DE1264160B - Fluessigkeitsgekuehlte Bauteile, wie Raketenbrennkammern, und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g -7/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1264160
B 90325 I a/46 g 15. Dezember 1966 21. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf flüssigkeitsgekühlte, aus Einzelelementen zusammengesetzte Bauteile, wie Raketenbrennkammern, Hitzeschilde oder Nasen, von Hochgeschwindigkeitsflugkörpern.

Es ist in der Raketentechnik allgemein bekannt, flüssigkeitsgekühlte Brennkammern und Expansionsdüsen aus Röhrchen mit verschiedenen, auch längsveränderlichen Querschnitten aufzubauen. Dabei wird die mechanisch feste und druckdichte Verbindung der Röhrchen zu Brennkammern oder Dusen durch Verlöten oder Verschweißen erreicht. Bei einer solchen Verbindung der Röhrchen miteinander, die durch örtlich konzentrierte oder über die Oberfläche verteilte Einwirkung hoher Temperaturen erfolgt, treten einerseits unerwünschte Verformungen des Bauteils auf, die sich durch Ausgleich vorhandener mechanischer Spannungen bei Erwärmung ergeben, andererseits bilden sich durch örtlich begrenzte Erwärmung Spannungen und daraus resultierende Verformungen neu aus.

Es ist auch bekannt, die Verbindung dieser geschlossene Kanäle bildenden Hohlprofile durch einen beispielsweise flammgespritzten Mantel aus Metall oder einem anderen geeigneten Material zu bewirken (USA.-Patentschrift 3 190 070). Nachteilig ist dabei, daß das Metall eines solchen Mantels spröde und deshalb nicht in der Lage ist, größere Zugspannungen aufzunehmen. Verstärkt man die Wanddicke des Mantels, um die durch den Brennkammerinnendruck verursachte Belastung durch Zug-Spannungen zu senken, dann ergibt sich eine unerwünschte Erhöhung des Baugewichts.

Es ist ferner bekannt, Preßformen, Behälter, Wärmeaustauscher und Raketenbrennkammern in einem Stück einschließlich der Kühlkanäle galvanoplastisch herzustellen (deutsche Patentschrift 611581, Fachbuch: Liquid Rockets and Propellants, 1960, Bd. 2, S. 563 ff., Academic Press Verlag, New York/ London, herausgegeben von L. E. Bollinger u. a.). Nachteilig ist bei diesem Verfahren der sehr zeitraubende galvanoplastische Aufbau der bei kompletten Bauteilen häufig überaus dicken Schichten. Bei einer derartigen Herstellung, z. B. von Raketenbrennkammern, kommt erschwerend hinzu, daß die zumeist schmalen und tiefen Kanäle eingefräst werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der durch die Einwirkung erhöhter Temperatur hervorgerufenen Nachteile eine dichte, hochfeste, relativ wenig Herstellungszeit erfordernde Verbindung von Röhrchen oder sonstigen geschlossenen oder offenen Profilen miteinander zu Bauteilen zu erreichen.

Flüssigkeitsgekühlte Bauteile, wie Raketenbrennkammern, und Verfahren zu deren Herstellung

Anmelder:

Bölkow Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 8012 Ottobrunn

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Carl-Helmut Dederra, 8012 Ottobrunn; Karl Butter, 8000 München

Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die zu einer »rohen« Wand zusammengesetzten Einzelelemente durch eine ein- oder beidseitig galvanoplastisch aufgetragene Schicht mechanisch fest und druckdicht miteinander zu verbinden.

Bei der Herstellung der Bauteile wird gemäß der Erfindung so verfahren, daß die beim Zusammensetzen der Einzelelemente zur »rohen« Wand dazwischen etwa verbleibenden Kerben und Fugen ausgefüllt und mehr oder weniger eingeebnet werden, worauf ein- oder beidseitig auf die von den Einzelelementen und dem Füllmaterial gebildete »rohe« Wand die mechanisch feste und druckdichte Schicht galvanoplastisch aufgetragen wird. Das vorbeschriebene Auffüllen bereitet bei auftretenden spitzwinkeligen oder engen und tiefen Kerben oder Fugen den Weg vor für die Herstellung der galvanoplastischen Verbindung bzw. Ummantelung, da auf diese Weise eine zweckmäßige Verteilung des den Transport der aufzutragenden Teilchen bewirkenden elektrischen Feldes im galvanischen Bad erreicht wird.

Um das Gewicht des Bauteils so niedrig wie in bezug auf die Beanspruchung eben zulässig zu halten, wird ferner gemäß der Erfindung zum Ausfüllen der Kerben und Spalten ein Füllmaterial mit niederem Schmelzpunkt verwendet, das nach dem galvanoplastischen Auftragen der Schicht, wie an sich bekannt, ausgeschmolzen wird. Dieses Verfahren birgt ferner den Vorteil in sich, daß das gesamte Bauteil durchgehend aus dem gleichen Material besteht, was das eventuelle Auftreten zusätzlicher,

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durch unterschiedliche Wärmedehnung verschiedener Materialien hervorgerufener Beanspruchungen vermeidet.

In Ausgestaltung der Erfindung können Einzelelemente mit offenen oder geschlossenen Profilquerschnitten verwendet werden. Besteht das flüssigkeitsgekühlte Bauteil aus U-, I- oder sonstigen offenen Profilen, die zunächst offene Kanäle bilden, dann werden Kerben, Spalten und Kanäle mit ausschmelzbarem Füllmaterial mit elektrisch leitender Oberfläche gefüllt bzw. eingeebnet und anschließend mit einer ein- oder beidseitig galvanoplastisch aufgetragenen mechanisch festen und druckdichten Schicht miteinander verbunden. Sind die offenen Profile so gestaltet und angeordnet, daß sie geschlossene Kanäle bilden, dann wird dasselbe Verfahren angewendet, mit dem Unterschied, daß nur Kerben und Spalten vor dem Galvanisieren mit dem ausschmelzbaren Füllmaterial mit elektrisch leitender Oberfläche gefüllt werden und die Kanäle frei bleiben können.

In weiterer Fortbildung der Erfindung und Vereinfachung der verwendeten Einzelelemente bestehen diese aus flachen (ebenen) Streifen, insbesondere aus Metall, die in einer Vorrichtung oder mittels Klammern radial gerichtet und so gehalten sind, daß sie zweiseitig offene Kanäle bilden, worauf dann, wie vorstehend beschrieben, verfahren wird.

Die Erfindung ermöglicht eine verhältnismäßig billige und einfache Herstellung thermisch und mechanisch hochbelastbarer Bauteile der angegebenen Art ohne Schweißung oder Lötung aus Halbzeugteilen, wie sie die verwendeten Einzelelemente darstellen. Ferner wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Bauteile die mit jeder Wärmebehandlung, sowohl der punktweisen als auch der flächenhaft ausgedehnten Wärmeeinwirkung, verbundene Gefahr des Verzugs vermieden. Außerdem ist es durch den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt, Spalten und Kerben und offene Kanäle mit Füllmaterial mit elektrisch leitender Oberfläche auszufüllen, möglich, auch über die in vielen Fällen unvermeidlichen Kerben und Spalten hinweg mechanisch feste und druckdichte Schichten galvanoplastisch aufzutragen, die zudem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Gegenüber vollständig galvanoplastisch hergestellten Bauteilen ergibt sich erfindungsgemäß außerdem der Vorteil wesentlich kürzerer Badzeiten, da die Dicke der galvanoplastischen Schicht gemäß der Erfindung nur einen Bruchteil der gesamten Bauteildicke beträgt, was bei gleicher Fertigungseinrichtung die Produktionskapazität bedeutend erhöht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Raketenbrennkammer mit Schubdüse und die

F i g. 2 bis 9 Querschnitte durch ebene oder gekrümmte flüssigkeitsgekühlte Bauteile aus verschiedenartigen Einzelelementen.

Die in Fig. 1 dargestellte Raketenbrennkammer 1 mit Schubdüse 2 besteht aus längsverlaufenden Einzelelementen in Form von Röhrchen 3 mit geschlossenem Querschnitt oder von Profilen 4 mit offenem Querschnitt, die außen durch eine galvanoplastisch aufgetragene Schicht 5 miteinander verbunden sind. Zur Aufnahme extrem großer mechanischer Belastungen, wie sie bei Hochleistungsraketenbrennkammern auftreten, kann zusätzlich eine Armierung 6 z. B. aus Stahlband vorgesehen sein.

F i g. 2 zeigt ein ebenes Bauteil, bei dem die Röhrchen 3 mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt und beidseitig durch die galvanoplastisch aufgetragene Schicht 5 miteinander verbunden sind. In F i g. 3 ist ein gekrümmtes Bauteil ausschnittsweise dargestellt, das aus U-Profilen 4 besteht, deren profiloffene Seite nach außen zeigt. Dabei sind die U-Profile 4 sowie die dazwischenliegenden Spalte mit Füllmaterial 7 mit elektrisch leitender Oberfläche ausgefüllt, auf das eine Schicht 5 galvanoplastisch aufgetragen wird. Anschließend wird das Füllmaterial 7 ausgeschmolzen, um die Kanäle freizulegen. In den F i g. 4, 6 und 8 sind gekrümmte Bauteile dargestellt, die aus Röhrchen 3 mit rechteckigem, rundem oder elliptischem Querschnitt bestehen, wobei die Spalte und Kerben ebenfalls mit Füllmaterial 7 ausgefüllt sind, worauf das noch »rohe« Bauteil ein- oder beidseitig mit einer Schichte galvanoplastisch versehen wird.

Fig. 5 zeigt ebenfalls ein gekrümmtes Bauteil, bei dem die Profile aus flachen Streifen 8 bestehen, wobei in bereits geschilderter Weise verfahren wird. In F i g. 7 ist ein gekrümmtes Bauteil aus unsymmetrischen U-Profilen 4 dargestellt, die so genau gefertigt und zusammengefügt sind, daß sie geschlossene Kanäle bilden, so daß die Schichten 5 ohne Verwendung von Füllmaterial 7 galvanoplastisch aufgetragen werden können. Fig. 9 zeigt ein gekrümmtes Bauteil, aus I-Profilen 9 so zusammengesetzt, daß sie zwei Reihen offener Kanäle bilden, die zunächst mit Füllmaterial 7 ausgefüllt und dann galvanoplastisch mit Schichten 5 bedeckt werden, worauf das Füllmaterial? ausgeschmolzen und damit die Kanäle freigelegt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlte, aus Einzelelementen zusammengesetzte Bauteile, wie Raketenbrennkammern, Hitzeschilde oder Nasen, von Hochgeschwindigkeitsflugkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer »rohen« Wand zusammengesetzten Einzelelemente (3; 4; 8; 9) durch eine ein- oder beidseitig galvanoplastisch aufgetragene Schicht (5) mechanisch fest und druckdicht verbunden sind.

2. Flüssigkeitsgekühlte Bauteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelelemente in an sich bekannter Weise Röhrchen (3) mit rechteck-, trapez- oder kreisringsektor- oder kreisförmigem oder ovalem lichtem Querschnitt oder sonstige geschlossene Profile vorgesehen sind.

3. Verfahren zur Herstellung von flüssigkeitsgekühlten Bauteilen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Zusammensetzen der Einzelelemente zur »rohen« Wand dazwischen etwa verbleibenden Kerben und Fugen mit einem Füllmaterial (7) mit elektrisch leitender Oberfläche ausgefüllt und mehr oder weniger eingeebnet werden, worauf ein- oder beidseitig auf die von den Röhrchen (3) und dem Füllmaterial (7) gebildete »rohe« Wand die mechanisch feste und druckdichte Schicht (5) galvanoplastisch aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (7) einen

niederen Schmelzpunkt besitzt und nach dem galvanoplastischen Auftrag der mechanisch festen und druckdichten Schicht (5), wie an sich bekannt, ausgeschmolzen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei in an sich bekannter Weise aus U- oder I-Profilstreifen oder sonstigen offenen Profilen (4; 8; 9) bestehenden Einzelelementen dieselben unter Bildung offener Kanäle zusammengesetzt werden, die Kanäle dann mit ausschmelzbarem Füllmaterial (7) mit elektrisch leitender Oberfläche gefüllt werden, dann die Einzelelemente und die gefüllten Kanäle durch eine ein- oder beidseitig galvanoplastisch aufgetragene mechanisch feste und druckdichte Schicht (5) miteinander verbunden und abgedeckt werden und anschließend das Füllmaterial ausgeschmolzen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei aus gestanzten oder sonstwie hergestellten flachen, insbesondere metallischen Streifen (8), bestehenden Einzelelementen dieselben unter Bildung von zweiseitig offenen Kanälen zusammengesetzt werden, dann mit ausschmelzbarem Füllmaterial (7) mit elektrisch leitender Oberfläche gefüllt werden, dann die Einzelelemente durch beidseitig galvanoplastisch aufgetragene mechanisch feste und druckdichte Schichten (5) miteinander verbunden und abgedeckt werden und anschließend das Füllmaterial ausgeschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei aus U-förmigen oder sonstigen offenen Profilstreifen bestehenden Einzelelementen dieselben, mit ihrer profiloffenen Seite in Umfangsrichtung zeigend, zusammengesetzt werden, so daß sie, aneinandergereiht, geschlossene Kanäle bilden, dann die Einzelelemente durch eine ein- oder beidseitig galvanoplastisch aufgetragene mechanisch feste und druckdichte Schicht (5) miteinander verbunden und abgedeckt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 611581;

USA.-Patentschrift Nr. 3 190 070;

L. E. Bollinger, »Liquid Rockets and Propellants«, Bd. 2, Academic Press Verlag, New York/ London, 1960, S. 563.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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