode 55
ist über einen Leitungsdraht 59, der mit PTFÄ überzogen ist, mit einem Wahls chalter
60 verbunden. Der metallene Bund 57 ist mittels eines mit PTFÄ überzogenen Leitungsdrahtes
61 geerdet. Der Schalt- bzw. Stromkreis ist im wesentlichen derselbe wie bei der
zuvor beschriebenen Ausführungsform, wobei der Schalter 60 dazu dient, die Verbindung
mit der Elektrode 55 der Einheit 51 herzustellen, während zur gleichen Zeit die
Verbindung mit dem Tauchkolben 38 unterbrochen wird. Durch das Umschalten des Schalters
60 wird die Verbindung zur Elektrode 55 unterbrochen, dagegen die Verbindung zum
Tauchkolben 38 hergestellt. Hieraus ergibt sich, daß das Ohmmeter 50 in Verbindung
mit den Einheiten der zuvor beschriebenen Art gemäß Fig. 1 verwendet werden kann,
bei denen das Wasser im Treibstoff mittels der Fühlsonden in der am Flugzeug o.
dgl. vorgesehenen Ablaßstopfeneinheit nachgewiesen und auf die zuvor beschriebene
Weise gemessen werden kann. Das Ohmmeter 50 kann außerdem auch in Verbindung mit
Ablaßstopfen verwendet werden, die nicht die Ausführungsform gemäß Fig. 1 aufweisen,
wobei in diesem Fall das Wasser im Treibstoff dann
nachgewiesen
und gemessen wird, wenn der Treibstoff durch den Durchlaß 56 hindurch fließt. Wenn
im Treibstoff Wasser enthalten ist; so bildet es eine leitende Verbindung oder Brücke
zwischen der Elektrode 55 und dem Bund 57, wobei die Menge des vorhandenen Wassers
auf der Ohmmeterskala angezeigt wird.
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Die mit PTFÄ überzogenen Drähte oder entsprechenden Verbindungsenden
59, 61 sind durch einen abgedichteten Stopfen 62 hindurchgeführt, wodurch ein unerwünschtes
Einfließen von Treibstoff in das Ohmmeter 50 verhindert wird.
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Weiterhin ist eine Umgehungsleitung 63 vorgesehen, wodurch der Treibstoff
dann zum Reservoir 52 abströmen kann, wenn er sich aufgrund der durch den Durchlaß
56 gedrosselten Strömung staut. Dies beeinflußt jedoch nicht die Messung der in
Form von Wasser vorliegenden Verunreinigung, da evtl. vorhandenes Wasser nach unten
fällt und aus diesem Grund durch den Durchlaß 56 strömt, wobei es den Zwischenraum
zwischen der Elektrode 55 und dem Bund 57 überbrückt und den Stromkreis schließt,
dessen Stärke bzw. Widerstand sodann gemessen und auf der Ohmmeterskala abgelesen
wird.
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Die gedrosselte Strömung an der Elnlaßöffnung 58 des Rhierdurchlasses
56 bewirkt auch eine Verzögerung, wenn sich Wasser im FGhlel;durchlaß 56 befindet.
Diese vorübergehende Verzögerung gewährleistet eine ausreichende Anzeige durch das
Ohmmeter hinsichtlich der Anwesenheit und der Menge von Wasser im Treibstoff.
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Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Wasserbrücke am Fühler
nicht aufrechterhalten bleibt, wenn lediglich sauberer Treibstoff durchströmt.
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Daher ist die Ausbildung und Anordnung der Elektroden 55 in der Fühlereinheit
51 derart, daß das Wasser, wenn es einmal nachgewiesen ist, durch
das
mit tige Element, d. h. durch den Durchlaß 56, nach unten strömen muß. Dies beruht
auf der Anziehungskraft aufgrund der natürlichen Oberflächenspannung des Wassers,
weswegen das Wasser einem Weg folgt, der in den isolierten Bereich führt. Wenn dagegen
im Bereich des Fühlerdurchlasses 56 Abstützungen angeordnet würden, würde das Wasser
an diesen Abstützungen zurückgehalten werden und zu falschen Anzeigen bzw.
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Ablesungen führen.