DE8908723U1 - Düsenbefestigung - Google Patents

Description

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Düsenbefestigungeae a

Die Erfindung betrifft eine Düsenbefestigung nach Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine derartige Düsenbefestigung wird für eine Düse in Raketentriebwerken bzw,, Raketentrsibsätsen benötigt. Die Düse ist einem hohen Anzünddruck, einem hohen Betriebsdruck und Beschleunigungen des Verbrennungsgases ausgesetzt,- dessen Strömungsgeschwindigkeit in der Düse nahezu Schallgeschwindigkeit erreicht. Die D£s-3 darf sich dabei in ihrer L^ge nicht verändern.

Die Dust? ist für Raxeten-ri^bwerke und dergleichen ein leistungsbestimmendes Bauteil, dessen Abmessungen, Werkstoff eigenschaften und Einbauposition auf die zur Entfaltung keimenden Energie abgestimmt sein müssen, um die Zündung des Triebwerks störungsfrei zu überdauern.

Beispielsweise erfolgt die Anzündung durch einan stromaufwärts gerichteten heißen Zündstrahl unter einem Druck von ca. 90 bar. Der Zündstrahl durchströmt die relativ kleine Düsenbohrung und trifft auf eine wärmeempfindliche Zündtablette, wodurch der in der Brennkammer des Raketentriebwerks eingebaute Treibsatz zündet. Auf Grund der Zündung entsteht ein Verbrennungsdruck in der Größenordnung zwischen 200 bar und 800 bar, wobei die Verbrennungsgase in Gegenrichtung zum mittlerweile abgebauten Zündstrahl durch die Düse strömen und letztlich den Vortrieb einer Raketengeschoßstufe erzeugen. Dabei entstehen Temperaturen von ca. 1200 'C. Während des Abströmens der Verbrennungsgase darf sich die Düse

nicht in ihrer Querschnittsform verändern, verschieben oder gar lösen, da sonst Turbulenzen oder Störungen in. Abbrand auftreten können, die im günstigsten Fall zu einem Wirkungsgradverlust und im ungünstigsten Fall zu einem vollständigen Versagen des Triebwerkes führsn.

Es ist bekannt, die Düse in einen Düsenträger einzusetzen, dsr die Düsenkontur stromaufwärts und stromabwärts übergangslos fortsetzt. Dadurch ist es möglich, die Düse selbst, die aus hochwarmfestern Material hergestellt ist, wesentlich kleiner zu gestalten, wodurch Material- und Fertigungskosten eingespart werden. Die bekannte Düsenbefestigung föieht vor, daß der Düsenträger einen Düsensitz aufweist, in den die Düse eingesetzt ist und mit Hilfe von mehreren Madenschrauben befestigt wird. Der Düsenträger selbst ist in einem Düsenträgersit&zgr; eines Rohrkörpers des Triebwerks eingesetzt und dort ebenfalls über mehrere Madenschrauben gesichert. Das der Brennkammer zugewandte Ende des Düsenträgers weist in der zylindrischen Mantelfläche eine Radialnut auf, in der ein Dichtring eingesetzt sein kann. Eine solche Düsenbefestigung hat den Nachteil, daß mit hoher Präzision sowohl im Rohrkörper als auch im Düsenträger mehrere, z.B. insgesamt sechs Gewindebohrungen mit Präzision hergestellt werden müssen. Der Einbau der Düse ist dann noch relativ zeitraubend, nachdem in einem ersten Schritt zunächst die Düse in dem Düsenträger befestigt werden muß und anschließend der Düsenträger in dem Rohrkörper. Außerdem besteht der Nachteil, daß bei dem Transport des Triebwerks die Verschraubungen sich durch Vibrationen lösen können, so daß die Gefahr des Versagens des Triebswerkes besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostensparende Düsenbefestigung sowie ein kostensparendes Verfahren zur Befestigung einer Düse zu schaffen, die außerdem die Zuverlässigkeit des Triebwerkes erhöhen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Hauptanspruchs s .

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Weise die Düse spielfrei zwischen den Düsenträgerteilen ein, wobei durch die anschließende Verformung mindestens eines Düsenträgerteils eine formschlüssige, zerstörungsfrei nicht lösbare Verankerung des Düsenträgers in dem Rohrkörper erfolgt. Diese Verriegelung des Düsenträgers in dem Rohrkörper ist unempfindlich gegen Vibrationen und hohe Temperaturen. Hohe Axialkräfte der Verbrennungsgase pressen den Düsenträger noch fester in die Verankerung, so daß eine hohe Sicherheit gegen ein Versagen des Triebwerkes auf Grund einer Lageveränderung der Düse gewährleistet ist.

Der Düsenträger besteht vorzugsweise aus einem Dusenaufnahmekorper und einem Anströmring, die die Düsenkontur stromaufwärts und stromabwärts übergangslos fortsetzen. In dem Rohrkörper ist im Bereich der Fügestelle zwischen Dusenaufnahmekorper und Anströmring eine Ringnut angeordnet, in die beim Zusammenfügen des Anströmr.-.ngs und des Dusenaufnahmekorpers ein an einem der Düsenträgerteile angeordneter Ringsteg unter bleibender

3Q Verformung nach außen in die Ringnut des Rohrkörpers eingreift. Auf diese Weise ist ein Eingriff auf dem gesamten radialen Umfang des Düsenträgers mit dem Rohrkörper möglich und ein sicherer Halt gewährleistet.

Der radiale Ringsteg kann durch eine in der äußeren zylindrischen Mantelfläche des ersten Düsenträgerteils angeordnete radiale Ringnut in Verbindung mit einer in der Stirnfläche angeordneten axialen Ringnut gebildet sein, wodurch der Ringsteg im Querschnitt eine nach außen gerichtete Hakenform erhält. Dieser Ringsteg ist durch die Radialnut geschwächt, so daß er radial nach außen gespreizt und in eine Ringnut eingreifen kann.

Die radiale Ringnut kann in vorteilhafter Weise dazu benutzt werden, einen Dichtring aufzunehmen. Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil, daß beim Spreizen des Ringstegs auch der Dichtring radial nach außen fest gegen die Bohrung des Rohrkörpers gedrückt wird, wodurch die Abdichtung des Düsenträgers gegenüber dem Rohrkörper verbessert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der radiale Ringsteg radial geschlitzt ist.

Auf diese Weise ist die Verformung des Ringstegs erleichtert, so daß dieser mit geringerem Kraftaufwand in die Ringnut eingreifen kann. Ein solcher Ringsteg greift in der Art eines Haken- oder Krallenrings in die Aussparung des Rohrkörpers ein.

Das zweite Düsenträgerteil kann eine Spreizeinrichtung in Form eines axialen Ringstegs mit konisch sich zum ersten Düsenträgerteil verjüngender Mantelfläche aufweisen, der beim axialen Zusammenfügen in die axiale Ringnut des ersten Düsenträgerteils eingreift. Die konische Mantelfläche drückt in vorteilhafter Weise den Ringsteg beim axialen Zusammenschieben der beiden

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Düsenträgerteile auf einfache Weise nach außen in die radiale Ringnut des Rohrkörpers.

Die Erfindung ermöglicht es, den Düsenträger, die Düse und den Rohrkörper in einem einzigen Arbeitsgang in kürzester Zeit fehlerfrei zusammenzufügen.

Vorzugsweise beträgt die Neigung der konischen Mantelfläche zur Düssnschss ca. 30*. Ein solcher Neigungswinkel gewährleistet, daß die Kräfte auf den Ringsteg im Verhältnis zur Axialdruckkraft reduziert sind und der Spreizwinkel nicht zu hoch ist.

Die in dem zweiten Düsenträgerteil sitzende Düse weist einen Anschlag für das erste Düsenträgerteil auf. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Verankerungskraft des ersten Düsenträgerteils voll zunächst auf die Düse und dann erst auf das zweite Düsenträgerteil übertragen wird, so daß die Düse absolut positionssicher eingeklemmt ist.

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Anströmring und das zweite Düsenträgerteil aus dem Düsenaufnahmekörper. Der Düsenträger mit der Düse braucht nicht vormontiert zu werden, sondern kann erst unmittelbar vor dem Zusammenpressen des Düsenträgers in dem Rohrkörper zusammengesetzt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen 3Q ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 den aus einem Düsenaufnahmekörper und einem

Anströmring bestehenden Düsenträger mit Düse vor dem Einbau,

Fig. 2 das Aufbringen einer axialen Kraft auf den
Anströmring mit Hilfe eines Stempels und

1C Fig. 3 den Düsenträger mit Düse im Einbauzustand.

Fig. 1 zeigt einen Rohrkörper 1 als Teil eines Raketentriebwerks z.B. für ein Panzerfaustgsschoß. Der Rohrkörper 1 ist unmittelbar vor einer Brennkammer angeordnet, aus der Verbrennungsgase über eine in dem Rohrkörper 1 angeordnete Düse 2 abströmen. Die Düse 2 ist in einem zweiteiligen Düsenträger 3 in einem Düsensitz 4 ohne Spiel eingebettet. Der Düsenträger 3 besteht aus einem Anströmring 5 und einem Düsenaufnahmekörper 6, die miteinander im Eingriff sind und die vor dem Einbau einen gleichen Einbaudurchisssssr auf weiser.. Der Anström= ring 5 und der Düsenauf nahmekörper 6 umschließer die Düse 2 radial vollständig, wobei die Außenkonturen des Anströmrings 5 und des Düsenaufnahmekörpers 6 die Düsenkontur im zusammengefügten Zustand übergangslos verlängern. Der Anströmring 5 und der Dv^ er_ufnahmekörper 6 können aus preiswerten Werkstoffen z.B. aus Automatenstählen hergestellt werden.

Die Düse besteht aus einem hochwarmfesten Werkstoff, z.B. Molybdän oder Elektrographit. Die Düse 2 ist genau genommen nur der thermisch und mechanisch hochbelastete

Düsenabschnitt einer aus dem Düsenträger 3 und der Düse 2 bestehenden Brennkammerdüse. Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau dieser Brennkammerdüse ermöglicht eine Kosteneinsparung, da nur der hochbelastete Teil der Düse mit hohen Material- und Fertigungskosten hergestellt werden muß.

Die Düse wird rotationssymmetrisch mit einem Anschlag 7 z.B. durch Zerspanen oder als Preßling hergestellt. Der Anschlag 7 für den Anströmring 5 ermöglicht, daß bei axialer Belastung des Anströmrings 5 im Einbauzustand die Axialkräfte über die Düse 2 auf den Düsenaufnahmekörper 6 einwirken, wodurch die Düse 2 auch bei hohen thermischen und mechanischen Belastungen exakt in ihrer Lage gehalten wird. Der Rohrkörper 1 ist zur Aufnahme des Düsenträgers 3 mit einer Bohrung versehen, die als Düsenträgersitz 9 dient. Am Ende dieser Bohrung stützt sich das freie Ende des Düsenaufnahmekörpers 6 gegen einen Anschlagbund 10 ab, der die auf den Düsenträger 3 und die Düse 2 einwirkenden Axialkräfte aufnimmt.

Der Düsenaufnahmekörper 6, der im wesentlichen den Düsenauslauf 11 bildet, ist mit einer radialen konischen Ringnut 12 versehen, an deren beiden Flanken jeweils radiale Ringstege 14,16 gleichen Durchmessers vorgesehen sind, deren Durchmesser dem Düsenträgersitz 9 angepaßt ist. Am stromaufwärtigen Ende des Düsenaufnahmekörpers 6 ist ein axialer Ringsteg 18 vorgesehen, dessen radial äußere konische Mantelfläche 2 0 zur Düsen- mittelachse unter einem Winkel von ca. 30' stromaufwärts zulaufend gestaltet ist. Dieser axiale Ringsteg 18 greift in eine axiale Ringnut 22 in der stromabwärtigen Stirnfläche des Anströmrings 5 ein, so daß ein

geschlitzter Ringsteg 24 als Krallenring oder Hakenring beim Anpressen des Anströmrings 5 gegen den Düsenaufnahmekörper 6 in dem Düsenträgersitz 9 auf Grund der konischen Mantelfläche 20 radial nach außen gespreizt wird,

Der radiale Ringsteg 24 greift beisi Auseinanderspreizen in sine radiale Ringnut 26 in der Bohrung des Rohrkörpers 1 ein ur>v, verankert dadurch in einem Arbeitsgang den Düsenträger 3 und die Düse 2 in dem 'Rohrkörper 2 derart, daß ein Losen der Verbindung zerstörungsfrei nicht sahr möglich ist. Die so geschaffene Verbindung ist mechanisch hochfest, thermisch unempfindlich und kann durch Vibrationen nicht die Lage der Düse verän dem.

Der geschlitzte Ringsteg 24 des Anströmrings 5 ist dabei mit Hilfe einer radialen Ringnut 28 in der äußeren Mantelfläche derart gebildet, daß die durch die Radial nut bewirkte Schwächung eine Spreizung des Ringstegs 24 begünstigt. Die Ringnut 28 kann dabei auch einen Dichtring 30 aufnehmen, der beim Einbau durch das Spreizen des Ringsteges 24 zusätzlich gegen den Rohrkörper 1 gedruckt wird und dadurch die Abdichtung verbessert.

Fig. 2 zeigt den Einbauvorgang für die Düsenbefestigung, bei dem ein Stempel 32 einen Axialdruck auf den Anströmring 5 ausübt und ein Spreizen des Ringsteges 24 durch Gleiten auf der konischen Mantelfläche 20 in

Pfeilrichtung einleitet.

In Fig. 3 ist der Einbauzustand dargestellt, bei dem der geschlitzte Ringsteg 24 in die Ringnut 26 eingreift

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und dabei gleichzeitig den Dichtring 30 fest gegen den Rohrkörper 1 anpreßt. Dadurch daß die Düse 2 mit eiaem Anschlag 7 versehen ist, wird verhindert, daß die Düse 2 in dem Düsenträger 3 ein axiales Spiel haben kann.

Eine derartige Düsenbefestigung erhöht das Maß an Funktionssicherheit des Triebwerkes und armögiicht die Montage der Düse in einem einzigen Arbeitsgang, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können. Di® *\ngebaute Düas V.ann höhor belastet werden, was zva* Erhöhong der Vortri«&eener-jie genutzt werden kann. Vorzugsweise werden für den I>asenträg^r Werkstoffe mit ainor Hindestzugfestigkeit von 50 &Ngr;/;*&pgr;&igr; verwendet.

Claims (9)

- 11 -Ansprüche

1. Düsenbefestigung für eine thermisch und mechanisch hochbelastete Düse sit einem die Düse (2) aufnehmenden Düsenträger \; 3,, der in einem Düsenträgersitz (9) eines Rohrkörpers (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet ,

daß der Düsenträger (3) zweiteilig ist, daß die Düsenträgerteile (5,6) die Düse (2) zwischen sich ohne Spiel aufnehmen, und daß beim Zusammenfügen der Düsenträgerteile (5,6) unter axialem Druck mindestens ein Düsenträgerteil (5) radial nach außen verformbar ist, in eine Aussparung ded Rohrkörpers (1) eingreift, und

den Düsenträger (3) in dem Düsenträgersitz (9) verriegelt.

2. Düsenbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Düsentlager (3) aus einem Düsenaufnahmekörper (6) und einem Anströmring (5) besteht,

daß in den* Rohrkörper (1) im Bereich der Fügestelle zwischen Düsenaufnahmekörper (6) und Anetrömring (5) eine Ringnut (26) angeordnet ist und

daß beim axialen Zusammendrücken des Anströmringe (5) und des Düsenauf nahmekörper s (S) ein an einem der Düsenträgerteile (5,6) angeordneter Ringsteg (24) unter bleibender Verformung nach außen in die Ringnut (26) des Rohrkörpers (1) eingreift.

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3. Düsenbefestigung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ;. zeichnet, daß der radiale Ringsteg (24) durch eine fe in der Mantelfläche des ersten Düsenträgerteils angeordnete radiale Ringnut (28) in Verbindung mit

einer axialen Ringnut (22) gebildet ist. |

4. Düsenbefestigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der radialen Ringnut (28) ein Dichtring (30) angeordnet ist.

5. Düsenbefestigung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Ringsteg (24) radial geschlitzt isU

6. Düsenbefestigung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Düsenträgerteil (6) eine Spreizeinrichtung in Form eines axialen Ringstegs (18) mit konisch sich zum ersten Düsenträgerteil verjüngender Mantelfläche (20) aufweist, der beim axialen Zusammenfügen in die axiale Ringnut (22) des ersten Düsenträgerteils eingreift.

7. Düsenbefestigung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der konischen Mantelfläche (20) zur Düsenachse ca. 30' beträgt.

8. Düsenbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zweiten Düsenträgerteil sitzende Düse (2) einen Anschlag (7) für das erste Düsenträgerteil aufweist.

9. Düsenbefestigung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Düsenträgerteil aus dem Anströmring (5) und das zweite Düsenträgerteil aus dem Düsenaufnahmekörper (6) besteht,