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Einrichtung zur Förderung von Kraftstoff Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Kraftstofförderung aus den Vorratsbehältern zu den Brennkraftmaschinen
in Luftfahrzeugen. Bei den üblichen Kraftstoffanlagen wird der Kraftstoff durch
in der Nähe der Brennkraftmaschinen angeordnete Pumpen aus den Vorratsbehältern
angesaugt, um den Brennkraftmaschinen entweder direkt oder über einen meistens als
Falltank ausgebildeten Zwischenbehälter zugeführt zu werden. Beim Flug in großen
Höhen sowie auch beim Start mit Motoren hoher Startleistung, besonders bei hoher
Lufttemperatur, hat sich diese Saugförderung für den Kraftstoff allein als unzureichend
erwiesen, da die Kraftstoffsäule bei niedrigem Außendruck unter Dampfblasenbildung
zum Abreißen neigt.
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Zur Überbrückung dieser Schwierigkeit und zur Notförderung ordnete
man außer den normalen kraftgetriebenen Kraftstoffpumpen zu deren Unterstützung
und als Ersatz bei Pumpenstörungen besondere handbetätigte Kraftstoffpumpen an.
Bei den immer mehr in Aufnahme kommenden Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung
ist jedoch eine Notförderung mittels Handpumpen nicht mehr durchführbar, da diese
Maschinen einen Kraftstoffdruck von i bis i,5 atü vor der Einspritzpumpe erfordern,
der mit Handbetrieb bei den erforderlichen. Fördermengen nicht aufrechterhalten
werden kann. Aus diesem Grunde ist man in neuerer Zeit dazu übergegangen, an den
einzelnen Kraftstoffvorratsbehältern jeweils besondere elektrisch oder pneumatisch
angetriebene Kraftstoffpumpen anzuordnen, die den Kraftstoff unter einem bestimmten
Druck zu den Brennkraftmaschinen fordern. Da es aus Sicherheitsgründen
bei
einer derartigen reinen Druckförderung durch Tankpumpen zweckmäßig ist, je zwei
Pumpenaggregate in jedem Behälter anzuordnen, erfordert eine solche Kraftstoffanlage
besonders bei Luftfahrzeugen mit vielen einzelnen Vorratsbehältern einen sehr großen
Gewichts- und Bauaufwand.
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Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, Strahlpumpen beliebiger
Art an Stelle mechanischer Pumpen zur Saugförderung von Kraftstoff zu verwenden,
wobei eine einzelne 5trahlpumpe an der höchsten Stelle der Kraftstöfförderleitung
bzw. an einer beliebigen Stelle zwischen einem Vorratsbehälter und einem Falltank
angeordnet war. Die bekannten Einrichtungen dieser Art besitzen jedoch die erheblichen
Mängel, daß in der Saugleitung erhebliche Unterdrücke zum Heben des Kraftstoffes
erforderlich sind und daß die Förderung bei gewissen Flugzuständen durch Austauchen
der einzigen zur Strahlpumpe hinführenden Ausflußstelle leicht unterbrochen wird.
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Diese Nachteile der Kraftstofförderung durch Strahlpumpen werden gemäß
der Erfindung dadurch vermieden, daß an der Grundfläche jedes Behälters zwei oder
mehrere Strahlpumpen in den diametral gegenüberliegenden Ecken des Behälters angeordnet
sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei allen Schräglagen des Flugzeuges
der Kraftstoff mindestens einer Strahlpumpe unter natürlichem Gefälle zufließt.
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Durch eine nachgiebige Ausbildung der Strahlpumpenanschlußleitungen,
die ein Hinundlierbewegen der Strahlpumpen zwischen Tankboden und -decke unter dem
Einfluß der Schwerkraft gestatten, kann sogar auch im Rückenflug eine sichere Kraftstofförderung
mit nur zwei Strahlpumpen im Behälter erreicht werden.
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Zur Vereinfachung des Leitungssystems und zur Druckersparnis können
die beiden Strahlpumpen eines Behälters miteinander im Nebenschluß in die Förderleitung
eingeschaltet werden. Es müssen dann allerdings Vorkehrungen getroffen werden, um
die beim :l£ustauclien der Ansaugöffnung einer Strahlpumpe mitgerissene Luft wieder
aus dem Kraftstoff auszuscheiden. Zweckmäßig wird dieser Luftabscheider an einem
dauernd in die Leitung des Förderstoffes eingeschalteten, unter Außendruck stehenden
Sammelbehälter angebracht. Dieser Sammelbehälter, der auch mit einem der Vorratsbehälter
vereinigt sein kann, ist gleichzeitig mit einem Füllhöhenbegrenzer ausgestattet,
der zur Anpassung der Fördermenge an den jeweiligen Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine
bei verschiedenen Belastungszuständen dient. Aus dem Saininelbehälter saugt die
Förderpumpe den Kraftstoff an und fördert den überschüssigen Kraftstoff auch wieder
dort hinein.
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In ihrem weiteren Ausbau erstreckt sich die Erfindung auf die vorteilhafteste
Anwendung des Erfindungsgedankens auf Kraftstoffanlagen mit mehreren Vorratsbehältern,
wie sie beispielsweise zur Anpassung an die Raumverhältnisse innerhalb der Tragflügel
von Luftfahrzeugen oder aus Sicherheitsgründen ausgeführt «erden. Die geringstmöglichen
Druckverluste in derartigen -anlagen lassen sich nämlich dadurch erzielen, daß in
den Leitungen Schaltorgane vorgesehen werden, die das Einschalten der Strahlpumpen
einzelner Behälter in die Förderleitung zur Förderung aus dem jeweils eingeschalteten
Behälter gestatten. Hierdurch werden unnötige Druckverluste in dein Förderstoff
vermieden, die beim Durchströmen mehrerer Strahlpumpen in zum Teil sogar schon leeren
Behältern entstehen würden.
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Die Umschaltorgane beliebiger Art können dabei auf Grund einer Anzeigevorrichtung
für die Entleerung der Behälter von der Besatzung direkt oder unter Zuhilfenahme
von Mitteln zur Fernbedienung betätigt «-erden. L-m die Besatzung jedoch von der
Beobachtung des Entleerungszeichens und von den zur Umschaltung erforderlichen Handgriffen
zu entlasten, kann die Entleerungsanzeige mit einer vorzugsweise elektrisch betätigten
selbsttätigen Umschalteinrichtung in Wirkungsverbindung stehen. Die Umschaltung
der Förderstoffleitung von einem entleerten Behälter auf den nächsten noch gefüllten
erfolgt dann selbsttätig, und zwar vorteilhaft mit einer gewissen Verzögerung nach
dem Leerzeichen zur Berücksichtigung von Schwankungen in der Anzeige durch vorübergehende
Veränderungen des Kraftstoffspiegels durch Beschleunigungskräfte oder besondere
Fluglagen.
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Eine vereinfachte, nacheinanderfolgende Entleerung von mehreren Vorratsbehältern
läßt sich unter Verzicht auf das Ausschalten der Strahlpumpen an den schon entleerten
Behältern aus der Förderleitung ohne zu große Druckverluste auch auf folgende Weise
verwirklichen: Die Strahlpumpen einer gemeinsamen Förderleitung für die Behälter
werden bei dieser Ausgestaltung nach Entleerung der Behälter beispielsweise durch
Schwimmer selbsttätig gegen Eintritt von Luft abgesperrt, während das Einschalten
der vorher außer Betrieb befindlichen Strahlpumpen des nächsten noch vollen Behälters
durch ein vorzugsweise selbsttätiges, z. B. von der Durchflußmenge gesteuertes Schaltglied
erfolgt. Durch das Abschließen der Strahlpumpen in den entleerten Behältern gegen
Lufteintritt wird in diesen Pumpen der sonst vorhandene große Drucksprung vermieden.
Der verbleibende,
durch Drosselung bedingte Druckverlust kann dabei
durch geeignete Formgebung fast beliebig klein gehalten werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand an .mehreren
Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen im einzelnen: Abb. i ein Schaltschemabeispiel
für eine Strahlpumpenkraftstofföderanlage mit einem Vorratsbehälter und einem Sammelbehälter,
Abb. z ein Ausführungsbeispiel für einen Füllhöhenbegrenzer an dem Eintritt zum
Sammelbehälter, Abb.3 und 4 eine bewegliche Strahlpumpenanordnung in einem Vorratsbehälter
im Aufriß und Grundriß, Abb.5 ein Schaltschema für eine Strahlpumpenkraftstofförderanlage
mit drei Vorratsbehältern und Handumschaltung der Förderung aus den verschiedenen
Vorratsbehältern, Abb.6 ein Schaltschema für eine entsprechende Anlage, jedoch mit
selbsttätiger Umschaltung der Förderung, Abb.7 ein Schaltschema für eine Strahlpumpenkraftstofförderanlage
für mehrereVorratsbehälter mit hintereinander in der Förderleitung angeordneten
Strahlpumpen, Abb. 8 einen Schnitt durch eine Strahlpumpe der Anlage in Abb. ¢ und
Abb.9 einen Schnitt durch ein durchflußmengengesteuertes Umschaltventil der Anlage
in Abb.4.
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In der Abb. i sind die Grundelemente der Strahlpumpenkraftstofförderung
zu einem einfachen, beispielsweisen Schema einer Kraftstoffanlage mit nur einem
Vorratsbehälter zusammengestellt. Die Förderpumpe i wird hierbei durch einen Elektromotor
a angetrieben und fördert den aus dem Sammelbehälter 6 angesaugten Kraftstoff unter
Druck teils zu der Brennkraftmaschine 8, teils durch die Leitung 3 zu den am Vorratsbehälter
9 im Nebenschluß angeordneten Strahlpumpen 4. In diesen Strahlpumpen wird neuer
Kraftstoff unter Vermischung mit dem Förderkraftstoff angesaugt und durch die Rücklaufleitung
5 in den Sammelbehälter 6 gefördert.
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Bei Anwendung des Verfahrens in Verbindung mit Brennkraftma'schinen,
die nur einen geringen Druck in der Kraftstoffzuführungsleitung erfordern, beispielsweise
Vergaserinotoren, kann die Zuleitung zu den Brennkraftmaschinen anstatt von der
Druckleitung 3 von der Rücklaufleitung 5 abgezweigt werden, wie in der Abb. i gestrichelt
angedeutet. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig die von der Förderpumpe i zu
fördernde Kraftstoffmenge verringert, da der von der Brennkraftmaschine verbrauchte
Kraftstoff die Kreislaufpumpe nicht mit durchströmt. Am Eintritt zu dem Sammelbehälter
6 ist noch ein Füllhöhenbegrenzer 7 angeordnet, der bei einem bestimmten Inhalt
des Sammelbehälters dessen Zulauf drosselt, um ein Überlaufen von Kraftstoff zu
verhindern.
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In der Abb. a ist ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Füllhöhenbegrenzer
an einem Teilschnitt durch den Sammelbehälter 6 dargestellt. Die Rücklaufleitung
5 für den Kraftstoff führt dabei in ein unten geschlossenes Steigrohr 7a, das in
seinem oberen Teil Öffnungen 71, für den Austritt des Kraftstoffes in den Behälter
aufweist. Diese Austrittsöffnungen werden von einem auf dem Kraftstoff schwimmenden
und das Steigrohr 7,
ringförmig umgebenden Absperrglied 7, beim Ansteigen
des Flüssigkeitsspiegels nacheinander abgedeckt, wodurch der Kraftstoffzulauf zu
dem Sammelbehälter zunächst gedrosselt und schließlich ganz abgesperrt wird. , Bei
absinkendem Kraftstoffspiegel werden umgekehrt die Öffnungen 7b nacheinander von
dem sich abwärts bewegenden Absperrglied7, freigegeben und dadurch die zulaufende
Kraftstoffmenge wieder vergrößert, solange durch die Rücklaufleitung 5 genügend
Kraftstoff gefördert wird.
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Reicht dagegen die aus der Rücklaufleitung zufließende Kraftstoffmenge
infolge Leerwerdens des Vorratsbehälters nicht mehr aus, um den von der Förderpumpe
i aus dem Sammelbehälter 6 angesaugten Kraftstoff zu ersetzen, sinkt der Kraftstoffspiegel
in dem Behälter trotz voll geöffneten Eintrittsquerschnittes immer weiter ab.
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Die Bewegung des Absperrgliedes 7, läßt sich nun in besonders einfacher
Weise beispielsweise durch Berührung eines Kontaktgliedes 16a, das durch einen Isolierkörper
16b, an den Behälter 6 angeschlossen ist, als Standanzeigevorrichtung 16 dazu benutzen,
um beim Unterschreiten einer bestimmten Füllhöhe einen Stromkreis zu schließen,
der z. B. zur Betätigung einer Warnanlage oder eines Umschalters für die Förderleitung
dienen kann.
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In den Abb. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine bewegliche
Anbringung der Strahlpumpen in einem Vorratsbehälter im Aufriß und Grundriß dargestellt.
Die Strahlpumpe 4 mit ihren im Behälterinneren verlaufenden Teilen der Zuleitung
31, und Rückleitung 51, ist hierbei durch die um eine gemeinsame Achse A
beweglichen Schwenkanschlüsse 3, und 5" an die fest im Flugzeug angeordneten
Teile der Förderleitung 3 und 5 angeschlossen. Die Strahlpumpe 4 nimmt unter Wirkung
ihres Eigengewichtes bei allen normalen Lagen des Flugzeuges die in Abb. 3 ausgezogen
gezeichnete Lage ein. Die beweglichen Schwenkanschlüsse 3a und 5" gestatten jedoch
der Strahlpumpe 4 auch eine Ver-
Schwenkung in die gestrichelte
Stellung für den Rückenflug, so daß auch für diesen Flugzustand keine besonderen
Strahlpumpen an der Behälteroberseite erforderlich sind.
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In dem Schema der Kraftstoffanlage in Abb. 5 sind die Kraftstoffvorratsbehälter
mit 6, io und i i bezeichnet. Von diesen dient der Behälter 6 gleichzeitig als Sammelbehälter,
aus dem die vom Elektromotor 2 angetriebene Förderpumpe i Kraftstoff ansaugt und
teils der Brennkraftmaschine 8 und teils der Druckleitung 3 zuführt. Zwischen dieser
Druckleitung 3 und den Vorratsbehältern io und i i sind nun Absperrglieder 1z und
13 angeordnet, die eine wahlweise Schaltung der Förderleitung auf die beiden Behälter
ermöglichen. Zwischen den Austrittsseiten der Behälter io und i i und der gemeinsamen
Rücklaufleitung 5 sind außerdem noch Rückschlagventile 14 und 15 vorgesehen, die
die Rücklaufleitung gegen Zurückfließen von Kraftstoff in die Vorratsbehälter io
und i i selbsttätig verschließen. In der gezeichneten Stellung der Schaltglieder
ist die Förderleitung bei geöffnetem Durchfluß bei 13 und geschlossenem Absperrglied
12 auf die Strahlpumpen d. am Behälter i i geschaltet, aus dem der in den Strahlpumpen
angesaugte Kraftstoff vermischt mit dem Förderkraftstoff über das Rückschlagventil
15 und die Rücklaufleitung 5 zu dem vereinigten Sammel- und Vorratsbehälter 6 gefördert
wird. Die Schaltglieder 12, 13 werden bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer
elektrischen Fernübertragung mit der Stromquelle 2o durch Umlegen eines Schalters
icg von Hand betätigt. Das Leerwerden eines Behälters wird dabei durch ein Warnsignal
17 angezeigt, das finit der Standanzeigevorrichtung 16 im Behälter 6 durch eine
von der Stromquelle 18 gespeiste elektrische übertragung in Wirkungsverbindung steht.
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In der Abb.6 ist ein Schema für eine Strahlpunipenkraftstofförderanlage
mit selbsttätiger Umschaltung der Förderleitung auf die einzelnen Vorratsbehälter
dargestellt. In diesem Beispiel sind drei Vorratsbehälter 21, 22 und 23 außer
dem Sammelbehälter 6 vorgesehen. Die vom Motor 2 angetriebene Förderpumpe i fördert
in diesem Fall den aus dem Sammelbehälter 6 angesaugten Kraftstoff teils zu der
Brennkraftmaschine 8, teils über die Ventilbatterie 24 durch eine der drei Kraftstoffdruckleitungen
3, 3', 3" zu den daran angeschlossenen Strahlpumpen an einem der drei Vorratsbehälter
21, 22, 23 und über ein Rückschlagventil 31 und die Rücklaufleitung 5 zusammen mit
dein aus dem Vorratsbehälter angesaugten Kraftstoff wieder in den Sammelbehälter
6 zurück. In der Ventilbatterie 24. sind in einem Gehäuse 25 die Absperrglieder
26 für die Druckleitungen 3, 3' und 3" zu den drei Vorratsbehältern .21,
22, 23 vereinigt. Durch entsprechend versetzte -`Zocken 27 auf einer Welle 28 werden
die Absperrglieder 6 entgegen den Schließfedern 32 bei Drehung der Welle 28 nacheinander
geöftnet. Dieses Drehen der Welle 28 und damit das Umschalten der Förderleitung
nach Leerung eines Voratsbehälters auf einen anderen erfolgt über ein Schneckenradgetriebe
29 durch einen Elektromotor 3o, der wieder mit der Standanzeigevorrichtung 16 durch
einen Stromkreis mit der Stromquelle 18 in Wirkungsverbindung steht.
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In der Abb. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Strahlpumpenkraftstofförderanlage
iuit selbsttätig nacheinander erfolgender Entleerung mehrerer Vorratsbehälter im
Schaltschema dargestellt. An den Vorratsbehältern 33, 34, 35 und 36 sind hierbei
die Strahlpumpen 37 und 37' in zwei getrennten Förderleitungen 3, 5 und 3', 5' derart
angeordnet, daß sämtliche Strahlpumpen einer Förderleitung hintereinander schaltbar
sind.
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Die Strahlpumpen 37 und 37' in den Behältern 33, 34 und 35 sind jedoch
beim Beginn der Kraftstofförderung, d. h. solange alle Behälter gefüllt sind, durch
selbsttätige Umschaltglieder 38 überbrückt, so daß der wieder von den Förderpumpen
i, i' mit Antrieb durch die Elektromotoren 2, 2' aus dem Saniinelbehälter 6 angesaugte
Kraftstoff, soweit er nicht von der Brennkraftmaschine 8 verbraucht wird, durch
die Leitungen 3, 3' den Strahlpumpen 37, 37' itu Behälter 36 zugedrückt wird und
von dort unter Aufnahme neuen Kraftstoffes an den Strahlpumpen in den noch gefüllten
Behältern 35, 34 und 33 vorbei über die Rücklaufleitungen 5, 5' in den Sammelbehälter
6 zurückfließt.
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Beim Leerwerden des jeweiligen Behälters wird die Ansaugöffnung
39 der Strahlpunipe 37 (Abb. 8) durch einen Schwimmer .Io selbsttätig abgeschlossen,
so daß der Förderstoff ohne nennenswerten Druckverlust die Strahlpunipe auch während
der Förderung au: den anderen Behältern durchströmen kann.
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In der Abb. g ist ein Ausführungsbeispiel für ein selbsttätiges Umschaltventil
38 (Abb. 7 ) ini Schnitt dargestellt, das bei F seine Kraftstofeintrittsöffnung
hat. In einem Gehäuse 41 sind zwei bewegliche federbelastete Schaltschieber :12
und 43 gelagert. Von diesen dient der Schieber 43, der zur Leitungd.d. im Nebenschluß
liegt, als' Durchflußregler. Bei einer Verringerung der Durchflußmenge infolge Leerwerdens
des vorhergehenden Behälters wird der Schieber 43 durch seine Schließfeder .I5 in
- die Absperrstellung verschoben, wodurch ein geringerer Druckanstieg vor der Drosselstelle
eintritt. Durch diese Drucksteigerung beginnt der Schieber .I2 entgegen
seiner
Belastung durch die Feder 46 nach unten zu wandern und wird durch den hierbei infolge
der Drosselung an den DurchtrittsöfF-nungen weiter zunehmenden Flüssigkeitsdruck
bis in seine untere Endstellung verschoben, in der er den Durehfluß zur UmgehungsleitungU
absperrt und zur Anschlußleitung der Strahlpumpe S hin freigibt, die nunmehr die
Kraftstofförderung aus dem ihr angeschlossenen Behälter bis zu dessen Entleerung
übernimmt. Darauf wiederholt sich der gleiche Vorgang am Umschaltventil des nächsten
Behälters usf.
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Bei der Anwendung der Kraftstofförderung mittels Strahlpumpen können
natürlich die üblichen Kraftstoffsaugpumpen an den Brennkraftmaschinen zur Gewichtsersparnis
in Fortfall kommen. Wenn man sie jedoch in der Anlage beläßt, bedeutet die Möglichkeit,
zeitweilig auch mit diesen Pumpen im Saugbetrieb allein fördern zu können, eine
erhebliche Steigerung der Ausfallsicherheit der ganzen Anlage.