DE2015024B2

DE2015024B2 - Verfahren zur herstellung von regenerativ gekuehlten brenn kammern und oder schubduesen

Info

Publication number: DE2015024B2
Application number: DE19702015024
Authority: DE
Inventors: Karl Knauer Kuno Dipl Ing 8000 München Butter
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm GmbH, 8000 München
Priority date: 1970-03-28
Filing date: 1970-03-28
Publication date: 1971-10-14
Also published as: US3835644A; FR2083964A5; US3738916A; DE2015024A1; GB1343064A

Description

1 . 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- grenzungswände der Kühlkanäle aus der Lage eleklung von in Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle triseh nichtleitenden Füllmaterials bei jedem herzuaufweisenden Brennkammern und/oder Schubdüsen stellenden Schubdüsenexemplar erneut vorzunehmen, von Flüssigkeitsraketen auf galvanoplastischem Wege was aus den bereits erwähnten Gründen in hohen Ferunter Zuhilfenahme eines wiederverwendbaren, ge- 5 tigungskosten seinen Niederschlag findet,
gebenenfalls geteilten, Galvanisierkerns mit einer der Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfah-

Innenkontur der herzustellenden Brennkammern ren von regenerativ gekühlten Flüssigkeitsraketen und/oder Schubdüsen entsprechenden Außenkontur, (USA.-Patentschrift 3 208 132) wird zunächst eine welcher nach Fertigstellung einer Brennkammer und/ in Urnfangsrichtung glatte Brennkammer- und Schuboder Schubdüse aus dieser entfernt wird. io düsenaußenwand angefertigt. Im Anschluß daran

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs ge- wird diese Außenwand zu einer solchen mit über nannten Gattung wird auf einen wiederverwendbaren, den Umfang gleichmäßig verteilten, längsverlaufenquergeteilten Galvanisierkern mit glatter äußerer den Ausbuchtungen verformt. Letztgenannte Verfor-Oberfläche, dessen Außenkontur der Innenkontur mung geschieht unter Druckanwendung in einer Maeiner herzustellenden, regenerativ gekühlten Schub- 15 trize, in deren Oberfläche Negativformen der vordüse entspricht, zunächst eine erste glatte Galvanik- erwähnten Ausbuchtungen eingearbeitet sind. Nach schicht aufgetragen. Auf diese die Schubdüseninnen- erfolgter Verformung verbleibt die Außenwand vorwand darstellende Galvanikschicht wird anschließend erst in der Matrize. In ihre Ausbuchtungen werden eine Lage aus ausschmelzbarem, elektrisch jedoch ausschmelzbare Formstäbe eingelegt, die im Quernichtleitendem Füllmaterial aufgebracht. 20 schnitt so bemessen sind, daß sie über die Wandstege

Aus der vorerwähnten Lage elektrisch nichtleiten- zwischen den Ausbuchtungen hinausreichen. In den Füllmaterials werden sodann in Kernlängsrich- einem weiteren Fertigungsschritt wird sodann eine in tung verlaufende Ausnehmungen für die seitlichen die Matrize eingelegte, in Umfangsrichtung glatte Begrenzungswände der herzustellenden Kühlkanäle Brennkammer- und Schubdüseninnenwand von ihrer herausgearbeitet. Da derartige Kühlkanäle aus geome- 25 Innenseite her einem solchen Druck ausgesetzt, daß irischen und kühltechnischen Gründen über die ge- sie an den Wandstegen der Außenwand und den darsamte Kanallänge oder mindestens einem großen Teil über hinausreichenden Teilen der Formstäbe zur Anderseiben veränderliche Strömungsquerschnitte auf- lage kommt. Auf diese Weise entstehen in der Brennweisen müssen, sind für die Anfertigung dieser Aus- kammer- und Schubdüseninnenwand über den Umnehmungen bekanntlich in der Anschaffung teuere 30 fang gleichmäßig verteilte, längsverlaufende Einbuch-Werkzeugmaschinen und ein großer Zeitaufwand er- tungen zwischen den an den Wandstegen der Außenforderlich. ' wand anliegenden Wandstegen. Diese Einbuchtungen

Im Anschluß an diesen komplizierten Verfahrens- bilden zusammen mit den Ausbuchtungen der Außenschritt werden die seitlichen Begrenzungswände der wand jeweils Kanäle für die Kühlflüssigkeit. Vor dem Kühlkanäle durch Ausfüllen der dafür vorgesehenen 35" Ausschmelzen der Formstäbe aus den Kühlkanälen Ausnehmungen auf galvanoplastischem Wege herge- wird die Brennkammer- und Schubdüsenaußenwand stellt. Danach werden die radial außenliegenden mit der Brennkammer- und Schubdüseninnenwand Oberflächen des zwischen den seitlichen Begren- im Bereich der Wandstege durch Schweißen oder Lözungswänden noch vorhandenen, elektrisch nichtlei- ten verbunden.

tenden Füllmaterials jeweils mit einem Überzug aus 40 Obwohl beim letztgenannten Herstellungsverfahren elektrisch leitendem Material überzogen. Diese Über- die Negativformen der die radial außenliegenden züge¹ erleiden bei der dem galvanoplastischenAuf tragen Kühlkanalhälften bildenden Außenwandausbuchtunder Schubdüsenaußenwand vorangehenden, mecha- gen Bestandteile der wiederverwendbaren Matrize nischen oder chemischen Aktivierung der radial sind und demzufolge bei Serienherstellung eine außenliegenden Stegflächen der seitlichen Begren- 45 wiederholte Anfertigung dieser Negativformen entzungswände vielfach starke Beschädigungen. Die FoI- fällt, ist der fertigungstechnische Aufwand wesentlich gen sind schadhafte oder schwache Stellen in der höher als beim erstgenannten Herstellungsverfahren Schubdüsenaußenwand. anmeldungsgemäßer Gattung. Zurückzuführen ist

Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß die galva- dieser Sachverhalt vor allem darauf, daß
noplastische Schubdüsenaußenwand in Umfangsrich- 50 a) sowohl die Herstellung der ausgebuchteten tung stark voneinander abweichende Wanddicken auf- Brennkammer- und Schubdüsenaußenwand als

weist und deshalb in jedem Fall umfangreicher span- auch die Herstellung der eingebuchteten Brennabhebender Nachbearbeitung bedarf. Zurückzuführen kammer- und Schubdüseninnenwand zwei Ferti-

sind die in Umfangsrichtung stark voneinander ab- gungsschritte erfordert, nämlich die Anfertigung

weichenden Wanddicken der Schubdüsenaußenwand 55 einer glatten Rohwand und die bereits beschrieauf die oft erheblichen Unterschiede in der elektri- bene Druckumformung derselben,

sehen Leitfähigkeit der metallischen seitlichen Be- .= b) für die Herstellung der Einbuchtungen in der grenzungswände der Kühlkanäle einerseits und des Innenwand für jedes Brennkammer- und Schubfür die Überzüge zwischen den seitlichen Begren- düsenexemplar neue Formstäbe veränderlichen

zungswänden geeigneten, elektrisch leitenden Mate- 60 Querschnitts anzufertigen sind, die nicht nur rials andererseits, das nach Fertigstellung der Schub- ausschmelzbar sein müssen, sondern darüber

düsenaußenwand zusammen mit dem elektrisch nicht- hinaus noch den auftretenden Druckkräften bei

leitenden Füllmaterial aus den von der Schubdüsen- der Innenwandverformung standhalten müssen,

innenwand, von der Schubdüsenaußenwand und von c) nur wenige, in der Anschaffung verhältnismäßig

den seitlichen Begrenzungswänden gebildeten Kühl- 65 teure Materialien den Anforderungen unter kanälen ausgeschmolzen wird. Infolge der letzt- Punkt b) genügen und

genannten Maßnahme ist die komplizierte Heraus- d) es umfangreicher und somit zeitaufwendiger

arbeitung von Ausnehmungen für die seitlichen Be- Schweißarbeiten bzw. Lötarbeiten bedarf, bis

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die ausgebuchtete Außenwand mit der ein- solches guter elektrischer Leitfähigkeit Verwendung

gebuchteten Innenwand der Brennkammer mit findet. Da die Kühlkanalfüllungen durch und durch

Schubdüse fest verbunden ist. elektrisch gut leitfähig sind und nicht nur an ihren

Hinzu kommt noch, daß die vorgesehene Druck- radial außenliegenden Oberflächen, welche — wie

verformung der äußeren und inneren rohen Brenn- 5 bereits erwähnt — die Aktivierung der radial außen-

kammer- und Schubdüsenwand im Wandmaterial liegenden Stegflächen der Brennkammer- und/oder

ungleichmäßige, die mechanische Festigkeit beein- Schubdüseninnenwand selten ohne Beschädigung

trächtigende Spannungszustände hervorruft und überständen, sind bei erfindungsgemäß hergestellten

außerdem beliebige Variierungen der Wandstärke Brennkammern und/oder Schubdüsen auch die im

nicht zuläßt. io Anschluß an diese Aktivierung aufgetragenen Außen-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wände stets von einwandfreier Beschaffenheit. Bei Verfahren der eingangs genannten Gattung zu ent- nach dem bekannten gattungsgleichen Verfahren herwickeln, das wesentlich einfacher durchzuführen ist gestellten Brennkammern und/oder Schubdüsen ist als die bekannten Verfahren und eine billigere Her- dies vielfach nicht der Fall. Die bei letzterem Verstellung von regenerativ gekühlten Brennkammern 15 fahren stets erforderliche mechanische Nachbearbei- und/oder Schubdüsen großer mechanischer Festigkeit tung der Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenermöglicht. wände ist ebenfalls überflüssig bzw. erheblich redu-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ziert, da die für die Einebnung der Kühlkanäle Verfolgende Fertigungsschritte: wendung findenden Materialien hinsichtlich ihrer

a) Einarbeiten von Negativformen der Kühlkanäle 20 elektrischen Leitfähigkeit den für die beim bekannten in die Oberfläche des Galvanisierkerns, bei- Herstellungsverfahren notwendigen Überzüge geeigspielsweise mittels einer Kopierfräsmaschine, neten meist überlegen sind und demzufolge gleich-

b) Auftragen einer die Innenwand der Kühlkanäle mäßige bzw. gleichmäßigere Außenwanddicken ge- und damit die Brennkammer- und/oder Schub- währleisten.

düseninnenwand bildenden ersten Galvanik- 25 Schließlich ist noch zu erwähnen, daß das erfinschicht auf die mit den Negativformen der Kühl- dungsgemäße Verfahren eine äußerst enge Aufeinkanäle versehene Kernoberfläche, anderfolge von Kühlkanälen in Umfangsrichtung der

c) Einebnen der Kühlkanäle in der die Brenn- Brennkammern und/oder Schubdüsen ermöglicht, kammer- und/oder Schubdüseninnenwand bil- was aus kühltechnischen Gründen erstrebenswert ist. denden ersten Galvanikschicht mit einem aus- 30 Beim bekannten gattungsgleichen Verfahren kam eine schmelzbaren, elektrisch gut leitenden Füll- derartige Aufeinanderfolge von Kühlkanälen nicht in material, beispielsweise mit Wood'schem Metall Betracht, weil die daraus resultierenden, sehr schma- oder Leitwachs und len Stegflächen der die nebeneinanderliegenden Kühl-

d) Auftragen mindestens einer glatten, die Außen- kanäle seitlich begrenzenden Wände für eine mechawand der Kühlkanäle und damit die Brenn- 35 nisch feste, galvanische Bindung zwischen Innenwand kammer- und/oder Schubdüsenaußenwand bil- und Außenwand einer Brennkammer und/oder denden zweiten Galvanikschicht auf die ein- Schubdüse nicht ausreichten. Das erfindungsgemäße geebneten Kühlkanäle. Verfahren garantiert dagegen, selbst dann, wenn die

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Negativformen der Kühlkanäle nur durch äußerst Gegensatz zu dem bekannten Herstellungsverfahren 40 dünne Kernstege seitlich voneinander getrennt sind, gleicher Gattung, dessen Nachteile — wie bereits er- eine ausreichend feste Verbindung zwischen galvanowähnt — von denjenigen des anderen bekannten Her- plastisch hergestellter Brennkammer- und/oder Stellungsverfahrens noch übertroffen werden, bei ver- Schubdüseninnenwand und ebenso hergestellter gleichsweise geringem zeitlichem, apparativem und Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand. Zumaschinellem Aufwand eine zeitsparende und billige 45 rückzuführen ist diese Tatsache darauf, daß in einem Serienherstellung regenerativ gekühlter, Widerstands- solchen Fall beim Auftragen der Brennkammer- und/ fähiger Brennkammern und/oder Schubdüsen mit oder Schubdüseninnenwand auf den erfindungsgemäß Kühlkanälen beliebigen Querschnitts, selbst dann, vorbereiteten Galvanisierkern infolge der sogenannwenn größte Formgenauigkeit und — aus Gründen ten Spitzenwirkung an den radial außenliegenden einer Gewichtsersparnis — geringste Wandstärken 50 Flächen der dünnen Kernstege zwischen den Negativgefordert werden. formen der Kühlkanäle höhere Stromdichten auf-

Diese Vorteile sind auf folgende Tatsachen zu- treten als an den übrigen Kernstellen, was zu verrückzuführen: stärkten Materialablagerungen an diesen kritischen

Einmal entfällt infolge der vorzugsweise im konti- Stegflächen des Galvanisierkems und somit zu ausnuierlichen Fräsgang vorgenommenen Einarbeitung 55 reichend großen Bindeflächen in der Brennkammerder Negativformen der Kühlkanäle in den wieder- und/oder Schubdüseninnenwand führt,
verwendbaren Galvanisierkern die beim bekannten In Ausgestaltung der Erfindung werden nach dem gattungsgleichen Herstellungsverfahren für jedes Anfertigen der Brennkammer- und/oder Schubdüsen-Schubdüsenexemplar erneut erforderliche, langwie- außenwand, jedoch noch vor dem Entfernen des GaI-rige Herausarbeitung der Ausnehmungen für die seit- 60 vanisierkerns und dem Ausschmelzen des Fülllichen Begrenzungswände der Kühlkanäle aus einer materials aus den Kühlkanälen, die üblichen, mit jedesmal auf die Innenwand aufzubringenden Lage diesen in Verbindung stehenden Einlauf- und Ausaus ausschmelzbarem Füllmaterial. Zum anderen er- laufsammelräume galvanoplastisch hergestellt, und übrigt sich ein Überziehen der radial außenliegenden zwar unter Verwendung ausschmelzbarer Modelle. Oberflächen der Kühlkanalfüllungen mit elektrisch 65 Derartig hergestellte Einlauf- und Auslaufsammelleitendem, ebenfalls ausschmelzbarem Material, da räume sind zwar aus der deutschen Auslegeschrift für die Einebnung der Kühlkanäle in der Brenn- 1273 907 bekannt, aber lediglich als integrierte Baukammer- und/oder Schubdüseninnenwand bereits ein teile von solchen vollgalvanischen Brennkammern mit

Schubdüsen, die nach, dem aufwendigen Verfahren gemäß den Ausführungen zum Stand der Technik gefertigt sind.

Die Tatsache, daß in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Einlauf- und Auslaufstutzen für das Kühlmedium auf dem Wege der partiellen Galvanik an der Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand bzw. an den aufgalvanisierten Einlaufund Auslaufsammelräumen druckdicht befestigt werden und dieser Verfahrensschritt ebenso wie die Herstellung der Einlauf- und Auslaufsammelräume noch lauf dem Galvanisierkern vorgenommen wird, bedeutet eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Außerdem erfährt durch diese Art der Befestigung der Einlauf- und Auslaufstutzen die Festigkeit der bereits vorhandenen galvanischen Bindestellen keinerlei Beeinträchtigung, was bei einem Festschweißen oder Festlöten der Einlauf- und Auslaufstutzen in der aus der USA.-Patentschrift 3 154 914 ersichtlichen Weise der Fall wäre.

Bei einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Brennkammer- und/oder Schubdüsenausführung sind die Kühlkanäle an ihren Enden geschlossen ausgebildet. Mit den Einlauf- und Auslaufsammelräumen bzw. Einlauf- und Auslaufstutzen, die — wie bereits erwähnt — auf die Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand aufgalvanisiert bzw. auf dem Wege der partiellen Galvanik mit letzterer verbunden werden, kommunizieren sie über in der Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand vorgesehene Einlaß- und Auslaßöffnungen. Diese konstruktiven Maßnahmen bringen gegenüber einer an den Enden offenen Ausbildung der Kühlkanäle zum Zwecke der Zuleitung und Ableitung des Kühlmediums — wie sie beispielsweise der USA.-Patentschrift 3 154 914 zu entnehmen ist — den Vorteil einer optimalen Anschlußverbindung zwischen dem eigentlichen Brennkammer- und/oder Schubdüsenkörper und den zugehörigen Einlauf- und Auslaufelementen auf galvanoplastischem Wege mit sich.

Bei Schubdüsen mit großem Erweiterungsverhältnis, insbesondere Vakuumdüsen, können sich bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schubdüsen die einzelnen, an ihren Enden geschlossenen Kühlkanäle im divergenten Schubdüsenteil von einem bestimmten Durchmesser ab zum Schubdüsenende hin fächerförmig verzweigen. Dadurch wird vermieden, daß die vom Kühlmedium nichtbestrichenen Wandflächen zwischen den Kühlkanälen mit steigendem Düsendurchmesser nicht zu groß werden, was kühltechnisch bekanntlich von Nachteil ist.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brennkammer-Schubdüseneinheit ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Brennkammer-Schubdüsenausführungsform im Querschnitt und

F i g. 2 in kleinerem Maßstab einen Längsschnitt der Brennkammer- und Schubdüsenausführungsform gemäß Fig. 1, und zwar entlang der Schnittlinie II-ninFig. 1.

Die in F i g. 1 und 2 in vereinfachter Darstellungsweise wiedergegebene Brennkammer und Schubdüse 1, die beispielsweise aus Nickel gefertigt ist, besteht aus einer mit 2 bezeichneten, die Innenwand bildenden ersten Galvanikschicht und aus einer mit 3 bezeichneten, die Außenwand bildenden zweiten Galvanikschicht. Die" erstgenannte Galvanikschicht 2 setzt sich hierbei zusammen aus in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd aufeinanderfolgenden Wandstegen 4 und von diesen radial nach innen sich erstreckenden Kühlkanälen 5, die in Längsrichtung der Brennkammer und Schubdüse 1 verlaufen und an ihren beiderseitigen Enden geschlossen ausgebildet sind. Die letztgenannte Galvanikschicht 3, welche die Außenwand der Brennkammer und Schubdüse 1 bildet und im Bereich der Wandstege 4 mit der die

ίο Innenwand der Brennkammer und Schubdüse 1 bildenden Galvanikschicht 2 metallisch fest verbunden ist, weist am vorderen Brennkammerende 6 Auslaßöffnungen 7 und am hinteren Schubdüsenende 8 Einlaßöffnungen 9 für das Kühlmedium auf. Diese Öffnungen 7, 9 stellen eine Verbindung zwischen den sie überdachenden, aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellten und — wie bereits an anderer Stelle erwähnt — ebenfalls galvanoplastisch hergestellten Einlauf- und Auslaufsammelräumen bzw. Einlauf- und Auslaufstutzen und den Kühlkanälen 5 her.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von in Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle aufweisenden Brennkammern und/oder Schubdüsen von Flüssigkeitsraketen auf galvanoplastischem Wege unter Zuhilfenahme eines wiederverwendbaren, gegebenenfalls geteilten Galvanisierkerns mit einer der Innenkontur der Brennkammern und/oder Schubdüsen entsprechenden Außenkontur, welcher nach Fertigstellung einer Brennkammer und/ oder Schubdüse aus dieser entfernt wird, gekennzeichnet durch folgende Fertigungsschritte:

a) Einarbeiten von Negativformen der Kühlkanäle (5) in die Oberfläche des Galvanisierkerns, beispielsweise mittels einer Kopierfräsmaschine,

b) Auftragen einer die Innenwand der Kühlkanäle (5) und damit die Brennkammer- und/oder Schubdüseninnenwand (2) bildenden ersten Galvanikschicht auf die mit den Negativformen der Kühlkanäle (5) versehene Kernoberfläche,

c) Einebnen der Kühlkanäle (5) in der die Brennkammer- und/oder Schubdüseninnenwand (2) bildenden ersten Galvanikschicht mit einem ausschmelzbaren, elektrisch gut leitenden Füllmaterial, beispielsweise mit

Wood'schem Metall oder Leitwachs und

d) Auftragen mindestens einer glatten, die Außenwand der Kühlkanäle (5) und damit die Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand (3) bildenden zweiten Galvanik-

sehicht auf die eingeebneten Kühlkanäle (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anfertigen der Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand

6p (3), jedoch noch vor dem Entfernen des Galvanisierkerns und dem Ausschmelzen des Füllmaterials aus den Kühlkanälen (5), die üblichen, mit diesen in Verbindimg stehenden Einlauf- und Auslaufsammelräume galvanoplastisch hergestellt werden, und zwar unter Verwendung ausschmelzbarer Modelle.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einlauf- und Auslaufstutzen

für das Kühlmedium oder die Kühlmedien auf dem Wege der partiellen Galvanik druckdicht an der Brennkammer- und/oder Schubdüsenaußenwand (3) bzw. an den galvanoplastisch hergestellten Einlauf- und Auslaufsammelräumen befestigt werden.

4. Nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 und 3 hergestellte Brennkammer und/ oder Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (5) an ihren Enden geschlossen ausgebildet sind und in der Brennkammer- und/oder

Schubdüsenaußenwand (3) von den Kühlkanälen (5) zu den Einlauf- und Auslaufsammelräumen bzw. zu den Einlauf- und Auslaufstutzen führende Einlauf- und Auslauf öffnungen (7 und 9) vorgesehen sind.

5. Schubdüse nach Anspruch 4 mit großem Erweiterungsverhältnis, insbesondere Vakuumdüse, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Kühlkanäle (5) im divergenten Schubdüsenteil von einem bestimmten Düsendurchmesser ab zum Schubdüsenende hin fächerförmig verzweigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 542'279

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