DE10331540A1

DE10331540A1 - Kryotechnische Drehverbindungsanordnung

Info

Publication number: DE10331540A1
Application number: DE2003131540
Authority: DE
Inventors: Dominique Valentian
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: ITTO20030520A1; FR2842277A1; FR2842277B1; US20040055642A1; US6901955B2; RU2003120045A; DE10331540B4; RU2333380C2

Abstract

Kryotechnische Drehverbindungsanordnung, umfassend: DOLLAR A einen ersten kryotechnischen Leitungsabschnitt (11) und einen zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitt (16), welche in Bezug aufeinander eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (1) der Drehverbindungsanordnung durchführen können, DOLLAR A erste Mittel (13) zum Halten des ersten oder des zweiten kyrotechnischen Leitungsabschnitts (11, 16) in der radialen Richtung, DOLLAR A zweite Mittel (19; 40) zum Halten des ersten oder des zweiten kyrotechnischen Leitungsabschnitts (11, 16) in Bezug auf den anderen der Abschnitte (11, 16) in der axialen Richtung, DOLLAR A wobei die Mittel (13) zum Halten in der radialen Richtung und die Mittel (19; 40) zum Halten in der axialen Richtung die Rotationsachse (1) der Drehverbindungsanordnung definieren, DOLLAR A wobei der erste Abschnitt (11) einen zweiwandigen, vakuumisolierten weiblichen Bereich (10) umfasst und wobei der zweite Abschnitt (16) einen zweiwandigen, vakuumisolierten männlichen Bereich (15) umfasst, welcher wenigstens teilweise in den weiblichen Bereich (10) eingreift, DOLLAR A eine erste Verbindungsdichtung (12), welche zwischen ein freies Ende (15a) des in den weiblichen Bereich (10) eingreifenden, männlichen Bereichs (15) und dem ersten und zweiten Mittel (19; 40) zum Halten zwischengelagert ist, DOLLAR A eine zweite Verbindungdichtung (14), welche zwischen ein freies Ende (10a) des den männlichen Bereich (15) umgebenden, weiblichen Bereichs (10) und das andere (13) der ersten und zweiten Mittel zum ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kryotechnische Drehverbindungsanordnung und deren Anwendung in Gelenk-Versorgungsleitungen für kryogene Fluide und in Raketenmotoren, welche kryogenes Ergol einsetzen.
Verbindungsanordnungen mit Elastomer-Verbindern können nicht bei kryogenen Temperaturen eingesetzt werden, da die minimale Einsatztemperatur solcher Verbindungsanordnungen auf –50°C begrenzt ist.

Es wurde bereits die Realisierung von Verbindungsanordnungen, welche bei kryogenen Temperaturen einsetzbar sind, untersucht. Solche Verbindungsanordnungen stellen jedoch keine Rotationsmöglichkeit bereit, was den Einsatzbereich solcher Verbindungselemente wesentlich beschränkt.

Beispiele für kryotechnische Drehverbindungsanordnungen sind in den Patentdruckschriften EP 0 188 161 , US 6 135 138 und EP 0 709 616 offenbart.

Die Druckschrift EP 0 188 161 beschreibt eine Vorrichtung, welche eine Drehverbindungsanordnung für kryogene Flüssigkeiten bildet und welche bei industriellen Anwendungen wie dem Transport von verflüssigtem Erdgas einsetzbar ist. Die Leitung für das verflüssigte Erdgas ist von einem koaxialen, ringförmigen Raum umgeben, der ein Zurückfließen der kalten Dämpfe ermöglicht.

Die Druckschrift US 6 135 138 beschreibt eine Vorrichtung, welche insbesondere zum Kühlen von Infrarotempfängern an einem Satelliten einsetzbar ist. Eine solche Vorrichtung verwendet eine triaxiale Anordnung mit einer zentralen Leitung für flüssigen Stickstoff, einer koaxialen Leitung für die kalten Dämpfe und einer zweiten koaxialen Leitung, welche es möglich macht, die Leckagen der Verbindungselemente zu sammeln.

Die Druckschrift EP 0 709 616 beschreibt eine Drehverbindung, welche eine faserige Wärmeisolation zwischen zwei koaxialen Wänden einsetzt, wobei die Zentrierung und die Aufnahme axialer Kräfte durch ein bei Umgebungstemperatur festes Kugellager, dem zwei hintereinander liegende Verbindungsdichtungen vorangehen, gewährleistet sind. Der ringförmige Raum ist an der Seite des kryogenen Fluids durch eine Enddichtung oder durch eine Vorrichtung vom Labyrinth-Typ geschlossen.

Solche erdgebundenen oder terrestrisch eingesetzte Typen von Drehverbindungen weisen eine relativ komplexe und platzraubende Struktur auf, welche ferner nicht dafür ausgelegt ist, in einer Umgebung zu funktionieren, in welcher Vibrationen und wesentliche Beschleunigungen auftreten, wie dies z.B. bei einer Weltraum-Trägerrakete der Fall ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der vorgenannten Vorrichtungen zu vermeiden und kryotechnische Drehverbindungen bereitzustellen, deren Konzeption zu einer reduzieren Masse und zu einem reduzierten Platzbedarf führt, und welche ferner ermöglicht, wesentliche Biegekräfte, welche durch Vibrationen oder Beschleunigungen verursacht werden, zu halten.

Die Erfindung strebt ferner an, eine kryotechnische Drehverbindung, welche einen hohen Grad an Funktionssicherheit aufweist und welche wesentliche Winkelverlagerungen zulässt, zu einem vernünftigen Preis bereitzustellen.

Ein Ziel der Erfindung ist insbesondere, eine kryotechnische Drehverbindung bereitzustellen, welche ebenso gut für terrestrische, industrielle Anwendungen eingesetzt werden kann wie für Weltraumanwendungen, insbesondere im Bereich von Raketenmotoren, wo es essenziell ist, die Lastmasse und den Platzbedarf zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Funktionszuverlässigkeit und -flexibilität in einer Umgebung, in der Vibrationen und Beschleunigungen wesentliche Kräfte auf die an Bord befindliche Struktur verursachen, garantiert werden soll.

Diese Ziele werden durch eine kryotechnische Drehverbindung erreicht, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: einen ersten kryotechnischen Leitungsabschnitt und einen zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitt, welche in Bezug aufeinander eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse der Drehverbindung durchführen können, erste Mittel zum Halten des ersten oder des zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitts in der radialen Richtung, zweite Mittel zum Halten des ersten oder des zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitts in Bezug auf den anderen der Abschnitte in der axialen Richtung, wobei die Mittel zum Halten in der radialen Richtung und die Mittel zum Halten in der axialen Richtung die Rotationsachse der Drehverbindung definieren, wobei der erste Abschnitt einen zweiwandigen, vakuumisolierten weiblichen Bereich (z.B. Buchse) umfasst und wobei der zweite Abschnitt einen zweiwandigen, vakuumisolierten männlichen Bereich (z.B. Stecker) umfasst, welcher wenigstens teilweise in den weiblichen Bereich eingreift bzw. mit diesem zusammenwirkt, eine erste Verbindungsdichtung, welche zwischen ein freies Ende des in den weiblichen Bereich eingreifenden, männlichen Bereichs und dem ersten oder zweiten Mittel zum Halten zwischengelagert ist, eine zweite Verbindungsdichtung, welche zwischen ein freies Ende des den männlichen Bereich umgebenden, weiblichen Bereichs und das andere der ersten und zweiten Mittel zum Halten zwischengelagert ist, und wenigstens ein Heizmittel, welches in der Umgebung der zweiten Verbindung angeordnet ist.

Ein solcher Typ einer kryotechnischen Drehverbindungsanordnung ermöglicht es, das Reibungsmoment während der Rotation zu reduzieren und lässt ein Funktionieren in der Horizontalen zu, wobei das Vereisen der Drehverbindungsanordnung auf Grund der vorgesehenen Heizung verhindert werden kann.

Verschiedene spezielle Eigenschaften erlauben es, die Zuverlässigkeit der Dichtung und die Qualität der Drehverbindungsanordnung zu verbessern.

Eine erste Verbindungsdichtung ist vorzugsweise eine selbstschmierende, in sich geschlossene Struktur wie beispielsweise ein Ring, welcher mit einem Sitz zusammenwirkt, welcher dem ersten oder dem zweiten Mittel zum Halten zugeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist der selbstschmierende Ring aus PTFE (Polytetrafluorethylen), PTFCE (Polychlortrifluorethylen), beladenem bzw. verstärktem Grafit, mit PTFE beladener bzw. verstärkter Bronze oder beladener bzw. verstärkter Keramik gefertigt.

In einer speziellen Ausführungsform ist der selbstschmierende Ring mit einem Spalt oder einem Schlitz bereitgestellt, welcher das Druckgleichgewicht zwischen der Innenzone des ersten und des zweiten Leitungsabschnitts und dem ringförmigen Zwischenraum, welcher zwischen den sich überlappenden männlichen und weiblichen Bereichen definiert ist, gewährleistet.

In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der selbstschmierende Ring mit einer elastischen Vorrichtung wie beispielsweise einer Feder oder einem Elastomer versehen, welche eine Verteilung des Kontaktdrucks auf den Sitz gewährleistet, wobei sie eine Sicherheitsventil bildet.

Die zweite Verbindungsdichtung kann eine weiche Abstreif- oder Rakelverbindung sein, welche mit der Außenfläche des männlichen Bereichs in der Umgebung der Mittel zum Halten in der radialen Richtung zusammenwirkt.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Verbindungsdichtung eine ringförmige Verbindung mit einem rechteckigen Querschnitt, welche auf einen, den Mitteln zum Halten in der axialen Richtung zugeordneten, ebenen Bereich appliziert wird, bzw. an diesen angelegt werden kann.

Vorteilhafterweise ist die zweite Verbindungsdichtung, welche insbesondere auf Grund des Heizmittels permanent auf Umgebungstemperatur gehalten ist, aus einem Elastomer oder aus PTFE gefertigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Heizmittel eine elektrische Heizvorrichtung.

Jedoch kann das Heizmittel ebenfalls auf andere Weise realisiert sein und kann beispielsweise eine Heizvorrichtung durch Zwangskonvektion umfassen, bei der beispielsweise ein flüssiges Heizmedium separat an einer Heizeinrichtung geheizt wird und anschließend durch Konvektion dem zu heizenden Bereich an der zweiten Verbindungsdichtung zugeführt wird.

In einer weiteren Ausführungsform können die ersten Mittel zum Halten in der radialen Richtung einen Zentrierring umfassen. Ferner können die zweiten Mittel zum Halten in der axialen Richtung einen axialen Anschlag mit einer Trockenschmierung umfassen, welcher ein Lager großen Durchmessers umfasst.

Als Beispiel können der zweiwandige, vakuumisolierte weibliche Bereich und der zweiwandige, vakuumisolierte männliche Bereich aus rostfreiem Stahl oder aus einer Nickel-Superlegierung realisiert sein.

Gemäß einer weiteren, speziellen Ausführungsform ist ein Filament, ein Faden, ein Band oder ein Profil aus isolierendem Material spiralförmig in den internen Zwischenraum der vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen und/oder des männlichen Bereichs gewickelt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Innenbereich der vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen und/oder des männlichen Bereichs aus einer Eisenlegierung von etwa 36% Nickel, wie derjenigen, die unter der Bezeichnung Invar bekannt ist, gefertigt.

Für den Fall einer Anwendung in einer Hochdruck-Drehverbindung, wie z.B. einer Drehverbindung, welche am Ausgang einer Turbopumpe angeordnet ist und welche ein kryogenes Fluid unter einem Druck in der Größenordnung von 100 bis 200 Bar aufnimmt, sind die vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen und/oder des männlichen Bereichs mit einer internen Verstärkung be reitgestellt, welche aus isolierenden Abstandselementen, z.B. Trenn-Pastillen oder Separier-Reifen, sehr geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist.

In diesem Fall sind vorteilhafterweise Metallfolien, welche eine Strahlungsabschirmung bilden, abwechselnd mit den isolierenden Abstandselementen zwischen die vakuumisolierten Doppelwände zwischengelagert.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist Zeolith, welches durch Leitung wie etwa durch Wärmeleitung abgekühlt ist, in den vakuumisolierten Doppelwänden des weiblichen und des männlichen Bereichs integriert.

Die kryotechnische Drehverbindung gemäß der Erfindung ist insbesondere anwendbar in einer Leitung zur Versorgung mit kryogenem Fluid, welche eine feste Anordnung mit einer mobilen Anordnung, welche wenigstens einen Freiheitsgrad aufweist, verbindet.

Eine solche Versorgungsleitung kann z.B. drei kryotechnische Drehverbindungen mit parallelen Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Raketenmotor für einen flüssigen, kryogenen Treibstoff wie vorzugsweise Ergol, welcher umfasst: wenigstens ein Speicherreservoir für Ergol, eine Turbopumpe zur Versorgung einer Injektionsvorrichtung mit Ergol, eine Brennkammer mit einem Düsenkragen und einer Düsenerweiterung (nachfolgend auch als Erweiterungsbereich bezeichnet), und wenigstens einen Stellantrieb zum Verändern der Position der Brennkammer des Raketenmotors in Bezug auf eine feste Haltestruktur der Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung umfasst, welche an einer Leitung zur Versorgung der Turbopumpe ausgehend von dem Speicherreservoir für Ergol oder an einer Leitung zur Versorgung der Injektionsvorrichtung für Ergol ausgehend von der Turbopumpe angeordnet ist.

Ein solcher Raketenmotor kann in eine obere Stufe einer Trägerrakete integriert sein und eine Brennkammer umfassen, deren Achse mit etwa ±15° im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse der Trägerrakete in einer Abschusskonfiguration steht.

Vorteilhafterweise umfasst der Raketenmotor eine Rotationsachse, welche in Höhe des Düsenkragens angeordnet ist.

Der Raketenmotor kann zwei Turbopumpen umfassen, welche in einer festen Position in Bezug auf die Trägerrakete montiert sind, und deren Leitungsausgänge zur Versorgung der Injektionsvorrichtung für Ergol jeweils mit wenigstens einer kryotechnischen Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung bereitgestellt sind, um ein Verschwenken oder ein Auslenken des Raketenmotors um wenigstens eine Rotationsachse in Bezug auf die Trägerrakete zu ermöglichen.

In operationeller Hinsicht ermöglicht die Erfindung schließlich, eine Winkelverlagerung eines kryotechnischen Raketenmotors zu erhöhen, indem für die Orientierung des Raketenmotors kryotechnische Drehverbindungsanordnungen gemäß der Erfindung eingesetzt werden.

Insbesondere ermöglicht der Einsatz der Vorrichtung zum thermischen Entkoppeln und zur lokalisierten Heizung den Einsatz einer Drehverbindungsanordnung, die bei Umgebungstemperatur funktioniert, wobei das Ergol bei einer kryotechnischen Temperatur bleibt.

Im Fall des Steuerns eines Raketenmotors kann die Winkelverlagerung daher erheblich größer als 6° sein, was durch den Einsatz eines einfachen Ausgleichelements ermöglicht wird. Dies ist insbesondere für wieder-einsetzbare Trägerraketen interessant.

Die Erfindung ermöglicht ferner eine Verlagerung ohne eine Änderung des Volumens der Leitung und daher ohne eine Änderung des Drucks.

Die Erfindung ermöglicht auch auf sehr vorteilhafte Weise, die Höhe der Zwischenstufe einer Trägerrakete zu verringern, indem der Motor im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Trägerrakete angeordnet wird.

An den Motor-Test-Bänken und den erdgebundenen Raketen-Servicestationen (Nabelelemente) ermöglicht es die Erfindung, dass die flexiblen, vakuumisolierten Leitungen, welche wesentliche Kräfte erzeugen und einen wesentlichen Platzbedarf aufweisen, durch vakuumisolierte Leitungen ersetzt werden, welche drei Verbindungsanordnungen gemäß der Erfindung umfassen, wodurch zwei Translationsfreiheitsgrade und ein Rotationsfreiheitsgrad bereitgestellt werden, wobei der Letztere dazu benutzt werden kann, ein Lösen der Versorgungsschnittstelle zu gewährleisten.

Bei diesen terrestrischen Anwendungen tritt eine Kontinuität des Vakuums zwischen den Segmenten der Leitung und den Verbindungen auf, was die Realisierung vereinfacht.

Im Falle eines Raketen-Auftank-Arms, bei dem die Leitungen kleiner sind, sind die aerodynamischen Kräfte schwächer und somit auch die beweglichen Massen geringer. Die Anforderungen hinsichtlich der Kräfte auf die Ventilplatten sind somit weniger streng.

Diese Anwendung kann auf jede Verbindung zwischen einem festen, kryogenen Reservoir und einem Vehikel erstreckt werden. Sie erlaubt einen geringeren Platzbedarf als eine Lösung, welche auf einer flexiblen Leitung beruht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der speziellen Ausführungsformen, welche an Hand von Beispielen ausgeführt ist unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines axialen Schnitts eines ersten Ausführungsbeispiels einer kryotechnischen Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung ist;
2 ein Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse der Drehverbindungsanordnung aus 1 ist, welcher ein Beispiel eines geschlitzten Rings zeigt;
3 eine Ansicht eines Teils der Drehverbindungsanordnung aus 1 ist, gemäß einer Ausführungsform, welche einen elastischen Ring einsetzt;
4 und 5 axiale Halbschnittansichten von zwei speziellen Ausführungsformen der kryotechnischen Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung sind, welche Details der Ausführung der dünnen, doppelten Wände der Wärmeisolierung zeigen;
6 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer evakuierten Doppelwand ist, welche in eine kryotechnische Hochdruck-Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung integriert werden kann;
7 eine axiale Halbschnittansicht einer Ausführungsform der Drehverbindungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, welche für eine Hochdruck-Anwendung ausgelegt ist;
8 und 9 schematische Ansichten eines Raketenmotors sind, welcher mit Drehverbindungsanordnungen gemäß der Erfindung ausgestattet ist, jeweils in der Symmetrieebene des Zwischenstufen-Raums einer Trägerrakete und entlang einer Richtung gemäß dem Pfeil F in der 8, senkrecht zu der Symmetrieebene;
10 eine schematische Seitenansicht des Raketenmotors aus den 8 und 9 in seiner Nominalposition ist;
11 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Struktur ist, welche die Brennkammer eines Raketenmotors hält und welche mit kryotechnischen Drehverbindungsanordnungen gemäß der Erfindung ausgestattet ist; und
12 und 13 jeweils Ansichten von unten und von der Seite eines Anwendungsbeispiels der Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung auf eine Gelenk-Versorgungsleitung für kryogenes Fluid sind.
Es wird zunächst Bezug genommen auf 1, welche eine Schnittansicht einer Ausführungsform der kryotechnischen Drehverbindungsanordnung 100 gemäß der Erfindung zeigt.
Ein kryotechnisches Fluid zirkuliert, beispielsweise in Richtung des Pfeils 2, in einer kryotechnischen Leitung, welche die Leitungsabschnitte 11, 16 umfasst, von denen einer in Relation auf den anderen drehbar beweglich ist.
In dem Beispiel aus 1 bezeichnet der Leitungsabschnitt 11 einen strömungsaufwärtigen Leitungsabschnitt, und der Leitungsabschnitt 16 bezeichnet einen strömungsabwärtigen Leitungsabschnitt, in anderen Ausführungsformen kann die Richtung der Zirkulation des Fluids jedoch bezüglich der Richtung des Pfeils 2 umgekehrt sein.
Die Rotationsachse 1 des Verbindungselements, d.h. eines Leitungsabschnitts 16, in Bezug auf den anderen Leitungsabschnitt 11, ist einerseits durch einen axialen Anschlag 19 und andererseits durch einen Zentrierring 13 definiert.
Der axiale Anschlag 19 dient zum Aufnehmen der Hauptwirkung bzw. der zentralen Kräfte (d.h. z.B. Kräfte, welche als Druck oder Zug in Richtung der Achse 1 wirken) und wirkt mit dem Zentrierring 13 zusammen, um die Biegelasten, welche hauptsächlich durch quasi-statische und dynamische Beschleunigungen bewirkt sind, aufzunehmen.
Der Zentrierring 13, der bei Umgebungstemperatur ist, kann durch ein Kugellager gebildet sein.
Der axiale Anschlag 19 kann ein Gleit- oder ein Kugellager sein. Er setzt Trockenschmiertechniken ein, welche mit den kryogenen Fluiden kompatibel sind.
Beispielsweise kann der axiale Anschlag 19 Elemente aus Ag-MoS₂, Kugeln aus Si₃N₄ und ein in Gehäuse aus zusammengesetztem Bronze-PTFE-Material umfassen.
In den Beispielen der 1, 4 und 5 umfasst die Drehverbindungsanordnung 100 einen weiblichen Bereich 10, welcher mit dem Leitungsabschnitt 11 verbunden ist und aus einer vakuumisolierten Doppelwand gebildet ist, und einen männlichen Bereich 15, welcher mit dem Leitungsabschnitt 16 verbunden ist und ebenfalls aus einer evakuierten Doppelwand gebildet ist. Der männliche Bereich 15 greift teilweise in den weiblichen Bereich 10 ein.
Eine selbstschmierende Struktur 12 in Ringform und beispielsweise mit einem rechteckigen Querschnitt ist an einem Sitz 20 des axialen Anschlags 19 gehalten und ist auch in Kontakt mit dem freien Ende 15a des männlichen Bereichs 15 über ein Zwischenglied eines Sitzes 20' des axialen Anschlags 19 (4 und 5).
Der selbstschmierende Ring 12 gewährleistet eine Abdichtung bezüglich des kryogenen Fluids.
Der Ring kann beispielsweise in PTFE, PTFCE, beladenem Grafit, mit PTFE beladener Bronze oder beladener Keramik ausgeführt sein, was eine bevorzugte Lösung für flüssigen Sauerstoff darstellt. Er kann auch mit einer elastischen Vorrichtung bereitgestellt sein, welche beispielsweise durch ein Ausgleichselement, z.B. einen Balg 38 (3), gebildet ist, um den Kontaktdruck auf den Sitz 20 zu verteilen.
Die elastische Vorrichtung 38, welche auch als Vorrichtung mit einer induzierten Elastizität ausgebildet sein kann, weist eine zweite Funktion auf: Sie wirkt wie ein Sicherheitsventil. Wenn ein Flüssigkeitsvolumen beispielsweise durch einen Unfall in den ringförmigen Zwischenraum 21 eintritt (beispielsweise unter dem Einfluss eines pyrotechnischen Schocks, welcher die Verbindung 12 während des Bruchteils einer Sekunde öffnet), wird diese Flüssigkeit beim Kontakt mit den heißen Wänden verdampfen, und dies wird zu einer Drucksteigerung füh ren, welche die Drehverbindung schädigen kann. Die elastische Vorrichtung wird somit ein Anheben des Rings 12 und eine Evakuierung des Gasüberschusses zulassen.
Die gleiche Funktion kann einfach realisiert werden durch einen Schlitz 37 in einem oberen Teil des Rings 12, welcher den Ausgleich des Drucks in der Leitung und dem ringförmigen Zwischenraum 21 zwischen den Doppelwänden des männlichen Bereichs 15 und des weiblichen Bereichs 10, gewährleistet. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Schlitzes, welcher entlang der vertikalen Ebene V V' der Drehverbindung gebildet ist.
Die Gasdichtigkeit ist durch eine Rakelverbindung 14 (auch als Rakel-Fugendichtung bezeichnet) aus Elastomer oder aus PTFE gewährleistet, welche bei Umgebungstemperatur funktioniert. Diese Verbindung wirkt mit dem Zentrierring 13 zusammen, so dass deren Funktionieren unter guten Bedingungen gewährleistet ist. Der ringförmige Raum 21 ist daher mit Gas bei dem Druck der kryogenen Flüssigkeit gefüllt.
Die Temperatur der Verbindung bzw. der Fugendichtung wird durch eine elektrische Heizung 17, durch Zwangskonvektion oder durch einen anderen Heizvorrichtungstyp gesteuert. Die Umgebung der Verbindung 14 bzw. der Fugendichtung kann tatsächlich sehr kalt sein (Wärmeschutz des kryotechnischen Motors oder Einsatz der oberen Stufe im Vakuum und im Schatten). Die Heizung (elektrisch oder anders) ermöglicht es somit, eine für das Material der Verbindung 14 akzeptable Temperatur aufrecht zu erhalten. Die Heizmittel können in Form einer Muffe, welche die Verbindung 14 umgibt, realisiert sein.
Die Verbindung 14 kann bezüglich der Wand 15 gleiten, um eine differenzielle Ausdehnung zu ermöglichen.
Diese Gleitbewegung kann ersetzt werden durch die Montage eines Ausgleichselements, z.B. eines Balgs, zwischen der Verbindung 14, ihrem Zentrierring 13 und der Doppelwand 10, insbesondere im Fall einer Hochdruckverbindungsanordnung.
Der Wärmefluss an der Verbindung 14 wird reduziert durch den Einsatz von evakuierten Doppelwänden, was Konvektionsflüsse vermeidet. Strahlungsflüsse können mittels einer Super-Isolierung vermieden werden, falls dies nötig ist. Die zum Bilden der Doppelwände eingesetzten Materialien, z.B. rostfreier Stahl oder eine Nickel-Superlegierung, weisen eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche bei kryogenen Temperaturen besonders niedrig ist, was dazu beiträgt, den Wärmefluss zu reduzieren.
In dem Fall, dass die zwei Wände einen mittleren Durchmesser von 100 mm, eine Länge von 100 mm, und eine Dicke 1 mm aufweisen und aus rostfreiem Stahl gefertigt sind, dessen Wärmeleitfähigkeitsintegral zwischen 20 und 100 K 30,5 W/cm ist, ist der Leitungsverlust P zwischen 20 und 300 K begrenzt auf: P = 30,5 × 6,3 : 10 = 19W Es ist daher sehr einfach, die Verbindung auf Temperatur zu halten, indem einer Heizvorrichtung, welche vom elektrischen Typ ist, einfach die äquivalente elektrische Leistung zugeführt wird.
Die elektrische Heizvorrichtung 17 ist vorzugsweise in der Lage, eine höhere Leistung zuzuführen und ist bezüglich der Temperatur begrenzt, entweder durch einen Ein/Aus-Steuerung oder durch den Einsatz eines Materials, welches oberhalb einer Temperatur isolierend wirkt. Dieser Leistungsüberschuss erlaubt es, einem eventuell durch einen Unfall verursachten Einfließen von Flüssigkeit in den Zwischenraum 21 entgegen zu wirken.
Das Spiel bzw. der Zwischenraum 21 zwischen den Bereichen 10 und 15 ist minimiert, um das Totvolumen, und damit den eventuellen Eintritt von kryogener Flüssigkeit, zu minimieren.
Das Widerstands-Drehmoment ist sehr schwach. Die Reibungskräfte der Lippenverbindung 14, des Rings 12 und der zwei Lager 19 und 13 können durch Konstruktion minimiert werden (die Lager 19 und 13 können als Kugellager ausgeführt sein). Die einzig wesentliche Kraft ist die Aufnahme der Hauptwirkung durch das Lager 19.
Der diametrale Platzbedarf der Verbindung 100 kann reduziert werden, indem an der Dicke der doppelten Wände des weiblichen Bereiches 10 und des männlichen Bereiches 15 gearbeitet wird. Sofern keine Super-Isolierungen verwendet werden, können diese doppelten Wände einander wesentlich angenähert sein. Um einen plötzlich, z.B. durch einen Unfall eintretenden Kontakt zwischen ihnen zu vermeiden (durch Verformung, indem die Rohre z.B. oval verformt werden), genügt ein Filament 31, 32 oder ein Profil mit rechteckigem Querschnitt aus isolierendem Material, welches spiralförmig auf die Innenwand 10b, 15b gewickelt ist, um diese Möglichkeit zu unterdrücken (4 und 5).
Die Reduzierung des diametralen Platzbedarfs ermöglicht eine Reduzierung der Hauptwirkung und damit einer Kraft auf den axialen Anschlag 19. Der zweite Vorteil ist der Massegewinn, welcher insbesondere im Fall einer Raketenstufe wünschenswert ist.
Das Niveau des Vakuums bzw. des Unterdrucks in der Doppelwand des weiblichen Bereiches 10 und des männlichen Bereiches 15 kann verbessert werden durch den Einsatz von Zeolith 33, 34, welches durch Leitung über die Wände gekühlt ist. Selbst wenn eine leichtes Leck das statische Vakuum verschlechtert, bringt das Abkühlen den Druck wieder unterhalb von 10^–1 Pa (Unterdrücken von Konvektion und von Leitung in dem Restgas).
Das Ersetzen des axialen Anschlags 19 durch ein Lager großen Durchmessers 40 (5) ermöglicht es, die Behinderung in der Mitte auf Grund des Haltekreuzes 18 des axialen Lagers zu unterdrücken und die Steifigkeit der Drehverbindung zu erhöhen.
Um ein leichteres Ausgleichen der Drücke zu ermöglichen, kann der Ring 12, welcher die Dichtigkeit für Flüssigkeiten gewährleistet, in seinem oberen Bereich einfach offen sein (2). Die durch ein plötzliches Leck des Rings eventuell austretenden Dämpfe werden somit natürlich evakuiert. Da die Öffnung im oberen Bereich angeordnet ist, dringt die Flüssigkeit im normalen Betrieb nicht in den ringförmigen Raum 21 ein.
Um zu vermeiden, dass es notwendig wird, einen die Ausdehnung zwischen dem externen und dem internen Bereich 10b, 15b einer Doppelwand des männlichen Bereiches 15 und des weiblichen Bereiches 10 kompensierenden Balg einzusetzen, kann diese interne Wand 10b, 15b in einer Eisenlegierung von etwa 36% Nickel, wie derjenigen, die unter der Bezeichnung Invar bekannt ist, ausgeführt sein.
Wie bereits angedeutet, kann der weibliche Bereich 10 und der männliche Bereich 15 der Leitungsabschnitte 10, 16 eine evakuierte Doppelwand mit einer Super-Isolation (1) umfassen oder einander angenäherte Doppelwände aufweisen (4 und 5). Ein Isolationsschaum 35, 36 kann ferner an den Leitungsabschnitten 11, 16 angeordnet sein und den weiblichen und den männlichen Bereich 10, 15 teilweise bedecken.
Diese Anordnungen funktionieren gut z.B. in dem Fall, wenn eine Drehverbindung beispielsweise zwischen einem Ergol-Reservoir und eine Turbopumpe eines Raketenmotors angeordnet ist. In diesem Fall, bei dem der Druck des Ergol-Reservoirs relativ gering ist, in der Größenordnung von 2 bis 5 Bar, ist das lokale Knick- bzw. Bruchverhalten des externen Bereiches einer evakuierten Doppelwand relativ gering.
Wenn eine Drehverbindung hingegen unter Hochdruck-Bedingungen angeordnet ist, z.B. in der Größenordnung von 100 bis 200 Bar, wie dies z.B. der Fall ist, wenn eine Drehverbindung zwischen dem Ausstoß-Ausgang einer Turbopumpe und einer Injektionsvorrichtung für kryogenes Ergol angeordnet ist, ist es vorteilhaft, eine evakuierte Doppelwand mit Verstärkungen, wie die Doppelwand 50, welche beispielhaft in 6 veranschaulicht ist, bereitzustellen.
In diesem Fall ist eine interne Verstärkung, welche aus einer Übereinanderschichtung von Separationsreifen 54 sehr geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, in das Innere der Doppelwand 50 eingebracht.
Um die Wärmeverluste durch Leitung und durch Strahlung zu reduzieren, kann die Verstärkung Isolationsreifen 54 umfassen, welche alternierend mit Metallfolien 55 angeordnet sind, welche eine Strahlungsabschirmung bilden und welche parallel zu einer Basiswand 51 sind.
Diese Anordnung ermöglicht es, von der nicht-linearen Änderung der Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur zu profitieren. Die Doppelwand kann zylindrisch oder konisch sein. Eine 52 der elementaren Wände 51, 52 ist vorzugsweise mit Ausbuchtungen 53 bereitgestellt, welche ein Anordnen dieser Wand an der Verstärkung 54, 55 unter dem Einfluss von Druck ermöglichen. Diese Ausbuchtungen 53 erlauben somit die Kompensation von unterschiedlichen Ausdehnungen.
Als eine Variante kann im Fall einer Anwendung bei Fluiden hohen Drucks, welche in 7 veranschaulicht ist, die weiche Rakelverbindung 14 derart modifiziert sein, dass sie keine Lippe umfasst und eine Verbindung 14a bildet, welche einfach auf einen ebenen Bereich 13a des Lagers, welches somit die Rolle des axialen Anschlags 39 spielt, appliziert wird. In diesem Fall bildet das Lager 40 aus 5 ein Radial-Lager 40a, und der selbstschmierende Ring 12 ist durch eine elastische Halterung 38 gehalten, um die unterschiedliche Ausdehnung zwischen den beiden Bereichen der Verbindung zu kompensieren. Die ringförmige Verbindung 14a mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ist an dem weiblichen Bereich durch einen Gegenring 41 gehalten und ist in flächigem Kontakt.
Wie in den 12 und 13 dargestellt, können erfindungsgemäße kryotechnische Drehverbindungsanordnungen 101, 102, 102, welche parallele Achsen aufweisen können, zwischen Leitungsbereiche 111, 113, 115, 117 zwischengelagert sein, welche ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander sind und welche Krümmungen 112a, 112b, 114a, 114b, 116a, 116b zugeordnet sind. Jede Drehverbindungsanordnung bietet einen Rotations-Freiheitsgrad.
Die 12 und 13 zeigen eine Gelenk-Leitung mit einem reduzierten Platzbedarf der Verbindungsanordnung, welche den Transfer von kryogenem Fluid zwischen einer festen Installation 120 und einer mobilen Installation 110 ermöglicht, wobei eine zurückgezogene Position mit unterbrochenen Linien veranschaulicht ist. Solche Gelenk-Leitungen können für die folgenden Anwendungen dienen:

– Auftanken von Fahrzeugen (Auto oder Bus mit einer Brennstoffzelle, Flugzeug, Schiff),
– Befüllen eines festen Lagerreservoirs von einem Lkw aus,
– Abschussrampe, beispielsweise für Raketen.

Im Falle der Betankung einer Raketenstufe präsentieren diese Leitungen eine sehr viel geringere Masse als existierende Lösungen und weisen ferner einen geringeren Windwiderstand auf, was die Kräfte auf die Bord-Erde-Verbindungen der Rakete reduziert.
Die 8 bis 11 veranschaulichen Anwendungen der kryotechnischen Drehverbindungsanordnung gemäß der Erfindung auf Raketenmotoren für kryotechnisches, flüssiges Ergol.
Im Falle einer Anwendung auf einen Raketenmotor liegt die Winkelverlagerung einer Abdicht-Drehverbindung gemäß der Erfindung zwischen einigen Grad und 180°, abhängig von den Anforderungen der Mission.
Alle elektrischen Verbindungen und Fluid-Leitungen kleinen Querschnitts sind durch ein Netz von Kabeln und flexiblen Kanälen gewährleistet, welche ein Gebinde oder eine Art Flachbandleitungsanordnung bilden, welches) eine Winkelverlagerung zulässt.
Zwei Lager ermöglichen die Rotation der Aufhängung und die Aufnahme des Schubes, wobei die zwei Drehverbindungen kolinear sind.
Im Falle einer oberen Stufe ist die Längsachse X X' des Motors im Wesentlichen senkrecht (±15° zum Optimieren der Position des Erweiterungsbereichs) zur Achse Y Y' der Rakete in einer Abschusskonfiguration. Der Motor wird entweder durch einen Stellzylinder oder durch einen Verschluss, welcher an der Verkleidung angeordnet ist und die Düsen-Erweiterung hält, in Position gehalten.
Die Struktur, welche die Lager aufweist, deren Achse senkrecht zu der Schwenkachse sind, und welche den Schub der Kammer aufnimmt, ist mit Öffnungen vorgesehen, welche den Durchgang von Leitungen und Balgen, sowie von Schnittstellen zulassen, welche eventuell die Montage von Turbopumpen zulassen. Sie ist auch mit einem Haltepunkt für den Stellzylinder der Winkelverlagerung ausgebildet.
Die Struktur und die Aufhängung können metallisch oder aus Verbundmaterial sein. Sie können eine Monocoque-Konstruktion (einteiliger Aufbau) sein, welche es ferner ermöglicht, eine Funktion als thermischer Schutz gegen die Strahlung der Düse (wenn diese durch Strahlung gekühlt ist) oder der Sonne bereitzustellen.
Die Versorgung mit Ergol kann gleichzeitig durch Drehverbindungen auf einer Achse großer Auslenkung und auf einer Achse kleiner Auslenkung durchgeführt werden. Die Turbopumpen können entweder parallel oder senkrecht zur Motorachse sein. Die Turbopumpen können in Bezug auf die Rakete fixiert sein, wobei vier Hochdruck-Drehverbindungen eine Orientierung der Düse entlang zweier Freiheitsgrade ermöglichen.
Im Fall eines Gasgenerator-Zyklus sind die Turbopumpen an der Aufhängung montiert, und die Kammer wird mit Ergol über zwei Hochdruck-Drehverbindungen versorgt, welche auf der Achse der Struktur (innerhalb der Lager) angeordnet sind. Dies erlaubt, das Trägheitsmoment der Kammer zu reduzieren.
8 zeigt einen Schnitt eines Raketenmotors 205, welcher im durch eine Verkleidung 203 begrenzten Zwischenstufen-Raum einer Rakete, welche eine untere Stufe 204 und eine obere Stufe 202 umfasst, angeordnet ist. Die Verkleidung 201, welche einen Haltekasten des Motors 205 bildet, ist an der oberen Stufe 202 angebracht. Der Motor 205 wird entweder durch einen Stellzylinder 211, welcher an dem Haltegestell 201 des Motors 205 angebracht ist, oder durch Verschlüsse in Position gehalten, welche an dem gleichen Gestell 201 angeordnet sind und die Erweiterung 207 der Düse des Motors 205, welche einen Kragen 208 und eine Brennkammer 209 aufweist, hält.
Die Längsachse X' X des Motors 205 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Achse Y' Y der Rakete, was gegenüber der herkömmlichen Anordnung 205a, welche in 8 gestrichelt dargestellt ist, einen wesentlichen Höhengewinn ermöglicht. Der Höhengewinn ist durch die Höhe N dargestellt.
Alle elektrischen Verbindungen und Fluidleitungen kleinen Querschnitts sind durch ein Netz von Kabeln und flexiblen Kanälen gesichert, welche ein Gebinde 210 bilden, welches eine Winkelverlagerung zulässt. Diese Anordnung ermöglicht einen einfachen Zugang zur Spitze des Injektors 209a, was wiederum ein sehr einfaches Wechseln des Zünders ermöglicht.
Wie in 8 dargestellt, ist das Gelenk 206 des Motors vorzugsweise nicht an der Spitze der Brennkammer 209 angeordnet, sondern in Höhe des Düsenkragens 208 angebracht, um die Länge des Motors zu maximieren und dadurch maximal von dem zur Verfügung stehenden Platz in dem Zwischenstufen-Raum zu profitieren.
9 ist eine Schnittansicht in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse X X' des Raketenmotors 205 ist und die Rotationsachse 206 des Motors 205 umfasst.
In 9 sieht man sowohl die Zwischenstufen-Verkleidung 203 als auch die Verkleidung 201, welche den vom Motor 205 ausgehenden Schub auf die obere Stufe 202 der Rakete überträgt, sobald dieser in seine Funktionsposition geschwenkt ist.
Die Bezugszeichen 217, 218 bezeichnen zwei Lager, welche die Rotation der Aufhängung 214 um die Achse 206 und die Aufnahme des Schubs ermöglichen.
Der Motor 205 wird durch zwei Turbopumpen 221, 223, denen zwei Balge 222, 224 vorangehen, versorgt, welche ein Erreichen einer Auslenkung entlang der Achse senkrecht zur Auslenkachse 206 ermöglichen. Die Lager der Achse quer zur Auslenkachse 206 sind nicht dargestellt.
9 zeigt zwei Drehverbindungsanordnungen 215, 216, Versorgungsleitungen 212, 213 stromaufwärts der Drehverbindungsanordnungen 215, 216 und Versorgungsleitungen 225, 226, welche zwischen die Drehverbindungsanordnungen 215, 216 und die Turbopumpen 221, 223 zwischengelagert sind. Der Stellzylinder 211 und die flexiblen Leitungen 210 sind ebenfalls in 9 sichtbar.
10 veranschaulicht den Motor in einer Abschussposition. Der Stellzylinder 211 wurde eingesetzt, um den Motor 205 nach einer Rotation um die Achse 206 in die Abschussposition 205a zu bringen.
Die Funktion des Stellzylinders 211 kann in zwei Teile unterteilt werden, einen ersten Teil, der den langen Weg und die feste Auslenkung aus der Startposition in die Abschussposition 205a gewährleisten soll, und einen zweiten Teil, der eine reduziertere Verlagerung rund um die Mittelposition 205a bereitstellen soll, welche eine Winkelverlagerung in der Größenordnung von ±6° zulässt, und welche ein Pilotieren ermöglicht.
Es soll angemerkt werden, dass in Bezug auf die in den 8 bis 10 dargestellte Ausführungsform das Gelenk 206 in Höhe der Erweiterung 207 anstatt in Höhe des Kragens 208 der Düse angeordnet sein könnte. In diesem Fall müsste jedoch die Höhe zwischen dem Gelenk und dem Boden des Reservoirs der oberen Stufe 202 vergrößert werden, was den Gewinn an der Zwischenstufen-Verkleidung 203 reduziert. Eine Anordnung in Höhe des Kragens 208 oder nahe dem Kragen 208 ist somit bevorzugt.
Bei Betrachten der 9 ist erkennbar, dass die Gelenke 217, 218 der Aufhängung 214 nicht mit den Drehverbindungen 215, 216 verbunden sind. Diese Elemente müssen kolinear sein, müssen aber nicht zwangsweise ineinander gefügt sein. Obwohl die Lager der Drehverbindungen 215, 216 in der Lage wären, wesentliche Radialkräfte zu halten, ist es im Allgemeinen bevorzugt, die Funktionen der Drehverbindung und der Schubaufnahme zu trennen.
11 zeigt ein Beispiel der Struktur 201', welche die Rotationsachse 232 bei etwa 5° hält und welche senkrecht zur Schwenkachse 206 bei 90° ist, und welche ebenfalls den Schub der Kammer des Raketenmotors 205 aufnimmt. Diese Struktur 201' wurde im Fall der 9 nicht dargestellt.
Die Struktur 201' ist mit Öffnungen 231 bereitgestellt, welche den Durchgang der Leitungen und der Balge ermöglichen. In 11 sind die Turbopumpen 221, 223 auf Flanschen montiert dargestellt.
In 11 sind verschiedene Leitungen 233 bis 239 zum Transport von Fluiden wie LH2, GH2, LOX dargestellt, wobei Pfeile die Zirkulationsrichtungen zwischen den verschiedenen Elementen angeben. Der in 11 dargestellte Zyklus ist ein Expander-Zyklus, aber natürlich sind auch andere Montagen möglich.
Insbesondere können die Turbopumpen 221, 223 parallel zur Achse X' X der Kammer des Raketenmotors 205 montiert sein.
Es soll angemerkt werden, dass die Maßnahmen, welche ein Vermindern der Höhe des Zwischenstufen-Raums der Trägerrakete ermöglichen, in der Praxis wichtig sind. Beispielsweise kann eine Montage, wie sie in den 8 bis 11 gezeigt ist, ermöglichen, mehr als 2 m an der Zwischenstufen-Verkleidung einer Rakete einzusparen, was einem direkten Gewinn bezüglich der ins All zu schießenden Masse von mehr als 200 kg entspricht und was zu einer starken Steigerung der Steifigkeit der Rakete und somit zu einer Verminderung des Vibrationsniveaus, welches die Nutzlast beeinflusst, beiträgt.
Solche Vorrichtungen ermöglichen auch eine Verlängerung der Stufe im Inneren bei vorgegebener Raketenlänge, was die Konstruktionsmerkmale der Stufe wesentlich verbessern kann.
Die weiter oben beschriebenen Vorrichtungen sind ebenfalls auf einen Motor mit einer entfaltbaren Erweiterung anwendbar. Sie erlauben insbesondere, eine einzelne Einheit mit mehreren Funktionen zusammenzustellen: Wärmeschutz des Motors, Motoraufhängung, Halterung des Mechanismus der entfaltbaren Erweiterung. Das Gelenk kann in der Nähe des Schwerpunkts des Motors angeordnet sein, wodurch die anfängliche Rotation und die Aktivierung der Düse beim Pilotieren keinen unerwünschten Einfluss auf das Verhalten der Stufe haben. Da ein Kaltstellen der Ergol-Leitungen jederzeit möglich ist und die Drehverbindungen permanent installiert sind, gibt es kein Risiko fehlender Verbindung der Versorgungsleitungen, was eine Funktionssicherheit der Rakete stark erhöht.

Claims

Kryotechnische Drehverbindungsanordnung, umfassend: einen ersten kryotechnischen Leitungsabschnitt (11) und einen zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitt (16), welche in Bezug aufeinander eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (1) der Drehverbindungsanordnung durchführen können, erste Mittel (13) zum Halten des ersten oder des zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitts (11, 16) in der radialen Richtung, zweite Mittel (19; 40) zum Halten des ersten oder des zweiten kryotechnischen Leitungsabschnitts (11, 16) in Bezug auf den anderen der Abschnitte (11, 16) in der axialen Richtung, wobei die Mittel (13) zum Halten in der radialen Richtung und die Mittel (19; 40) zum Halten in der axialen Richtung die Rotationsachse (1) der Drehverbindungsanordnung definieren, wobei der erste Abschnitt (11) einen zweiwandigen, vakuumisolierten weiblichen Bereich (10) umfasst und wobei der zweite Abschnitt (16) einen zweiwandigen, vakuumisolierten männlichen Bereich (10) umfasst, welcher wenigstens teilweise in den weiblichen Bereich (10) eingreift, eine erste Verbindungsdichtung (12), welche zwischen ein freies Ende (15a) des in den weiblichen Bereich (10) eingreifenden, männlichen Bereichs (15) und dem ersten oder zweiten Mittel (19; 40) zum Halten zwischengelagert ist, eine zweite Verbindungsdichtung (14), welche zwischen ein freies Ende (10a) des den männlichen Bereich (15) umgebenden, weiblichen Bereichs (10) und das andere (13) der ersten und zweiten Mittel zum Halten zwischengelagert ist, und ein Heizmittel (17), welches in der Umgebung der zweiten Verbindung (14) angeordnet ist.
Drehverbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Verbindung (12) ein selbstschmierender Ring ist, welcher mit einem Sitz (20), welcher dem ersten oder dem zweiten Mittel (19; 40) zum Halten zugeordnet ist, zusammenwirkt.
Drehverbindungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der selbstschmierende Ring (12) aus einem der nachfolgenden Materialien gefertigt ist: PTFE, PTFCE, beladenes Graphit, mit PTFE beladene Bronze, beladene Keramik.
Drehverbindungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der selbstschmierende Ring (12) mit einem Spalt (37) bereitgestellt ist, welcher das Druckgleichgewicht zwischen der Innenzone des ersten und des zweiten Abschnittes (11, 16) und dem ringförmigen Zwischenraum (21), welcher zwischen den sich überlappenden männlichen und weiblichen Bereichen (15, 10) definiert ist, gewährleistet.
Drehverbindungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der selbstschmierende Ring (12) mit einer elastischen Vorrichtung (38) versehen ist, welche eine Verteilung des Kontaktdrucks auf den Sitz (20) gewährleistet, wobei sie ein Sicherheitsventil bildet.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Verbindung (14) eine weiche Rakelverbindung ist, welche mit der Außenfläche des männlichen Bereichs in der Umgebung der Mittel (13) zum Halten in der radialen Richtung zusammenwirkt.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Verbindung (14a) eine Ringverbindung mit rechteckigem Querschnitt ist, welche auf einen, den Mitteln (19; 40) zum Halten in der axialen Richtung zugeordneten, ebenen Bereich appliziert wird.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Verbindung (14; 14a) aus einem Elastomer oder aus PTFE gefertigt ist.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Heizmittel (17) eine elektrische Heizvorrichtung umfasst.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Heizmittel (17) eine Heizvorrichtung durch Zwangskonvektion umfasst.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die ersten Mittel (13) zum Halten in der radialen Richtung einen Zentrierring (13) umfassen.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweiten Mittel (19) zum Halten in der axialen Richtung einen axialen Anschlag mit Trockenschmierung umfassen, welcher ein Lager (40) großen Durchmessers umfasst.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der zweiwandige, vakuumisolierte weibliche Bereich (10) und der zweiwandige, vakuumisolierte männliche Bereich (15) aus rostfreiem Stahl oder aus einer Nickel-Superlegierung gefertigt sind.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Faden oder ein Profit aus isolierendem Material (31) spiralförmig in den internen Zwischenraum der vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen (10) und des männlichen Bereichs (15) gewickelt ist.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der interne Bereich (10b, 15b) der vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen (10) und des männlichen Bereichs (15) aus einer Eisen-Legierung von etwa 36% Nickel, wie derjenigen, die unter der Bezeichnung Invar bekannt ist, gefertigt ist.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die vakuumisolierten Doppelwände des weiblichen (10) und des männlichen Bereichs (15) mit einer internen Verstärkung bereitgestellt sind, welche aus isolierenden Abstandselementen (54) sehr geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet sind.
Drehverbindungsanordnung nach Anspruch 16, wobei Metallfolien (55), welche Strahlungsabschirmungen bilden, alternierend mit den isolierenden Abstandselementen (54) zwischen die vakuumisolierten Doppelwände (51, 52) zwischengelagert sind.
Drehverbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei durch Leitung abgekühltes Zeolith (33, 34) in den vakuumisolierten Doppelwänden (10, 15) des weiblichen Bereichs (10) und des männlichen Bereichs (15) integriert ist.
Leitung zur Versorgung mit kryogenem Fluid, welche eine feste Anordnung (120) mit einer mobilen Anordnung (110) verbindet und welche wenigstens einen Freiheitsgrad aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine kryotechnische Drehverbindungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 umfasst.
Leitung zur Versorgung nach Anspruch 19, welche drei kryotechnische Drehverbindungsanordnungen (101, 102, 103) mit parallelen Achsen umfasst, welche nach einem der Ansprüche 1 bis 18 realisiert sind.
Raketenmotor für flüssiges, kryogenes Ergol, umfassend: wenigstens ein Speicherreservoir für Ergol, eine Turbopumpe (221, 223) zur Versorgung einer Injektionsvorrichtung (209) mit Ergol, eine Brennkammer (205) mit einem Düsenkragen (208) und einer Düsenerweiterung (207), und wenigstens einen Stellantrieb (211) zum Verändern der Position der Brennkammer (205) des Raketenmotors in Bezug auf eine feste Haltestruktur (201) der Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Drehverbindungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 umfasst, welche an einer Leitung zur Versorgung der Turbopumpe ausgehend von dem Speicherreservoir für Ergol oder an einer Leitung zur Versorgung der Injektionsvorrichtung für Ergol ausgehend von der Turbopumpe angeordnet ist.
Raketenmotor nach Anspruch 21, wobei dieser in eine obere Stufe einer Trägerrakete integriert ist und wobei dieser eine Brennkammer umfasst, deren Achse XX' auf etwa ±15° genau im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse YY' der Trägerrakete in einer Abschuss-Konfiguration ist.
Raketenmotor nach Anspruch 21 oder 22, wobei dieser eine Rotationsachse (206) umfasst, welche in Höhe des Düsenkragens angeordnet ist.
Raketenmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei dieser zwei Turbopumpen umfasst, welche in einer festen Position in Bezug auf die Trägerrakete montiert sind, und deren Leitungsausgänge zur Versorgung der Injektionsvorrichtung für Ergol jeweils mit wenigstens einer kryotechnischen Drehverbindungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 bereitgestellt sind, um ein Verschwenken des Raketenmotors um wenigstens eine Rotationsachse in Bezug auf die Trägerrakete zu ermöglichen.