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Auspuff'douse für Reaktionsmotoren
Die Erfindung bezieht sich auf Reaktionsmotoren, insbesondere auf die Auspuffdüsen dieser Motore.
Sie zielt in erster Linie darauf ab, eine Auspuffdüse von solcher Gestalt und Bauart zu schaffen, dass sie die beim Betrieb auftretenden hohen Temperaturen aushält.
Reaktionsmotoren umfassen gewöhnlich eine Verbrennungskammer, in welche Treibstoffe eingebracht oder eingespritzt werden, deren Verbrennung in der genannten Kammer erfolgt. Die Auspuffgase treten mit hoher Geschwindigkeit durch eine Auspuffdüse aus und erzeugen so die Reaktions (Rückstoss) kraft des Motors. Die Düsen dieser Motoren weisen eine Einschnürung auf, in welcher die Gase ihre höchste Geschwindigkeit entwickeln. In der Nähe dieser Einschnürung treten hohe Temperaturen auf, welche den Baustoff der Düse verbrennen könnten. Auskleidungen mit feuerfestem Material wurden bereits versuchsweise verwendet, aber nicht mit vollem Erfolg, da dieses Material zufolge der Tatsache, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient verschieden von jenem des Düsen- baustoffes ist, zur Rissbildung und zum Ab- bröckeln neigt.
Im Sinne der Erfindung wird die Auspuffdüse an oder unmittelbar hinter der engsten Stelle mit einem oder mehreren graphitischen Kohlen- stoffeinsätzer versehen. An dieser engsten Stelle und an den sich daran nach der Verbrennungs- kammer zu unmittelbar anschliessenden Teil treten besonders hohe Temperaturen auf, diese können aber die graphitischen Kohlenstoffeinsätze nicht zum Schmelzen bringen, weil der Schmelzpunkt des Kohlenstoffes bei etwa 3680 C liegt und die im Motor auftretenden Temperaturen bei weitem übersteigt. Die gemäss der Erfindung verwendeten Einsätze widerstehen auch den beim plötzlichen Auftreten hoher Temperaturen sich ergebenden Spannungen, so dass es zu keinem Bruch der Einsätze zufolge plötzlicher Beanspruchungen, hervorgerufen durch hohe Temperaturen, kommt.
Zufolge der Vjrbrenja- barkeit des Kohlenstoffes dürfen bei Verwendung solcher Einsätze die Auspuffgase keine wesentlichen Mengen Sauerstoff enthalten.
Die Erfindung betrifft eine Auspufläüse, die mit einer eine Einschnürung aufweisenden Öffnung für den Austritt der Verbrennungsgase versehen ist. Erfindungsgemäss soll nun bei einer derartigen Düse der der Verbrennungskammer zugekehrte Teil derselben, welcher einen grösseren Querschnitt aufweist als die Einschnürung, mit einem Einsatz aus graphitischem Kohlenstoff ausgekleidet sein. Diese Auskleidung wird aus pulverförmigem Ausgangsmaterial durch Pressen hergestellt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Fig. 1 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des mit der erfindungsgemässen Düse versehenen Reaktionsmotors. Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Düse mit einem graphitischen Kohleeinsatz. Fig. 3 ist eine stirnseitige Ansicht der Düse nach Fig. 2. Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Düse mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Einsatzes. Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine Düse mit einer weiteren Ausführungsform des Einsatzes.
Gemäss Fig. 1 besteht der Reaktionsmotor aus einer geschlossenen Kammer J, die gewöhnlich zylindrische Form aufweist. Diese ist an einem Ende 2 halbkugelformig abgeschlossen, während das andere Ende die aus der Kammer ins Freie führende Auspuffdüse 3 aufweist. Ein entsprechender Treibstoff wird in die Kammer eingebracht, z. B. ein Gemisch fester Stoffe, bestehend aus Asphalt und Kaliumperchlorat, welches nach Entzündung rasch abbrennt. Um die Treibstoffladung in der Kammer zu entzünden, ist üblicherweise eine Zündvorrichtung 4 vorgesehen, welche z. B. mit einer Zündkerze 5 und einem elektrischen Kabel ? versehen ist Ein Druckentlastungsventil 7 ist in die Kammer eingeschraubt, um dieselbe gegen Explosion zu schützen. Die Auspuffdüse 3 kann aus Stahl od. dgl. ausgebildet sein. Die Herstellung der doppelkonischen Form erfolgt vorzugsweise im
Gesenk.
Die Düse besitzt eine Einschnürung 8 von engem Querschnitt und erweitert sich nach beiden Seiten zum Auspuffende 9 und gegen das Innenende 10. Im Motorkörper ist eine tmgförmige Ausnehmung 11 vorgesehen. Eine
Schulter 12 der Düse steht im Eingriff mit einem entsprechenden Gegenstück 14 des Motors, und ein Teil 13 der Düse sitzt in einem zylindrischen
Teil 15 des Motors. Um die Düse an ihrem
Platz festzuhalten, ist ein geschlitzter federnder
Ring 16 in einer Nut des Teiles 13 der Düse angeordnet.
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Bei der Bauart nach Fig. 1 ist ein graphitischer Kohlenstoffeinsatz 17 in dem von der Einschnürung nach innen reichenden Düsenteil angebracht. Dieser kann aus einer der allotropen Modifikationen des Kohlenstoffes oder aus einer Kombination derselben, wie natürlichem Graphit, Flockengraphit, Retortenkoks, Petrolkoks, Pechkoks, hergestellt werden, vorzugsweise aus Pulver, welches in die dargestellte Form verpresst wird. Wie bekannt, können durch Pressen erzeugte Formkörper aus Kohlenstoff ein sehr hartes Gefüge aufweisen, so dass sie sich mit Maschinen bearbeiten lassen. Der Einsatz kann daher maschinell bearbeitet werden, nachdem das Pulver vorher durch Pressung in die erforderliche Form gebracht wurde. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Einsatz satt an dem gleichfalls maschinell bearbeiteten konischen Teil 18 der Düse anliegt.
Um zu verhindern, dass er sich loslöst, kann er an seinem Sitz durch Stifte 19, von welchen einer in der Zeichnung dargestellt ist, festgehalten werden.
Der Kegelwinkel a soll zwischen 50 und 90 liegen ; es wurde festgestellt, dass ein Winkel von 70 besonders geeignet ist. An seiner Innenfläche weist der Einsatz vorteilhaft eine Krümmung im Bereiche 8 auf und es ist dort die Wandstärke des Einsatzes grösser als der Metallquerschnitt der Düse. Eine ähnliche Krümmung findet sich am inneren Ende 20, wo sich die Stärke des Einsatzes vermindert. Die Einschnürung 22 entspricht der kleinsten Düsenöffnung. Hier treten besonders hohe Temperaturen auf. Eine Erhöhung der Wandstärke des Einsatzes schützt daher die Metalldüse besonders an dieser Stelle und verlängert ihre Lebensdauer.
Fig. 2 und 3 zeigen eine abgeänderte Düsenkonstruktion, wobei der graphitische Kohleeinsatz 21 eine gleichmässige Stärke aufweist.
Er ist bei 22 gekrümmt und erweitert sich bei gleichbleibender Stärke nach innen bis zur
Innenkrümmung 23. Stifte 24 befestigen den
Einsatz an der Düse 3. Der Schutz des ein- geschnürten Teiles der Düse 3 ist etwas geringer als bei Fig. 1, doch genügt er, da der einge- schlossene Winkel nicht so steil ist wie bei der
Ausführungsform nach Fig. 1, so dass die Ver- brennungsgase gleichmässiger abziehen.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Bauart der
Fig. 1 und 2, wobei der graphitische Kohle- einsatz 25 sich nicht durchlaufend bis zur engsten
Düsenstelle 8 erstreckt, sondern nur bis zu einer
Schulter 26 der Düse. Bei dieser Bauart über- nimmt der Einsatz zwar einen Grossteil der
Hitze, jedoch schützt er den engsten Düsen- querschnitt 8 nicht so wirksam, wie die Bauart nach Fig. l und 2. In gewissen F llen in jedoch diese Ausführungsform bruchsicherer sein.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Motors mit einer Auspuffdüse 27, welche in ein rohrförmiges Glied 29 eingeschraubt ist. Letzteres ist in eine Öffnung am rückwärtigen Ende des Motors J ? N eingeschweisst. Die rohrförmige Düse 27 ist aus entsprechendem Material, z. B. Stahl hergestellt und maschinell bearbeitet und weist am vorderen Ende ein Gewinde 33 auf, das in einem Flansch 34 mit einer Schulter 35 ausläuft. Der übrige Teil der Düse läuft. in einen kleineren Zylinder 36 aus. Zwei nicht durchgehende Löcher 37 sind als Angriffspunkte für einen Schlüssel zum Einschrauben der Düse 24 in dem röhrenförmigen Teil 29 vorgesehen.
Die Düse 27 weist eine Öffnung auf, welche sich vom engsten Bereich 30 zum Auspuffende 31 und zum Innenende 32 erweitert. Die Winkel a und ss sind, entsprechend den bekannten technischen Voraussetzungen, verschieden.
Fig. 5 zeigt eine Form des Einsatzes, welcher von jener der Fig. 1, 2 und 4 etwas abweicht.
Die Krümmung der den Gasen ausgesetzten inneren Oberfläche des Einsatzes ist, wie Fig. 5 zeigt, im Längsschnitt im wesentlichen kreisförmig. Auch dieser Einsatz wird, wie die Zeichnung zeigt, von Stiften 39 an seinem Platze gehalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Auspuffdüse für Reaktionsmotoren mit einer eine Einschnürung aufweisenden Öffnung für den Austritt der Verbrennungsgase, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kammer des Motors zugekehrte Teil der Düse, welcher einen grösseren
Querschnitt als die Einschnürung aufweist, mit einem Einsatz aus graphitischem Kohlenstoff ausgekleidet ist.