DE3047719C2

DE3047719C2 - Einrichtung zur Entlüftung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Schmiermittelbehälters für Flugzeuge bei extremen Fluglagen und -bedingungen

Info

Publication number: DE3047719C2
Application number: DE3047719A
Authority: DE
Inventors: Florian 8016 Günding Hildebrandt; Olaf 8047 Karlsfeld Krauß; Ludwig 8052 Moosburg Schweikl
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1980-12-18
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1983-10-27
Also published as: IT8125657A0; DE3047719A1; FR2496594B1; JPS57151499A; FR2496594A1; US4545791A; GB2089751A; GB2089751B; JPH0224719B2; IT1142120B

Description

a) Die Entlüftungsleitung (11) ist konzentrisch so weit ins Behälterinnere geführt, daß deren Luftentnahmeöffnung (12) bei statischem Behälterinhalt — wie an sich bekannt — stets oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt;

b) der Behälter (B) weist mindestens eine mit der Behälterfluidzufuhr verbundene, im äußeren Behälterumfangswandbereich tangential in diesen einmündende Düse (14 bzw. 18) als Impulsantrieb auf, mit der (14) der Behälterinhalt unmittelbar bzw. mittels von der Düse (18) beaufschlagbarer Schaufeln (15') eines um die Behälterlängsachse verdrehbar angeordneten Rotors (15) gegen die rotationssymmetrische Behälterwand zentrifugierbar ist;

c) in den Behälter mündet eine an der rotationssymmetrischen Behälterwand (2) angeordnete Abflußbohrung (7) ein.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen unmittelbar an der rotationssymmetrischen inneren Wandung des Behälters (B) und/oder (15, 16) in einem als Behälterboden (5) ausgebildeten Tragkörper (4) in dessen äußerem Umfangswandbereich angeordnet sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beschaufelte Rotor (15) im wesentlichen der inneren Behälterstruktur angepaßt sowie trommeiförmig ausgebildet ist, wobei dessen Rotorschaufeln (15') sich in Drehachsrichtung erstreckend an die rotationssymmetrische Behälterwand (2) angrenzen.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zugleich als Behälterboden (5) fungierende Tragkörper (4) Leitungen (10, 13) für die Entlüftung und den Flüssigkeitsrücklauf bildet bzw. aufweist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der beschaufelte Rotor (15) am Tragkörper (4) bzw. an der achssymmetrisch in den Behälter (B) ragenden Entlüftungsleitung (11) drehbar gelagert ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußbohrung (7) — bezogen auf die gegebene Behälterlänge — mittig in der rotationssymmetrischen Behälterwand angeordnet ist, wobei die Behälterwand in Richtung auf die Abflußbohrung erweitert ausgebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entlüftung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Schmiermittelbehälters für Flugzeuge bei extremen Fluglagen und -bedingungen, bei der das Behälterfluid zwecks Bildung eines im wesentlichen 7entrisch fluidfreien Raums für die Behälterentlüftung gegen die rotationssymmetrisch gekrümmte Behälterinnenwand zentrifugierbar ist, wobei eine mit dem fluidfreien Raum in Verbindung bringbare, behälterrOckwandseitig konzentrisch nach außen geführte Entlüftungsleitung vorgesehen ist

Die der eingangs genannten Gattung zugrunde gelegte, aus der DE-AS 24 50 238 bekannte Einrichtung beinhaltet vorrangig ein Ventil zur Entlüftung des Hohlraums eines rotierenden und teilweise mit Sch niermittel gefüllten Hohlkörpers bzw. Gelenks ode von teleskopartig ineinander verschiebbaren Wellen eilen, wobei die betreffende Entlüftung trotz der Verwei dung von Flüssigkeiten mit vergleichsweise geringer konsistenz gewährleistet sein soll, ohne nennens .verte Flüssigkeitsverluste dann in Kauf nehmen zu m issen, wenn das Ventil geöffnet ist. Bei dieser beka inten Einrichtung soll also das Ventil mit seinem äuJeren hohlzyiindrischen Ventilkörper an der Rückwan 1 des betreffenden Hohlkörpers bzw. Gelenks fest ingeflanscht sein, wobei innerhalb des betreffenden \ entilkörpers ein mittels einer Feder belastetes, verseht bbares Ventilglied vorgesehen ist, welches je nach auftretender Drehzahl den zugehörigen Ventilsitz nehr oder weniger freigeben soll, um dadurch über eir ; mit dem Ventilsitz kommunizierende, radial außen i ι den Gelenkhohlraum einmündende Bohrung das Innei e des Gelenks mehr oder weniger entlüften zu können.^: )abei müssen also die zur Bewegung des Ventilglieds inter der Fliehkraft wirksame Masse und die Federkra t der das Ventilglied belastenden Feder derart aufein tnder abgestimmt sein, daß bei Stillstand das Ventil ges Glossen ist und daß bei einer bestimmten, von der Erreichung eines fliehkraftbedingten Flüssigkeitsmantels der Füllung abhängigen Drehzahl die das Ventilglied verschiebende Fliehkraft die Federkraft übet .teigt und somit eine offene Verbindung des Gelenki inenraums mit der freien Umgebung herstellt
Mit diesem der bekannten Einrichtung entnehm >aren Ventil soll bevorzugt einer bei Kraftfahrzeugsani iebsgelenken auftretenden unzulässigen Aufblähung owie einem temperaturbedingten Verschleiß der labei verwendeten Gelenkmanschetten oder -falter :>älge Einhalt geboten werden können.

Diese der DE-AS 24 50 238 entnehmbare bek innte Einrichtung vermittelt demnach keinerlei gedankliche Verbindung zu den vergleichsweise hochsen iblen Anforderungen, die insbesondere bei neuzeiti chen Kampfflugzeugen an eine einwandfreie Behältere itlüftung gestellt sind, um z. B. die Schmiermittelversoi gung für entsprechende Triebwerksgeräte zu gewährle sten; und zwar sowohl im Hinblick auf extreme Flugl igen, wie Sturz-, Rücken- oder z. B. senkrechten Steigflu r und die damit schwerkraftbedingten ständigen Fluidlag ,-veränderungen auf der einen Seite sowie insbesondere aber im Hinblick auf die auf der anderen Seite extrem 1 ohen Beschleunigungskräfte bei derartigen Fluglage! um oder gar unter Og.

Ein im Sinne der zuvor erwähnten beka nten Einrichtung rotierendes Behältersystem dürfte sie ι nur unter Inkaufnahme eines vergleichsweise gi )ßen technischen Aufwands und einer hohen Störanl üligkeitsgefahr in das ruhende Schmiersystem integi eren

lassen.

Diese zuvor beschriebene bekannte Einrichtung schließt darüber hinaus ein verstellbares Ventilglied ein, also ein mechanisch vergleichsweise störanfälliges Glied, wodurch nicht auszuschließen wäre, daß sich bei länger anhaltendem Betrieb eine Verminderung der betreffenden Ventilfedervorspannung oder gar der Bruch einer solchen Feder durch Materialermüdung einstellt mit den bei Fluggeräten hieraus gegebenenfalls resultierenden verhängnisvollen Folgen. Neben einer fernerhin möglichen Verklemmungsgefahr des Ventilglieds selbst, besteht ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung darin, daß das Ventil bei statischem Behälterinhalt verschlossen ist, also im statischen Zustand überhaupt keine Entlüftung gewährleistet wurde, um z. B. eine Fluidbefüllung einwandfrei in die Wege leiten zu können.

hi Ermangelung einer rein zentrischen Entlüftungsmöglichkeit dürfte ferner im erdachten Fall einer Anwendung bei Fluggeräte der in Frage stehenden Art anhand der vorliegenden bekannten Einrichtung auch mit Rücksicht auf zu erwartende exzentrische Luftkernverlagerungen keine einwandfreie funktionsfähige Entlüftung in die Wege geleitet werden können.

Aus der US-PS 41 97 870 bzw. der DE-AS 27 43 994 ist eine Einrichtung zur Entlüftung gefährlichen Druckanstiegen ausgesetzter Flüssigkeitsbehälter für Flugzeuge bekannt, bei der innerhalb des Flüssigkeitsbehälters die Entlüftungsrohre so angeordnet sein sollen, daß stets die Mündung eines Entlüftungsrohrs oberhalb, die Mündung mindestens eines weiteren Entlüftungsrohres unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, wobei die jeweils anderen Enden der Entlüftungsrohre in von einander getrennte sowie gegenüber dem Behälterinnenraum abgedichtete Kammern münden. Diesen Kammern soll im vorliegenden bekannten Fall ein mittels eines durch Beschleunigungskräfte verstellbaren Gewichts flugabhängig steuerbares Drehschieberventil zugeordnet sein, bei dem Steuerschlitze in der Weise zueinander versetzt angeordnet sind, daß bei freiem Strömungsdurchtritt über das mindestens eine oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Entlüftungsrohr gleichzeitig der Strömungsdurchtritt über das mindestens eine weitere unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Entlüftungsrohr abgesperrt ist.

Neben dem Nachteil eines mechanisch vergleichsweise verhältnismäßig großen Aufwands wäre als weiterer wesentlicher Nachteil dieser bekannten Einrichtung die Störanfälligkeitsgefahr hervorzuheben, die insbesondere auf die extrem hohen Zentrifugalbeanspruchungen bzw. Og-Bedingungen bei diversen Flugmanövern zurückzuführen ist, wodurch die hydraulische Geräteversorgung gefährdet wird. Mit anderen Worten muß bei derartigen extremen Flugsituationen damit gerechnet werden, daß sich bei dieser bekannten Einrichtung das Öl im Behälter schneller verlagert, als das mit dem Drehschieber gekoppelte Pendel schwingt. Das in diesem bekannten Fall mit dem Drehschieber gekoppelte Fliehkraftpendel weist demnach eine zu große Massenträgheit auf, um in den extremen Flugzuständen und den damit verbundenen extrem raschen Behälterfluidverlagerungen eine einwandfreie Entlüftung und damit Schmiermittelversorgung der Geräte sicherzustellen.

Als weitere wesentliche Nachteile kommen bei der vorliegenden bekannten Einrichtung nach der DE-AS 43 994 bzw. nach der US-PS 41 97 870 die aus einem möglichen Verklemmen des Drehschiebers sowie die aus unerwünschten Auswanderungsbewegungen des Drehschiebers auf Grund von Schwingungen resultierenden Folgen und Gefahren hinzu, so daß auch hieraus, insbesondere im Hinblick auf die Og-Belastungen, eine sichere Fluid- bzw. Ölversorgung weitestgehend in Frage gestellt sein dürfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgetragenen Nachteile zu beseitigen und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere mit Rücksicht auf extrem unterschiedliche Behälter- und Fluidlageveränderungen sowie extrem hohe Belastungszustände (um oder gar unter Og) eine optimale Entlüftung und damit Fluidversorgung aus dem Behälter vergleichsweise mechanisch einfach realisierbar macht

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1.
Die vorgeschlagene Anordnung und Ausbildung der betreffenden Düsen, sei es als Impulsantrieb für die unmittelbare Fluidrotation oder für mittelbare Ftuidrotation über den Rotor, gewährleistet somit unter Ausnutzung der Energie der dem Behälter zuzuführenden bzw. der in diesen zurückströmenden Flüssigkeit einen Zentrifugationseffekt dergestalt daß stets, und zwar auch bei ganz extremen Flugzuständen mit Og-Belastungen, eine einwandfreie Entlüftung und Ölversorgung gewährleistet wird. Zudem ist infolge der seitlich in den Behälter einmündenden ölabflußbohrung auf überraschend einfache Weise in die Wege geleitet, • das gegen die Behälterinnenwand zentrifugierte Fluid leicht und auf direktem Wege einem entsprechenden Verbraucher zuzuführen.

Es kann sich z. B. auch bei Horizontalflug ein ölfreier Kern im Behälterinnern ausbilden, aus dem die Entlüftung des Behälters vorgenommen wird. Unter positiven und negativen g-Belastungen wird dieser Kern eine exzentrische Lage einnehmen, bei Og befindet er sich absolut im Zentrum des Öltanks. In Sturz- und Steigfluglagen wird die Form dieses Kerns annähernd diejenige einer Parabel annehmen. Form, Lage und Größe dieses Kerns sind eine Funktion der auf den Tankinhalt einwirkenden g-Belastungen, der Fluglage und der Drehgeschwindigkeit des Behälterinhaltes..

Unter den Betriebsbedingungen von Triebwerken, die extremen Fluglagen ausgesetzt sind, gelingt es somit z. B. Öltanks so zu gestalten, daß es in jedem Falle und bei jeglicher zu erwartender Entlüftungskernausbildung möglich ist, über ein einziges statisches Element den Behälter aus dem Kernbereich zu entlüften.

Dadurch, daß die Luftentnahmeöffnung der Entlüftungsleitung in jeder Lage des Behälters, z. B. also auch in der senkrechten Behälterlage, den Flüssigkeitsspiegel übersteigt, wird u. a. nicht nur eine Entleerung des Behälters bei statischem bzw. nicht rotierenden Behälterinhalt über die Entnahmeöffnung unterbunden, sondern auch eine einwandfreie Flüssigkeitsbefüllung gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen-Standes ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6. Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt der Einrichtung nebst Flüssigkeitsbehälter in einer ersten Ausführungsform, wobei die Rotation des Behälterinhalts mittels unmittelbar darauf einwirkender Düsenimpuls-Wirkung in den Behälter zurückfließenden Öls erzeugt wird,
F i g. 2 eine in Blickrichtung X der F i e. 1 hinsichtlich

der Anordnung zweier um 180° zueinander versetzter Düsen konkretisierte Ausführungsform der Einrichtung, Fig.3 eine weitere als Längsschnitt dargestellte Variante der Einrichtung nebst Flüssigkeitsbehälter, bei der die Rotation des Behälterinhalts durch einen beschaufelten Rotor erzwungen wird.

Der in F i g. 1 dargestellte Flüssigkeitsbehälter B weist eine rotationssymmetrisch zur Tanklängsachse 1 angeordnete Behälterwand 2 auf. Die in der Zeichnung linke Endwand des Tanks ist mit 3 bezeichnet, wobei ein in der Zeichnung auf der rechten Seite liegender Tragkörper 4 den der Endwand 3 gegenüberliegenden Behälterboden 5 bildet. In dieser rotationssymmetrischen Behälterwand 2 ist eine — bezogen auf die Behälterlänge — etwa mittig angeordnete Einfüllöffnung 6 für das öl vorgesehen, während auf der der Einfüllöffnung 6 gegenüberliegenden Seite an der Behälterwand 2 ein Anschlußstück für eine in den Behälter einmündende ölabflußbohrung 7 vorgesehen ist. Der in F i g. 1 auf der rechten Seite liegende Tragkörper 4 weist Leitungsanschlußstücke 8 und 9 auf, wobei das Leitungsanschlußstück 8 eine in den Tragkörper 4 eingearbeitete Leitung 10 für die Entlüftung aufweist, die sich in Richtung zur Behältermitte hin in Form einer konzentrisch angeordneten Entlüftungsleitung 11 fortsetzt, die mit einer Luftentnahmeöffnung 12 versehen ist. Bei statischem Behälterinhalt liegt die Luftentnahmeöffnung 12 stets oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Das zuvor schon erwähnte Leitungsanschlußstück 9 setzt sich in Form einer im Tragkörper 4 angeordneten Leitung 13 fort, die im Betrieb vom Rücklauföl beaufschlagt ist, so daß mindestens eine in den Tragkörper 4 eingearbeitete, in den äußeren Behälterumfangswandbereich tangential einmündende Düse 14 das Rücklauföl mit Impulswirkung in den Behälter einspeisen kann, wodurch das im Behälterinneren befindliche öl in Rotation versetzbar ist. Infolge der Rotation des Öls bildet sich je nach auftretenden Flugkonfigurationen und auf den Tankinhalt einwirkenden Beschleunigungskräften z. B. ein leicht exzentrisch angeordneter Luflkern a aus, bzw. kann sich dieser Luftkern parabelförmig ausbilden, und zwar gemäß Position b, wobei diese Parabel von deren geöffneter Seite, also von der Endwand 3 ausgehend, in Richtung auf den gegenüberliegenden Behälterboden 5 Rotationssymmetrisch zusammenfließend ausgebildet ist Eine weitere parabelförmige Ausbildung des Luftkerns ist gemäß Position c gegeben, bei der die Parabel vom Behälterboden 5 ausgehend geöffnet ist, während sie in Richtung auf die gegenüberliegende Endwand 3 rotationssymmetrisch zusammenfließend ausgebildet ist.

Bei der Variante nach F i g. 2 sind die Düsen 15,16 um 180° versetzt im äußeren Umfangswandbereich des den Behälterboden 5 enthaltenden Tragkörpers 4 angeordnet.

Im übrigen wäre durchaus eine weitere Ausführungsform dahingehend vorstellbar, bei der die Düsen an der rotationssymmetrischen inneren Wand des Behälters und in dem den Behälterboden enthaltenden Tragkörper angeordnet sind. In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, besteht fernerhin die Möglichkeit, die einzelnen Düsen die Wand des Behälters von außen nach innen durchsetzend anzuordnen.

Unter Verwendung im wesentlichen gleicher Bezugszeichen für gegenüber F i g. 1 unveränderte Bauteile veranschaulicht Fig.3 eine weitere Variante, bei der innerhalb des Flüssigkeitsbehälters B ein um dessen Längsachse 1 verdrehbar angeordneter, trommeiförmig ausgebildeter und im wesentlichen der inneren Behälterstruktur angepaßter Rotor 15 angeordnet ist, der sich in Drehachsrichtung erstreckende, an die rotationssymmetrische Behälterwand 2 angrenzende Rotorschaufeln 15' aufweist. Dieser Rotor 15 ist zum einen über ein Kugellager 16 am Tragkörper 4 bzw. an der achssymmetrisch in den Behälter B ragenden Entlüftungsleitung 11, auf der gegenüberliegenden Seite über ein weiteres Kugellager 17 an der Endwand 3 drehbar gelagert. Infolge Rotation dieses Rotors 15 kann auch bei dieser Variante der ölinhalt derart in Rotation versetzt werden, daß sich z. B. die schon in F i g. 1 der Reihe nach mit a,bund c bezeichneten Konfigurationen für die betreffenden Luftkerne ausbilden, aus denen der Behälter B über die achsmittig in diesen hineinragende Entlüftungsleitung 11 nach der Atmosphäre entlüftet werden kann. Das in den F i g. 1 und 3 mit 8 bezeichnete Leitungsanschlußstück kann über eine entsprechende Leitung zu einem in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Geräteträger eines Gasturbinentriebwerkes geführt werden, wobei im letzteren Fall davon ausgegangen wird, daß der Geräteträger selbst in irgendeiner Form nach der Atmosphäre entlüftet ist. Im Fall der Fig.3 ist mindestens eine im äußeren Behälterumfangswandbereich tangential in diesen einmündende Düse 18 für die Beaufschlagung der Rotorschaufeln 15' des Rotors 15 vorgesehen, der somit die Rotation des ölinhalts herbeiführt, wobei die Düse 18 über die Leitung 13 im Anschlußstück 9 vom Rücklauföl beaufschlagt wird.

In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, kann bei einer — bezogen auf die Behälterlänge — mittig in der rotationssymmetrischen Behälterwand anzuordnenden ölabflußbohrung die Behälterwand in Richtung auf diese ölabflußbohrnng erweitert ausgebildet sein, so daß auch bei äußerst geringer Tankfüllung noch eine einwandfreie Flüssigkeits- bzw. ölentnahme möglich ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Entlüftung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Schmiermittelbehälters für Flugzeuge bei extremen Fluglagen und -bedingungen, bei der das Behälterfluid zwecks Bildung eines im wesentlichen zentrisch fluidfreien Raums für die Behälterentlüftung gegen die (rotationssymmetrisch) gekrümmte Behälterinnenwand zentrifugierbar ist, wobei eine mit dem fluidfreien Raum in Verbindung bringbare, behälterrückwandseitig konzentrisch nach außen geführte Entlüftungsleitung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: