DE19542234B4

DE19542234B4 - Duale, konzentrische Tellerventile, um das Verhältnis von zwei Fluidströmungen über einen Betriebsbereich einer Ventilöffnung im wesentlichen konstant zu halten

Info

Publication number: DE19542234B4
Application number: DE19542234A
Authority: DE
Inventors: Hans G. Toews
Original assignee: Moog Inc
Current assignee: Moog Inc
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: GB2296311A; DE19542234A1; GB9522187D0; GB2296311B; JP3172414B2; US5839272A; JPH08226550A

Abstract

Duales, konzentrisches Tellerventil mit:
einem Gehäuse (45) mit einer Innenbohrung (55) und einer Dichtoberfläche (56), die die Innenbohrung umgibt;
einem ersten Bauteil (46), das in der Innenbohrung (55) axial verschiebbar relativ zum Gehäuse (45) gelagert ist, wobei das erste Bauteil eine erste Dichtoberfläche (70) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie zu der Gehäusedichtoberfläche (56) hin und von dieser weg bewegbar ist, um einen ersten Ringspalt mit variabler Fläche (O₁) dazwischen zu definieren, wobei das erste Bauteil (46) eine konzentrische In nenbohrung (72) aufweist mit einer zweiten Dichtoberfläche (71), die die Innenbohrung umgibt;
einem zweiten Bauteil (48), das in der Innenbohrung (72) des ersten Bauteils zur koaxialen Bewegung relativ zu dieser Innenbohrung verschiebbar ist, wobei das zweite Bauteil eine Dichtoberfläche (83) aufweist, die zur Bewegung hin und weg von der zweiten Dichtoberfläche (71) des ersten Bauteils (46) angeordnet ist, um einen zweiten Ringspalt mit variabler Fläche (O₂) dazwischen...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein duales, konzentrisches Tellerventil zum Mischen einer Mehrzahl von Fluiden, das zur Verwendung als ein mit Flüssigkraftstoff betriebener Raketenantrieb- bzw. Raketenmotor-Injektor geeignet ist.
Es ist ausreichend bekannt, hypergolische Fluide in mit flüssigem Kraftstoff betriebenen Raketenmotoren zu verwenden. Diese Fluide, ein Treibmittel und ein Oxidans, werden unter Kontakt miteinander gezündet. Demzufolge ist kein Erfordernis für einen Mechanismus oder eine Vorrichtung vorhanden, die Mischung zu zünden. Ebenfalls ist es erwünscht, ein optimales Verhältnis von Treibmittel zu Oxidans unter verschiedenen Graden einer Ventilöffnung beizubehalten. Allerdings ist ein solches Mischen von zwei hypergolischen Fluiden nur ein erläuterndes Beispiel möglicher Situationen, in denen es erwünscht ist, kontrollierbar zwei Fluide zu mischen.

Zum Beispiel ist es in dem Patent US 2,063,396 erwünscht, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Gasbrenner aufrechtzuhalten. In dem Patent US 2,643,916 ist es erwünscht, ein erwünschtes Kraftstoff-Luft-Gemisch zwischen einem flüssigen Kraftstoff (d.h. Öl) und Luft aufrechtzuhalten.

Wie in dem Patent US 2,643,916 dargestellt ist, ist es auch bekannt, konzentrische Tellerventile vorzusehen, die betriebsmäßig derart angeordnet und konfiguriert sind, dass zwei Fluide nach außen von den jeweiligen Öffnungen in sich schneidenden, ringförmigen Sprühnebeln oder Strömungen abgegeben werden. Siehe hierzu auch Patente US 2,730,433 , US 3,074,231 und US 3,897,008 . Jedes dieser Patente offenbart eine Anordnung, die duale, konzentrische Tellerventile besitzt.

Diese Vorrichtungen besitzen typischerweise einen ringförmigen, bewegbaren Teller, der durch eine hydraulische oder elektromechanische Servobetätigungseinrichtung betätigt wird, und dieser besitzt kegelstumpfförmige Dichtoberflächen, die dazu geeignet sind, gleichzeitig in innere und äußere kegelstumpfförmige Sitze einzugreifen, um die Strömungen der zwei zugeführten Fluide durch Öffnungen zu steuern bzw. zu kontrollieren, die zwischen den Telleroberflächen und deren damit zusammenwirkenden, jeweiligen Sitzen gebildet sind. Wenn der Teller von diesen Sitzen weg bewegt wird, öffnen sich die jeweiligen Öffnungen und Kraftstoff und Oxidans wird in die Raketenverbrennungskammer in konischen Schichten bzw. Lagen hineingesprüht, die sich schneiden, um ein Mischen und Verbrennen zu optimieren. In der einfachsten Form, wo sich der Teller axial bewegt und die Sitzwinkel gleich sind, wird die Strömung von Kraftstoff und Oxidans ungefähr gleich sein und die Vorrichtung wird im Wesentlichen ein Verhältnis von Kraftstoff zu Oxidans von 1 : 1 über den Tellerarbeitsverschiebungsbereich (d.h. der Injektordrosselbereich) beibehalten. Das Verhältnis Kraftstoff zu Oxidans kann selektiv geändert werden, indem die Tellersitzwinkel ungleich gemacht werden, da die Injektoröffnung eine Funktion der axialen Tellerverschiebung des Abhebens und des Sinus des Sitzwinkels ist. Allerdings sind praktische Grenzen in Bezug auf das Verhältnis vorhanden, das durch Variieren dieses Design- bzw. Aufbauparameters erreicht werden kann.

US 3,623,319 zeigt eine steuerbare Antriebseinheit mit einem Hauptverteiler als Gehäuse mit einer Öffnung oder einem Raum und schräg zulaufenden Seiten am Ende beispielsweise eines Durchgangs. Der Raum ist an einem Ende durch eine Federaufnahmekammer geschlossen. Innerhalb des Raums ist ein Kernbauteil zur axialen Bewegung relativ zum Raum gelagert. Weiterhin ist das Kernbauteil von einer Ringdüse umgeben, wobei ein erster Treibstoff durch eine Öffnung und durch eine Ringkammer um die ringförmige Düse und ein zweiter Treibstoff von einer Kammer durch einen Durchgangskanal und durch eine Nut einem bewegbaren Ventilbauteil zugeführt werden. Es sind unterschiedliche Betätigungseinrichtungen zur Steuerung der Öffnungsflächen von Öffnungen zur Zufuhr der unterschiedlichen Treibstoffe gezeigt.

DE 30 28 824 C2 offenbart ein Steuerventil zur Zufuhr von hypergolen Treibstoffen mit einem Einspritzkörper und Steuernuten, die zwischen einem Steuerkolben und einem Ventilschieber gebildet sind. Weiterhin sind Steuerringe vorgesehen, die die Zufuhr von Oxidans und Treibstoff steuern.

DE 694 02 902 T offenbart ein Treibstoff-Einspritzungssystem, bei dem Treibstoff Kammern durch Leitungen zugeführt wird. Wenn die Kammern gefüllt sind, bleiben die Ein spritzkanäle geschlossen. Anschließend wird ein Kolben in einer Kammer zurückgezogen und zusammen mit dem Kolben ein ringförmiger Verschluss. Dann kann Treibstoff in die Verbrennungskammer durch Kanäle eingespritzt werden, welche Kanäle Verbrennungskammer und entsprechende Kammer verbinden.

Jüngere Fortschritte beim Aufbau einer Verbrennungskammer mit dem Ziel, die gesamte Raketenmotorlänge zu verkürzen, haben erfordert, dass sich der durchschnittliche Winkel der sich schneidenden Injektionskegel von der Motorachse nach außen öffnet, statt parallel zur Achse zu verlaufen wie in früheren Aufbauten. Demzufolge ist es nicht durchführbar, einen herkömmlichen, doppelflächigen, axial beweglichen Teller in Verbindung mit zwei fixierten, konzentrischen, kegelstumpfförmigen Sitzen zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unabhängig vom Einspritzwinkel ein konstantes Flächenverhältnis im gesamten Betriebsbereich des Tellerventils aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen dualen, konzentrischen Tellerventils;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Randbereichs des Ausführungsbeispiels nach 1 mit Verbrennungskammer;
3 einen Schnitt durch einen Kragen bzw. Manschette als Teil aus 1;
4 einen Schnitt durch eine Betätigungseinrichtung als Teil aus 1;
5 einen Schnitt durch eine Unterlegscheibe als Teil aus 1;
6 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil als Teil aus 1;
7 einen Schnitt durch ein erstes Bauteil nach 1;
8 einen Schnitt durch ein zweites Bauteil nach 1;
9 einen Schnitt durch ein zusammengesetztes Gehäuse nach 1;
10 einen Schnitt durch einen Injektor nach US 3,074,231 ;
11A eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Injektors nach 10, und
11B eine Darstellung entsprechend zu 11A bei unsymmetrischem Tellerventil.
Die Ausdrücke, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung verwendet werden, „horizontal", „vertikal", „links", „rechts", „nach oben" und „nach unten" ebenso wie die adjetivischen und adverbalen Ableitungen davon (z. B. „horizontal", „nach rechts", „nach links" usw.) beziehen sich einfach auf die Orientierung der dargestellten Struktur, und zwar so, dass die bestimmte Zeichnungsfigur zu dem Leser hin weist. Ohne dass es in anderer Form angegeben ist, beziehen sich die Ausdrücke „nach innen" und „nach außen" auf die Orientierung einer Oberfläche relativ zu deren Längsachse oder Rotationsachse, wie dies geeignet ist.
Wie nun die Figuren zeigen, und insbesondere die 1-9, schafft die vorliegende Erfindung ganz allgemein ein verbessertes, duales, konzentrisches Tellerventil. Allerdings scheint es, bevor mit der Besprechung des verbesserten Ventils fortgefahren wird, dienlich, zuerst die Struktur und die Betriebsweise eines dualen, konzentrischen Tellerventil-Injektors bzw. einer-Einspritzeinrichtung nach dem Stand der Technik zu betrachten.
In den 10, 11A und 11B ist eine duale, konzentrische Tellerventil-Anordnung nach dem Stand der Technik allgemein mit 20 bezeichnet. Diese Art einer Vorrichtung ist vollständiger in dem US-Patent Nr. 3,074,231 dargestellt und beschrieben. Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist auch als Ringstrom-Injektor bzw. Einspritzeinrichtung mit variablem Flächenbereich bekannt. In jedem Fall besitzt die Vorrichtung 20 nach dem Stand der Technik ein horizontal langgestrecktes Gehäuse, das allgemein mit 21 bezeichnet ist, und besitzt einen ringförmigen Teller, der allgemein mit 22 bezeichnet ist, der für eine axiale Bewegung entlang der horizontalen Achse x-x zu einem Paar kegelstumpfförmiger Sitze 23, 24 (11A) hin und davon weg befestigt ist, die an dem Gehäuse vorgesehen sind, um die Strömungen der zwei Fluide durch die erste und die zweite ringförmige Öffnung 25, 26 mit variablen Flächenbereichen jeweils zu steuern.
Wie am Besten in 10 dargestellt ist, umfasst das zusammengebaute Gehäuse einen äußeren Teil 28 und einen inneren Teil 29, die durch ein ringförmiges Kopplungsteil 30 miteinander verbunden sind. Ein Oxidator bzw. ein Oxidans wird von einer geeigneten Quelle 31 durch einen Kanal 32 zu einer ringförmigen Kammer innerhalb der toroidalen Umhüllung 33 geliefert. Ein Oxidans innerhalb dieser Kammer wird über radiale Durchgänge 34 zu einer ringförmigen Kammer 35 geführt, die zwischen dem Gehäuse und dem Teller 22 gebildet ist. Die Kammer 35 steht kontinuierlich mit der ersten Öffnung 25 in Verbindung.
Kraftstoff wird von einer geeigneten Quelle 36 über ein divergierendes Anschlussstück 38 zu dem Inneren eines Sacklochs 39, das sich nach rechts und axial in den inneren Teil 29 des Gehäuses von seiner linken Endfläche aus erstreckt, geliefert. Die Öffnung 39 steht über eine Vielzahl von Öffnungen, wobei verschiedene mit 40 bezeichnet sind, innerhalb einer ringförmigen Kammer 41 in Verbindung, die zwischen dem inneren Teil des Gehäuses und dem Teller definiert ist. Die Kammer 41 steht kontinuierlich mit der zweiten Öffnung 26 mit variablem Flächenbereich in Verbindung. Demzufolge wird unter Druck gesetztes Oxidans kontinuierlich zu einer ringförmigen Kammer 35 zugeführt und ist so angeordnet, dass es über die erste Öffnung 25 in der Form eines nach innen und nach rechts gerichteten, kegelstumpfförmigen Sprühnebels abgegeben wird. Unter Druck gesetzter Kraftstoff wird kontinuierlich zu der ringförmigen Kammer 41 geliefert und ist so geführt, dass er über die zweite Öffnung 26 in Form eines nach außen und nach rechts gerichteten, kegelstumpfförmigen Sprühnebels abgegeben wird. Diese beiden abgegebenen Sprühnebel werden aufeinander gerichtet, um sich zu kreuzen bzw. zu schneiden und um zu bewirken, dass sich der abgegebene Kraftstoff und das Oxidans in einer Brennkammer mischen. Wenn der Kraftstoff und das Oxidans in ihrer Art hypergolisch sind, werden sie bei Berührung miteinander zünden und die Verbrennungsprodukte werden einen Schub erzeugen. Der Teller 22 ist so angeordnet, dass er relativ zu dem Gehäuse mittels einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 37 bewegbar ist.
11A zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Tellerkopfs und der zwei Sitze und zeigt, dass die Betriebsweise der Vorrichtung nach dem Stand der Technik von der Geometrie der zwei ringförmigen Telleroberflächen relativ zu den zwei ringförmigen Sitzen abhängig ist. In dieser Form ist das Tellerelement dazu geeignet, entlang einer Bewegungslinie y-y parallel zu der Tellerachse x-x bewegt zu werden. Das Ventilelement besitzt eine nach rechts und nach außen weisende kegelstumpfförmige Oberfläche 42, die so angeordnet ist, um zu der äußeren Gehäuseteiloberfläche 23 hin zu weisen, und sie besitzt eine nach rechts und nach innen weisende kegelstumpfförmige Oberfläche 43, die so angeordnet ist, dass sie zu der inneren Gehäuseteiloberfläche 24 hin weist. Wie in 11 dargestellt ist, sind die Oberflächen 42 und 43 einzeln unter einem Winkel Θ von etwa 30° zu der Linie der Tellerbewegung y-y geneigt. Weiterhin sind die sich gegenüberliegenden Dichtoberflächen 23, 24 unter gleichen Winkeln in Bezug auf die Achse y-y angeordnet. Demzufolge verringert sich, wenn sich der Teller 22 nach rechts relativ zu dem Gehäuse bewegt, sowohl die erste als auch die zweite Öffnung proportional in dem Flächenbereich. Im Gegensatz dazu vergrößern sich, wenn das Tellerteil nach links relativ zu dem Gehäuse bewegt wird, die Flächenbereich der ersten und der zweiten Öffnung proportional. Da der Durchmesser der Dichtoberflächen immer gleich ist, sind die zwei Dosieröffnungsflächen, O₁ und O₂, im Wesentlichen gleich. Demzufolge werden, wenn der Kraftstoff und das Oxidans gleich unter Druck gesetzt werden, die Strömungen durch die erste und die zweite Öffnung in einem Verhältnis von 1 : 1 vorliegen.
Um ein solches Ventil so aufzubauen, dass es ein unterschiedliches Verhältnis von Kraftstoff zu Oxidans besitzt, würde es notwendig sein, die jeweiligen Winkel Θ₁ und Θ₂ der Oberflächen 42, 23 und 43, 24 jeweils zu variieren, wie dies in 11B dargestellt ist. In dieser alternativen Anordnung sind dieselben Bezugszeichen wiederum dazu verwendet worden, entsprechende Teile und Oberflächen anzuzeigen. Der hervorspringende Unterschied ist derjenige, dass, wogegen die Tellerkopfoberflächen symmetrisch um eine Tellerbewegungslinie y-y (d.h. Θ₁ = Θ₂ = 30°) in 11A waren, diese Oberflächen nicht symmetrisch um eine Bewegungslinie y-y in 11B sind. In 11B beträgt der Winkel Θ₁ ungefähr 43° und der Winkel Θ₂ ungefähr 30°. Demzufolge werden, da die Oberflächen 43, 24 und 42, 23 jeweils dichtend ineinander in einem Flächenkontakt beim Ventilschließen sein müssen, wenn sich der Teller von dem Gehäuse entlang der Bewegungslinie y-y um einen Abstand Δy weg bewegt, die Öffnung Θ₁ und 0₂ im Verhältnis zu dem Sinus der Winkel Θ₁, und Θ₂ jeweils sein. Oder, O1 = Δy sin Θ1 O2 = Δy sin Θ2 O1/O2 = sin Θ1/sin Θ2
Demzufolge werden dann in 11B, falls sich der Teller entlang der Bewegungslinie y-y bewegt, wenn die Winkel Θ₁, Θ₂ ungleich sind, die Öffnungsflächenbereiche O₁, O₂ proportional variieren, allerdings nicht gleichmäßig, falls sich der Teller relativ zu dem Gehäuse bewegt. Andererseits werden, falls die Winkel Θ₁, Θ₂ gleich sind, dann die Öffnungsflächenbereiche gleichmäßig pro Verschiebungseinheit des Tellerteils entlang der Linie y-y variieren. Allerdings sind praktische Grenzen in dem Verhältnis vorhanden, die durch selektives Variieren der Winkel Θ₁, Θ₂ bewerkstelligt werden müssen.
Wie nun die 1 zeigt, ist das verbesserte, duale, konzentrische Tellerventil, von dem die derzeit bevorzugte Form allgemein mit 44 bezeichnet ist, so dargestellt, dass es im Wesentlichen ein zusammengebautes Gehäuse 45, ein erstes Bauteil 46, das verschiebbar zum Gehäuse gelagert ist, ein zweites Bauteil 48, das verschiebbar zum ersten Bauteil gelagert ist und eine Betätigungseinrichtung 49 umfasst.
Wie am Besten in 9 zu sehen ist, ist das Gehäuse 45 eine vertikal langgestreckte, speziell konfigurierte Anordnung aus vielen Teilen. Das Gehäuse besitzt ein oberes Teil 50 und ein unteres Teil 51, um eine Separation der inneren Kraftstoff- und Oxidans-Durchgänge 53 und 54 jeweils zu ermöglichen. Die wesentlichen Merkmale der Gehäuseanordnung sind die Innenbohrung 55, die das erste verschiebbare Bauteil 46 führt, und der untere, nach innen und nach unten weisende, kegelstumpfförmige äußere, konische Tellersitz als Gehäusedichtoberfläche 56.
Zwei diametral gegenüberliegende Anschlussstücke sind so angeordnet, um die zwei zugeführten Fluide zu verschiedenen Durchgangswegen zu liefern, die sich in das Gehäuse erstrecken. Das linke Anschlussstück, das allgemein mit 58 bezeichnet ist, besitzt allgemein die Form eines Rohrs oder eines Kanals, der dichtend mit dem Gehäuseteil verbunden ist. Ähnlich ist auch das rechte Anschlussstück, das allgemein mit 59 bezeichnet ist, in der Art eines Rohrs oder Kanals vorhanden, der dichtend mit dem Gehäuse verbunden ist. Das linke Anschlussstück ist dazu geeignet, Kraftstoff von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) zu dem Gehäusedurchgangsweg 53 zu liefern, der sich nach unten erstreckt und sich in eine ringförmige Kammer 60 öffnet. Umgekehrt ist das rechte Anschlussstück dazu geeignet, Oxidans von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) über die Hauptbohrung des Gehäuses zu einer ringförmigen Kammer 61 zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil zuzuführen.
Wie nun die 1 zeigt, ist ein Kragen bzw. eine Manschette, die allgemein mit 62 bezeichnet ist, auf dem oberen Teil des Gehäuses mittels eines Schraubgewindes 63 befestigt, um die Betätigungseinrichtung 49 in einem betriebsmäßigen Eingriff dazu zu halten. Wie am Besten in 3 dargestellt ist, umfasst der Kragen 62 eine nach unten weisende, ringförmige, horizontale Schulter 64, die geeignet von der unteren Endfläche 65 beabstandet ist, die sich auf eine nach oben weisende, ringförmige, horizontale Schulter 66 auf dem oberen Gehäuse aufsetzt, um so einen drehmäßigen Freiraum auf den ringförmigen, horizontalen oberen und unteren Lageroberflächen 68, 69 (4) der Betätigungseinrichtung 49 zu schaffen.
Wie am besten in 7 dargestellt ist, ist das erste Bauteil 46 ein hohles Rohr, das mit einer ersten nach außen und nach oben weisenden, kegelstumpfförmigen Dichtoberfläche 70, einer zweiten nach unten und nach innen weisenden kegelstumpfförmigen Dichtoberfläche 71 und einer Innenbohrung 72 ausgestattet ist. Eine Vielzahl von ringförmigen Nuten erstreckt sich radial in das erste Bauteil an verschiedenen axial beabstandeten Stellen entlang dessen äußerer Oberfläche, um eine Vielzahl von gleitenden O-Ringdichtungen 73, 74 und 75 jeweils aufzunehmen und zu lagern. Die Innenbohrung umfasst eine vertikale Anti-Drehkeilnut 76 und einen diametral gegenüberliegenden, vertikal langgestreckten Strömungsdurchgang 78. Die äußere, zylindrische Oberfläche umfasst auch einen Keilnutschlitz 79, der durch einen Anti-Drehstift 80 (1) eingegriffen wird, der sich in das obere Gehäuse einschraubt.
Wie am Besten in 8 zu sehen ist, ist das zweite Bauteil 48 ein umgekehrt pilzförmiges Teil, das einen oberen Schaftabschnitt 81 und einen unteren Kopfabschnitt 82 besitzt. Der untere Kopfabschnitt ist mit einer nach oben und nach außen weisenden kegelstumpfförmigen Dichtoberfläche 83 versehen. Der Schaft umfasst einen Stift bzw. Keil 84, der dazu geeignet ist, dass er in der Keilnut 76 in dem ersten Bauteil 46 aufgenommen wird, um eine relative Drehung dazwischen zu verhindern. Das obere Ende des Schafts 114 ist außen verschraubt, wie mit 85 angegeben ist, und zwar für eine Befestigung an dem Antriebsteil 86.
Wie nun die 4 zeigt, ist dort die Betätigungseinrichtung 49 so dargestellt, dass sie ein rohrförmiges Teil ist, das ein inneres und ein äußeres Gewinde besitzt, um jeweils den inneren und den äußeren Teller zu betätigen, und besitzt axial weisende Lagerschulterflächen 68 und 69. Ein Lagerring 88 ist betriebsmäßig zwischen der Betätigungseinrichtungsoberfläche 69 und der oberen Gehäuseendfläche 89 in Eingriff gebracht, um die Reibungswirkung der Telleröffnungskräfte zu reduzieren.
Wie nun die 1 zeigt, ist das Antriebsteil 86 betriebsmäßig so angeordnet, um innerhalb des oberen Gehäuses zu gleiten, und dient dazu, die Betätigungseinrichtung 49 mit dem inneren Tellerschaft 81 zu koppeln. Eine ringförmige Nut erstreckt sich in das Teil 86 von seiner äußeren, zylindrischen Oberfläche 90 aus, um einen O-Ring 91 aufzunehmen und zu halten, durch den die Verbindung zwischen der Oberfläche 90 und der inneren Oberfläche 92 des ersten Teils gedichtet werden kann.
Die verschiedenen Teile und Komponenten, die im Detail in den 3-9 dargestellt sind, werden so zusammengebaut, wie dies in 1 dargestellt ist. Ein Motor, der mit 93 bezeichnet ist, ist betriebsmäßig mit der Betätigungseinrichtung 49 gekoppelt und ist so angeordnet, dass diese selektiv in die geeignete, winkelmäßige Richtung relativ zu dem stationären Gehäuse 45 gedreht wird. Es sollte angemerkt werden, dass die Betätigungsvorrichtung ein äußeres Schraubgewinde 94 als zweite Schraubgewindeverbindung und ein inneres Schraubgewinde 95 als erste Schraubgewindeverbindung mit unterschiedlichen Ganghöhen besitzt, wobei die Ganghöhe des inneren Schraubgewindes größer als die Ganghöhe des äußeren Schraubgewindes ist. Demzufolge wird, wenn die Betätigungseinrichtung relativ zu dem Gehäuse gedreht wird, das erste Bauteil 46 dazu gebracht, sich relativ zum Gehäuse um einen ersten Verschiebungsfaktor bzw. eine – stärke zu bewegen. Da die Gewindesteigung des inneren Schraubgewindes 94 größer als diejenige des äußeren Schraubgewindes 95 ist, wird dieselbe gemeinsame Drehung der Betätigungseinrichtung 49 bewirken, dass sich das zweite Bauteil axial unter einer größeren Verschiebungsstärke bewegt als das erste Bauteil. Demzufolge kann durch selektives Zuordnen der Schraubgewinde auf der Betätigungseinrichtung der axiale Faktor des ersten und des zweiten Teils pro Dreheinheit der Betätigungseinrichtung in einem erwünschten Verhältnis eingerichtet werden.
Wenn die Vorrichtung so zusammengebaut wird, wie dies in 1 dargestellt ist, wird ein erster Ringspalt zwischen der Gehäusedichtoberfläche 56 und der ersten Dichtoberfläche 70 gebildet und ein zweiter Ringspalt wird zwischen der zweiten Dichtoberfläche 71 und der Dichtoberfläche 83 gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform sind diese jeweils einander zugewandten und einen Ringspalt definierenden Oberflächen so angeordnet, dass sie simultan aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können. Eine Beilagscheibe (nicht dargestellt) kann zwischen einer Schulter auf dem inneren Tellerschaft 81 und dem Antriebsteil 86 so vorgesehen werden, dass dann, wenn das äußere Gewinde der Betätigungseinrichtung den äußeren Teller mit der Gehäusedichtoberfläche 56 in Kontakt bringt, der innere Teller gleichzeitig dazu gebracht wird, die zweite Dichtoberfläche 71 zu berühren.
Durch eine geeignete Auswahl der relativen Steigung des inneren und des äußeren Gewindes der Betätigungseinrichtung in Kombination mit der Auswahl des inneren und des äußeren Tellersitzwinkels ist es möglich, den erwünschten Fluidstrahlwinkel und das erwünschte Kraftstoff-Oxidans-Verhältnis über einen weiten Bereich einzurichten. Beispielsweise wird, wenn der innere Tellersitz unter 90° zu der Tellerbewegungsachse verläuft und der äußere Tellersitz unter 30° verläuft, die effektive Öffnungs-Öffnungsrate (proportional zu der senkrechten Separation zwischen dem Teller und dem Sitz) für den inneren Teller zweimal so groß wie für den äußeren Teller sein. Allerdings ist die innere Tellerverschiebung parallel zu der Betätigungsachse relativ zu ihrem Sitz die Differenz zwischen der tatsächlichen inneren Tellerverschiebung und der äußeren Tellerverschiebung. Demzufolge ist es, um ein Öffnungsflächenbereichsverhältnis O₁ zu O₂ von einszueins zu bilden, notwendig, den inneren Teller um das 1,5-fache der Verschiebung des äußeren Tellers zu verschieben.
2 stellt den unteren Randendbereich der verbesserten Vorrichtung dar, wie sie in einem Raktenantrieb angeordnet wird, der allgemein mit 99 bezeichnet ist. Hierbei werden sich die abgegebenen Sprühnebel aus Kraftstoff und Oxidans so mischen, dass eine nach außen gerichtete, ringförmige Abgabe gebildet wird, wie dies durch die Pfeile 100 angegeben ist. Die Verbrennungsprodukte führen dann durch den verengten Durchlassbereich 101 und einen geformten Düsenauslass 102 hindurch, um einen Schub in Bezug auf das Fahrzeug zu bilden, auf dem der Motor bzw. der Antrieb befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel muss das Gehäuse nicht notwendigerweise in der Art und Weise, wie dies dargestellt ist, gebildet sein. Das Gehäuse kann aus einem einzelnen Stück oder aus vielen Stücken, die darauffolgend zusammengebaut werden, gebildet sein. Ähnlich kann die Form und die Konfiguration des ersten und des zweiten Bauteils einfach geändert oder variiert werden. Die Betätigungseinrichtung wird mittels unterschiedlicher Schraubgewinde in einfacher Weise gebildet. Allerdings können in anderen Anordnungen die differentiellen bzw. unterschiedlichen Betätigungseinrichtungen durch andere Strukturen und Mechanismen gebildet werden, wie beispielsweise Hebel oder Nocken. Wie zuvor angegeben ist, müssen die verschiedenen Dichtoberflächen, die die Wände der Ringspalte festlegen, nicht notwendigerweise ineinander in einem Flächenkontakt eingreifen, wenn die Ringspalte geschlossen werden. Ein lini enförmiger Kontakt kann in anderen Fällen ausreichend sein. Während die bevorzugte Ausführungsform in Verbindung mit einem Injektor zum Bilden hypergolischer Fluide eines Raktenantriebs bzw. -motors dargestellt und beschrieben worden ist, sollte leicht ersichtlich werden, dass der verbesserte Injektor auch ebenso gut in Verbindung mit anderen Fluiden verwendet werden kann.

Claims

Duales, konzentrisches Tellerventil mit: einem Gehäuse (45) mit einer Innenbohrung (55) und einer Dichtoberfläche (56), die die Innenbohrung umgibt; einem ersten Bauteil (46), das in der Innenbohrung (55) axial verschiebbar relativ zum Gehäuse (45) gelagert ist, wobei das erste Bauteil eine erste Dichtoberfläche (70) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie zu der Gehäusedichtoberfläche (56) hin und von dieser weg bewegbar ist, um einen ersten Ringspalt mit variabler Fläche (O₁) dazwischen zu definieren, wobei das erste Bauteil (46) eine konzentrische In nenbohrung (72) aufweist mit einer zweiten Dichtoberfläche (71), die die Innenbohrung umgibt; einem zweiten Bauteil (48), das in der Innenbohrung (72) des ersten Bauteils zur koaxialen Bewegung relativ zu dieser Innenbohrung verschiebbar ist, wobei das zweite Bauteil eine Dichtoberfläche (83) aufweist, die zur Bewegung hin und weg von der zweiten Dichtoberfläche (71) des ersten Bauteils (46) angeordnet ist, um einen zweiten Ringspalt mit variabler Fläche (O₂) dazwischen zu bestimmen; einer Betätigungseinrichtung mit einem Motor (93), einer ersten Schraubgewindeverbindung (95), die dem ersten Bauteil (46) zugeordnet und betriebsmäßig so angeordnet ist, dass das erste Bauteil (46) relativ zum Gehäuse (45) in Reaktion auf eine Tätigkeit des Motors axial verschiebbar ist, und einer zweiten Schraubgewindeverbindung (94), die dem zweiten Bauteil (48) zugeordnet und betriebsmäßig so angeordnet ist, dass gleichzeitig das zweite Bauteil (48) relativ zum ersten Bauteil (46) in Reaktion des Motors axial verschiebbar ist, wobei die Gewindesteigung jeder Schraubgewindeverbindung (94, 95) so ausgewählt ist, dass das Verhältnis der Öffnungsflächen (O₁, O₂) von erstem und zweitem Ringspalt im Wesentlichen konstant innerhalb eines Betriebsbereichs des Tellerventils ist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung zur Einschränkung einer Drehbewegung des ersten Bauteils (46) relativ zum Gehäuse (45) aufweist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung zur Beschränkung der Drehbewegung des zweiten Bauteils (48) relativ zum ersten Bauteil (46) aufweist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtoberfläche (70) zum selektiven Eingreifen in die Gehäusedichtoberfläche (56) zum Schließen des ersten Ringspalts ausgebildet ist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtoberfläche (83) des zweiten Bauteils (48) zum selektiven Eingreifen in die zweite Dichtoberfläche (71) des ersten Bauteils (46) zum Schließen des zweiten Ringspalts ausgebildet ist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtoberfläche (83) des zweiten Bauteils (48) zum selektiven Eingreifen in die zweite Dichtoberfläche (71) des ersten Bauteils (46) zum Schließen des zweiten Ringspalts gleichzeitig zum Schließen des ersten Ringspalts ausgebildet ist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigung des zweiten Schraubgewindes (94) größer als die Gewindesteigung des ersten Schraubgewindes (95) ist.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerventil weiterhin eine Einrichtung zur Zuführung eines unter Druck stehenden ersten Fluids zum ersten Ringspalt und eine Einrichtung zur Zufuhr eines unter Druck stehenden zweiten Fluids zum zweiten Ringspalt aufweist, wobei die Flächen (O₁, O₂) zum Mischen der durch sie abgegebenen Fluide betriebsmäßig angeordnet sind.
Duales, konzentrisches Tellerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid ein Kraftstoff und das zweite Fluid ein Oxidans ist.