DE1626062C - Dichte Verbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen dem hinteren Ende der Schubdüse einer flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammer und dem Einlaufring für das flüssige Kühlmittel - Google Patents

Description

längeren Seitenwand mit der höheren Begrenzungswand und mit einer kürzeren Seitenwand mit der niedrigeren Begrenzungswand der Nut korrespondiert.

Die Erfindung gewährleistet eine konstruktiv einfache und absolut dichte mechanische Verbindung auch unter höchsten Betriebsbelastungen, deren Herstellung technologisch verhältnismäßig einfach zu beherrschen ist. Der Vorgang des Zustandekommens der dichten Verbindung wird der leichteren Verständlichkeit halber in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 zwei miteinander zu verbindende Bauteile allgemeiner Art im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Einzelheit aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und

F i g. 3 einen Teil des hinteren Endes der Schubdüse eines Raketentriebwerks und einen Einlaufring im Längsschnitt.

Von den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen 1 und 2 besteht der Bauteil 1 aus einem gegenüber dem Bauteil 2 relativ weicheren Werkstoff. Der Bauteil 2 weist eine Nut 3 (Fig. 2) mit einer höheren Begrenzungswand 3 α und einer niedrigeren Begrenzungswand 3 b auf, die parallel zueinander verlaufen. Außerdem ist in der Stirnfläche 4 des Bauteils 2 eine ringförmige Ausnehmung 5 angeordnet. Am Bauteil 1 ist ein ringförmiger, in die Nut 3 eingreifender Dichtkamm 6 mit einer längeren Begrenzungswand 6 α und einer kürzeren Begrenzungswand 6 b vorgesehen. Die Stirnfläche 6 c des Dichtkamms 6 sitzt auf dem Grund 3 c der Nut 3 auf. An der der Stirnfläche 4 des Bauteiles 2 gegenüberliegenden Stirnfläche 7 ist ein Bund 8 vorgesehen, der in der Ausnehmung 5 im Bauteil 1 achsparallel geführt ist. Zwischen den beiden Stirnflächen des Bundes 8 und der Ausnehmung 5 und den zueinander zeigenden Stirnflächen 4 und 7 der beiden Bauteile 1 und 2 verbleiben freie Abstände α und b, um eine gegenseitige Annäherung der beiden Bauteile 1 und 2 beim nachfolgenden Stauchvorgang zu ermöglichen.

Die Fertigstellung der dichten Verbindung zwischen den Bauteilen 1 und 2 erfolgt durch Belastung derselben gegeneinander bzw. durch eine auf das Bauteil 1 wirkende Kraft P, die so bemessen ist, daß im Bereich des Dichtkammes 6 die Fließgrenze des Werkstoffs des Bauteils 1 überschritten wird. Der Belastungsvorgang läuft dabei im einzelnen so ab, daß durch die im Dichtkamm 6 auftretenden, allseits gerichteten Stauchkräfte zumindest die in den mit verstärkten Strichen gekennzeichneten Bereichen χ und y befindliche Werkstoffschicht des Dichtkammes 6 infolge der hohen Flächenpressungen zum Fließen kommt. Zwar wird gleichzeitig der im Dichtkamm 6 auftretende Staucheffekt an der mit 9 bezeichneten Stelle des Dichtkammes 6 eine nicht beabsichtigte Ausbeulung hervorrufen, die in unerwünschter Weise etwa im kreuzweise schraffierten Bereich ζ des Dichtkammes 6 keine solche Erhöhung des Stauchdrucks zuläßt, daß im unteren Teil der kürzeren Begrenzungswand 6 b die Fließgrenze überschritten wird,

ίο doch wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung ermöglicht, daß, wie bereits erwähnt, zumindest in den Bereichen χ und y eine sich so weit steigernde Flächenpressung zwischen den hier befindlichen Flächenteilen des Dichtkammes 6 und der Nut erreicht wird, daß die Fließgrenze der Werkstoffschicht des Dichtkammes 6 in den genannten Bereichen überschritten wird und auch eine erhöhte Flächenpressung zwischen den Flächen 3 b und 6 b stattfindet. Der Grund hierfür liegt darin, daß sich im Bereich der längeren Begrenzungswand 6 a praktisch keine der Ausbeulung 9 vergleichsweise Ausbeulung ausbilden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 wird also zumindest in den durch die beiden Bezugszeichen χ und y gekennzeichneten Bereichen eine absolute Dichtheit erzielt.

Das über die beiden F i g. 1 und 2 Gesagte gilt sinngemäß auch für die Ausführung bzw. das Anwendungsbeispiel nach F i g. 3. Hierbei sind an einer aus Kupfer bestehenden Schubdüsenwand 11, in der Kühlkanäle 14 verlaufen, ringförmige Dichtkämme 16 vorgesehen, die dem Dichtkamm 6 nach den F i g. 1 und 2 entsprechend und zueinander versetzt parallel verlaufen. Am Ende der Schubdüse ist ein Einlaufring 12 vorgesehen, der im Querschnitt etwa U-förmig gestaltet ist. In seinen beiden Schenkeln 15 und 17 ist je eine Ringnut 13 eingearbeitet, die der Nut 3 nach den F i g. 1 und 2 entspricht und in welche die Dichtkämme 16 eingreifen.

Zur Aufnahme eines innerhalb der Verbindung auftretenden, nach hinten gerichteten Axialschubes ist in der Schubdüsenwand 11 ein Widerlagerring 18 formschlüssig eingesetzt, durch den über den Umfang verteilte Schraubenbolzen 19 geführt sind, deren Gewindeenden in den Schenkeln 15 des Einlaufringes 12 eingeschraubt sind. Der vorgenannte Axialschub entsteht dadurch, daß die einen extrem hohen Druck aufweisende Kühlflüssigkeit wohl in den Ringraum 20 gelangen kann, nicht aber in den Ringraum 21, dem —· im Gegensatz zum Ringraum 20 — in bezug auf die Kühlkanäle 14 die im Zusammenhang mit F i g. 2 näher beschriebenen Abdichtbereiche χ und y vorgelagert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichte Verbindung zwischen zwei aus einem weicheren bzw. weniger festen und einem härteren bzw. festeren Werkstoff bestehenden Bauteilen durch festes stirnseitiges .Aufeinanderpressen von Dichtflächen bis zur plastischen Verformung des Werkstoffs, insbesondere zwischen dem hinteren Ende der Schubdüse einer aus Kupfer bestehenden flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammer mit von einer Außenwand und einer Innenwand begrenzten Kühlkanälen und zwischen einem aus hochwertigem Stahl bestehenden Einlaufring für das flüssige Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus dem härteren Werkstoff bestehenden Bauteil (2 bzw. 12) mindestens eine Nut (3 bzw. 13) mit einer höheren Begrenzungswand (3 a) und einer niedrigeren Begrenzungswand (3 b) vorgesehen ist, die beide zueinander parallel verlaufen und daß ferner an dem aus dem weicheren Werkstoff bestehenden Bauteil (1 bzw. 11) ein in die Nut (3 bzw. 13) eingreifender und mit seiner Stirnfläche (6 c) auf deren Grund (3 c) aufsitzender Dichtkamm (6 bzw. 16) vorgesehen ist, der mit einer längeren Seitenwand (6 a) mit der höheren Begrenzungswand (3 a) und mit einer kürzeren Seitenwand (6 b) mit der niedrigeren Begrenzungswand (3 b) korrespondiert.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine dichte Verbindung zwischen zwei aus einem weicheren bzw. weniger festen und einem härteren bzw. festeren Werkstoff bestehenden Bauteilen durch festes stirnseitiges Aufeinanderpressen von Dichtflächen bis zur plastischen Verformung des Werkstoffs, insbesondere zwischen dem hinteren Ende der Schubdüse einer flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammer und dem Einlaufring für das flüssige Kühlmittel.

   Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken ist es, wie beispielsweise die USA.-Patentschrift 3 235 947 zeigt, bekannt, am hinteren Ende der Schubdüse einen sogenannten Einlaufring anzuordnen, dem das flüssige Kühlmittel, in der Regel eine Treibmittelkomponente, mittels Pumpen zugeführt wird und der die Aufgabe hat, die in der Brennkammerwand in axialer Richtung verlaufenden einzelnen Kühlkanäle zu speisen. Die Raketenbrennkammern mit Schubdüsen bestehen aus Gründen eines schnellen Wärmeaustausches zwischen der thermisch hochbelasteten Brennkammer- und Schubdüsenwand und dem durchströmenden Kühlmittel vielfach aus Kupfer. Eine Fertigung auch des Zulaufringes aus Kupfer bringt gewisse Nachteile mit sich. Dadurch, daß der Zulaufring durch den Drück des Kühlmittels einer hohen Belastung unterworfen ist, muß ein aus Kupfer bestehender Zulaufring auf Grund der verhältnismäßig geringen Festigkeit dieses Werkstoffs starkwandig ausgeführt werden, was das Baugewicht des Gesamtkomplexes Brennkammer—Schubdüse erhöht. Ferner bestehen auch heute noch Schwierigkeiten bei Schweißverbindungen zwischen zwei Bauteilen aus Kupfer. Außerdem erweist sich ein aus Kupfer bestehender Einlaufring gegen mechanische Belastungen von außen her als nicht steif genug. Diese Gründe führten dazu, den Einlaufring aus einem härteren Werkstoff herzustellen. Jedoch treten in diesem Zusammenhang besondere Probleme bei der Befestigung des Einlaufringes am hinteren Schubdüsenende auf. So gestaltet sich das Schweißen, die fast ausschließlich angewendete Befestigungsart, als äußerst schwierig, deswegen, _ weil die beim Schweißvorgang zum »Flüssigmachen« der Werkstoffe beider Bauteile erforderliche

   ίο Schweißwärme durch die gegenüber Stahl wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit des Kupfers sofort in die Brennkammer hinein »abfließt«, so daß der noch dazu einen höheren Schmelzpunkt aufweisende Werkstoff »Stahl« nur sehr schwer zum Fließen gebracht werden kann, ganz abgesehen von dem unnützen Verbrauch einer großen Schweißwärmemenge. Außerdem birgt jede Schweißverbindung zwischen Kupfer und hochwertigem, Chrom enthaltendem Stahl durch beim Schweißen sich ausbildende Oxyde die Gefahr von schlechten Schweißstellen oder -bereichen in sich, welche die Dichtheit der gesamten Schweißverbindung vermindern, was bei den extrem hohen Drücken des durch den Einlaufring und durch die Kühlkanäle der Brennkammerwand strömenden Kühlmittels und dem dabei auftretendem Thermoschock besonders ins Gewicht fällt.

   Ferner ist nach der deutschen Patentschrift 1 038 353 eine spaltlose Abdichtung gegen Entweichen flüssiger oder gasförmiger Medien an Verbindüngen und Verschlußstellen von Rohrleitungen bekannt, die aus einem dem einen Rohrteil zugeordneten ringförmigen Ansatz und aus einer ringförmigen Ausdrehung im anderen Rohrteil besteht, in die der ringförmige Ansatz mit großem seitlichen Spiel eingreift, wobei die ringförmige Stirnfläche des Ansatzes auf der ringförmigen Fläche der Ausdrehung mit einem solchen Preßdruck aufsitzt, daß eine plastische Verformung des Materials auftritt. Die gegenseitige axiale Führung der beiden Bauteile wird dabei durch einen radial weiter außen liegenden Ansatz des einen Rohrendes und einer Abstufung des anderen Rohrteiles übernommen. Im Bereich der Abdichtung ist nur eine stirnseitige Berührung, jedoch kein seitliches Anliegen von Dichtflächen vorgesehen.

   Bei ( r bekannten Ausführung besteht die Gefahr, daß bei der plastischen Verformung sich ein in den Rohrkanal hineinragender, störender Grat ausbilden kann oder daß ein Teil der ausgedrehten Ringfläche des einen Rohrendes durch überhöhten Druck abreißt.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine einfache und betriebssichere, dabei insbesondere absolut dichte Verbindung zwischen einem aus einem weicheren und einem härteren Werkstoff bestehenden Bauteil, insbesondere zwischen dem hinteren Ende der aus Kupfer bestehenden Schubdüse und dem aus Stahl bestehenden-Einlaufring eines Raketentriebwerks zu schaffen.

   Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem aus dem härteren Werkstoff bestehenden Bauteil mindestens eine Nut mit einer höheren Begrenzungswand und einer niedrigeren Begrenzungswand vorgesehen ist, die beide zueinander paralle! verlaufen und daß an dem aus dem weicheren Werkstoff bestehenden Bauteil ein in die Nut eingreifender und mit seiner Stirnfläche auf deren Grund aufsitzender Dichtkamm vorgesehen ist, der mit einer