DE1135405B - Verfahren zum Herstellen von fluessigkeitsgekuehlten Raketenbrennkammern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 55024Ib/7c

ANMELDETAG: 2. OKTOB ER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. AUGUST 1962

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammern mit mindestens einem äußeren und einem inneren Brennkammermantel und zwischen diesen angeordneten bzw. ausgebildeten, im wesentlichen axial verlaufenden Kühlkanälen.

Soweit Brennkammern der vorgenannten Art bekannt sind, besitzen diese den Nachteil, daß eine gleichmäßige Kühlung der Brennkammerwand nicht mit Sicherheit gewährleistet werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die günstigste Ausbildung und Herstellung der durchlaufenden Kühlkanäle sowohl in kühltechnischer als auch in fertigungstechnischer Hinsicht ein schwer lösbares und zeitraubendes Problem darstellt, wobei die besonderen Schwierigkeiten darin zu sehen sind, daß die Düse gegenüber dem zylindrischen Teil der Brennkammer im allgemeinen einen engeren Querschnitt aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammern der eingangs genannten Art, bei dem die Nachteile der bekannten Brennkammern vermieden sind, insbesondere soll eine gemäß der Erfindung hergestellte Brennkammer eine hohe thermische Belastung bei hohem Innendruck zulassen und selbst bei großen Querschnittsverhältnissen technisch einfach und wirtschaftlich sowohl in kleinen als auch in größeren Stückzahlen herstellbar sein.

Eine Lösung dieser Aufgabe läßt sich durch folgende nacheinander auszuführende Verfahrensschritte erreichen:

a) Mindestens zwei zylindrische Rohre, von denen eines bzw. bei mehr als zwei Rohren mindestens eines mit flach ausgebildeten Längssicken versehen ist, die zu dem bzw. den anderen Rohren gerichtet sind, werden so ineinandergefügt, daß sich die Rohre an den Sicken berühren;

b) an den Berührungsstellen der Sicken werden die Rohre durch Schweißen bzw. Löten homogen miteinander verbunden;

c) die zwischen den Sicken liegenden Spalträume werden dann durch Einpressen eines Mediums zu Kühlkanälen aufgeweitet.

Es ist zwar an sich bekannt, zwei Rohre, von denen das innere Längsrippen aufweist, zur Herstellung einer Raketenbrennkammer mit längsverlaufenden Kühlkanälen ineinanderzustecken, so daß sich die Rohre längs der Rippen berühren. Durch diese Anordnung der Rohre lassen sich jedoch keine druckdichten Kühlkanäle erzielen, da zwischen den Rippen des Innenrohres und dem Außenrohr keine homogene Verbindung besteht. Andererseits ist es aber auch Verfahren zum Herstellen

von flüssigkeitsgekühlten

Raketenbrennkammern

Anmelder:

Bölkow-Entwicklungen
Kommanditgesellschaft,
Ottobrunn bei München

Dipl.-Ing. Just Söhlemann, Ottobrunn bei München, ist als Erfinder genannt worden

bekannt, zwei ineinandergesteckte Brennkammerrohrmäntel an ihren Berührungsstellen miteinander zu verschweißen oder zu verlöten. Brennkammern dieser Art sind jedoch hinsichtlich ihrer Kühlwirkung nicht mit einer nach der Erfindung hergestellten Brennkammer zu vergleichen, da sie keine axial verlaufenden Kühlkanäle besitzen und die Verschweißung oder Verlötung der beiden Rohrteile nur an einzelnen warzenförmigen Berührungspunkten erfolgt.

Durch das Einleiten eines unter Druck stehenden Mediums in die Räume zwischen den beiden Rohren werden die Wände derselben jeweils nach innen und außen ausgebeult, so daß die gewünschten Formen und Weiten der Kühlkanäle zwischen den Brennkammerwänden erreicht werden.

Ein weiterer Verfahrensschritt besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Rohre zwischen den Verfahrensschritten b und c zu der vorgesehenen Düsenform der Brennkammer spanlos verformt werden.

Um eine unmittelbare Berührung der Rohre an den Stellen, wo keine Verschweißung erfolgen soll, zu vermeiden und ein eventuelles Verlaufen von Flußmitteln und damit Verstopfen der Kühlkanäle auszuschließen, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen die Berührungsstellen Isolierstoffe eingelegt.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Querschnittsform der Kühlkanäle nach dem Aufweiten durch die Wahl der Wandstärken und bzw. des Wandmaterials vom äußeren und inneren Rohr festgelegt wird. Beispielsweise könnte das innere Rohr aus einem gut wärme-

209 638/75

leitenden und das äußere Rohr aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt sein. Aus Gründen einer besseren Verschweißbarkeit der beiden Rohre können jedoch in gleich vorteilhafter Weise auch Werkstoffe mit gleichen Eigenschaften verwendet werden, die beide Bedingungen erfüllen.

Um eine gute und gleichmäßige Zuführung des zur Aufweitung der Kühlkanäle vorgesehenen Druckmediums sicherzustellen, soll nach einem anderen Verfahrensschritt vor dem Aufweiten der Kühlkanäle ein Eintrittssammelring nahe der Düsenmündung angeschweißt werden.

Bei einer Brennkammer, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus drei ineinandergesteckten und verschweißten Rohren besteht, ist vorgesehen, daß die Schweißnähte am äußeren Rohr gegenüber denen am inneren Rohr versetzt geführt werden.

Eine Brennkammer mit den Merkmalen der Erfindung läßt sich in herstellungstechnisch besonders günstiger Weise dadurch erzielen, daß die Rohre durch zwischen den Rohrwandungen axial liegende Silberstreifen miteinander in Berührung stehen und daß durch anschließendes Glühen eine feste Verbindung der Rohre an den Berührungsstellen mit den Silberstreifen hergestellt wird.

An Hand der Figuren und der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung näher dargestellt und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die aufeinandergeschobenen Rohre,

Fig. 2 einen Teilschnitt der Rohre in Richtung H-II der Fig. 1,

Fig. 3 den gleichen Teilschnitt nach der Verschweißung,

Fig. 4 die Rohre nach der Formung der Düse,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Wand vor dem hydraulischen Aufweiten der Kühlkanäle,

Fig. 6 einen Teilschnitt durch die aufgeweiteten Kühlkanäle,

Fig. 7 eine Teilansicht der fertigen Brennkammer,

Fig. 8 und 9 teilweise gezeigte Querschnitte durch Brennkammern, die nach anderen Verfahrensmerkmalen hergestellt sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden gemäß dem ersten Verfahrensschritt zwei Rohre 11 und 12 ineinandergeschoben, die gleiche oder wie dies Fig. 2 zeigt, verschiedene Wandstärken besitzen. Von den gezeigten Rohren ist das äußere Rohr 11 mit in Längsrichtung verlaufenden, von außen eingedrückten Sicken 13 versehen, wodurch an der Innenseite des Rohres Rippen 10 gebildet sind. Mit diesen Rippen liegt das Rohr 11 spielfrei am Rohr 12 an (Fig. 2). In anderer als in den Figuren gezeigter Weise könnten die Sicken auch in das innere Rohr 12 eingedrückt sein, wodurch Rippen zum Außenrohr 11 gebildet würden.

Die Anzahl der Sicken 13 auf dem Umfang des Rohres 11 bzw. des Rohres 12 ist so gewählt, daß der Abstand zweier Sicken gleich dem halben Umfang der später zu erzeugenden Kühlkanäle ist. Nach dem Ineinanderschieben werden beide Rohre an den Berührungsstellen der Sicken durch Schweißen bzw. Löten homogen miteinander verbunden. Fig. 3 zeigt in einem Teilschnitt die Rohre 11 und 12 nach dem Verschweißen.

Das so entstandene, durch Längsnähte verschweißte Doppelmantelrohr mit zunächst noch sehr flachen Kanälen 14 wird beim nächsten Verfahrensschritt durch einen spanlosen Prozeß zu einer Schub düse verformt, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Im weiteren Verlauf wird auf die Düsenmündung ein Eintrittssammelring 15 mit Einfüllstutzen 16 aufgesetzt (Fig. 5) und an den Berührungsstellen 18 mit den Brennkammerwänden 11 und 12 gasdicht verschweißt. Nach der ebenfalls gasdichten Verschweißung der Zylinderwände 11 und 12 am in der Figur linken Brennkammerende werden die Kanäle 14 durch Einleiten eines Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit, unter Druck gesetzt. Der Druck wird sodann so weit gesteigert, bis sich die Kanäle zu der in Fig. 6 gezeigten Gestalt aufweiten. Durch Einlegen eines Kerns 33 und Umlegen einer starren Außenform 32 um den Außenmantel kann die Aufweitung begrenzt und dadurch eine in allen Querschnitten gleichmäßige Form der Kühlkanäle erreicht werden. Weiterhin kann durch Auswahl der Wandstärken und Werkstoffe von innerem und äußerem Rohr die Kanalform beliebig variiert werden. Sowohl das Formen der Düse als auch das Erweitern der Kanäle 14 geschieht vornehmlich durch Kaltverformung.

Nach Abtrennen des mit der Schweißnaht 20 versehenen Brennkammerendes vom übrigen Teil der Brennkammer werden die Brennkammerböden 17 mit dem Innenmantel 12 und dem Außenmantel 11 gas- und druckdicht verschweißt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Zur Steigerung der Innendruckfestigkeit wird die Brennkammer mit einem hochfesten Metallband oder mit profiliertem Draht 19 umwickelt.

Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Brennkammer in ein zusätzliches, den Brennkammerdruck aufnehmendes Gehäuse eingebaut wird. Durch die Umwicklung mit einem Metallband oder mit Draht können dadurch Passungs- bzw. Formschwierigkeiten vermieden werden.

Fig. 8 ist ein Teilschnitt einer Brennkammer, die

aus Rohren 21, 22 verschiedener Wandstärke und verschiedener Materialien hergestellt wurde. Bei der Herstellung dieser Brennkammer werden statt Sicken längslaufende Silberstreifen 24 zwischen die Rohre eingelegt. In den Räumen zwischen den Silberstreifen 24 werden, wie in Fig. 8 a dargestellt, Isolationsstreifen 35 eingelegt, so daß eine Berührung der Rohre nur im Bereich der Silberstreifen erfolgen kann, in dem beim anschließenden Glühen eine innige Verschmelzung der Rohre eintreten soll. Es ist zwar an sich bekannt, daß bei Raketenbrennkammern die Rohre über zwischen den Rohrwandungen axial liegende Metallstreifen miteinander in Verbindung stehen, jedoch kommt diesen Metallstreifen bei den bekannten Brennkammern lediglich erne Dichtungsaufgabe zu.

Bei dem anschließenden hydraulischen Aufweiten der Kühlkanäle wird bei geringerer Wandstärke und/oder weicherem Material nur eines der Rohre, im Ausführungsbeispiel das innere Rohr 22 verformt. Auf diese Weise kann bei Beibehaltung des Kreisquerschnittes des Außenmantels der Innendruck durch diesen Mantel aufgenommen werden, so daß sich Bandagen od. dgl. erübrigen.

In Fig. 9 ist eine aus drei Rohren hergestellte Brennkammer teilweise im Schnitt gezeigt. Über eine ähnlich der Ausführung nach Fig. 6 hergestellte Brennkammer mit den Mänteln 27 und 28 wird ein weiterer Mantel 26 geschoben und mit dem Mantel 27 an den Berührungsstellen verschweißt. Auf diese Weise entsteht eine Brennkammer mit zwei Serien von Kühlkanälen, von denen die inneren 30 jeweils

zur direkten Kühlung, die äußeren 29 zur zusätzlichen Kühlung der Schweißnähte 31 zwischen den Brennkammermänteln 27 und 28 dienen. Eine dreiwandige Brennkammer kann auch in der Weise hergestellt werden, daß zunächst drei Rohre übereinandergeschoben und entlang entsprechend versetzt angeordneter Sicken jeweils miteinander verschweißt werden. Danach erfolgt das Formen der Düse und das hydraulische Aufweiten aller Kühlkanäle entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung, die für das Herstellen von Raketenbrennkammern für Flüssigkeitstriebwerke besondere Bedeutung besitzt, ist jedoch keineswegs auf solche Triebwerke beschränkt, sondern läßt sich in gleich vorteilhafter Weise auch bei dem Herstellen von Brennkammern für Feststofftriebwerke anwenden, bei denen eine Flüssigkeitskühlung der Brennkammerwand vorgesehen ist.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von flüssigkeitsgekühlten Raketenbrennkammern mit mindestens einem äußeren und einem inneren Brennkammermantel und zwischen diesen angeordneten bzw. ausgebildeten, im wesentlichen axial verlaufenden Kühlkanälen, gekennzeichnet durch folgende nacheinander auszuführende Verfahrensschritte:

a) Mindestens zwei zylindrische Rohre, von denen eines bzw. bei mehr als zwei Rohren mindestens eines mit flach ausgebildeten Längssicken versehen ist, die zu dem bzw. den anderen Rohren gerichtet sind, werden so ineinandergefügt, daß sich die Rohre an den Sicken berühren;

b) an den Berührungsstellen der Sicken werden die Rohre durch Schweißen bzw. Löten homogen miteinander verbunden;

c) die zwischen den Sicken liegenden Spalträume werdendann durch Einpressen eines Mediums zu Kühlkanälen aufgeweitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zwischen den Verfahrensschritten b) und c) zu der vorgesehenen Düsenform der Brennkammer spanlos verformt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Berührung an den Stellen, wo keine Verschweißung erfolgen soll, Isolierstoffe eingelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Kühlkanäle nach dem Aufweiten durch die Wahl der Wandstärken und/oder des Wandmaterials von äußerem (11) und innerem Röhr (12) festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufweiten der Kühlkanäle ein Eintrittssammelring (15) nahe der Düsenmündung angeschweißt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 mit drei ineinandergesteckten und verschweißten Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte am äußeren Rohr (26) gegenüber denen am Innenrohr (28) versetzt geführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (21, 22) durch zwischen den Rohrwandungen axial liegende Silberstreifen (24) miteinander in Berührung stehen und daß durch anschließendes Glühen eine feste Verbindung der Rohre an den Berührungsstellen mit den Silberstreifen hergestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 695 459;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 019 865;

USA.-Patentschriften Nr. 2 900 168, 2 880 577,
669 835;

Raketen- und Raumfahrtforschung, 3. Bd. Nr. 1 (Januar 1959), S. 29.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 638/75 8.62