DE2253059C3 - Hubventil, insbesondere Steuerventil für pulsierende Raketentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubventil, insbesondere Steuerventil für pulsierende Raketentriebwerke, bei dem die eine der beiden abdichtend zusammenwirkenden Flächen des feststehenden Ventilsitzes und des beweglichen Verschlußstückes aus hartem, metallischem Werkstoff die andere aus in bestimmten Grenzen plastisch verformbarem Werkstoff, vorzugsweise einem Fluorkohlenstoff besteht.

Bei pulsierenden und intermittierend arbeitenden Raketentriebwerken besteht durch die Verwendung von chemisch aggressiven Treibstoffen das besondere Problem der Gestaltung und Ausbildung der Ventile, welche die Zufuhr der Treibstoffe zur Brennkammer steuern. Pulsierende und intermittierend aibeitende Raketentriebwerke werden vielfach als Steuertriebwerke zur Lageregelung von Satelliten benutzt und müssen daher für eine große Zahl von Arbeitsspielen ausgelegt sein und dabei voll funktionstüchtig bleiben. Zudem kommt, daß diese Art der Triebwerke sehr klein bemessen ist und daher an die Fertigung auch der Ventile höchste Anforderungen gestellt werden müssen, um exakte Ventilzeiten und damit genaue Dosierungen der gewünschten Treibstoffmengen für das Triebwerk zu erhalten.

Wie das deutsche Gebrauchsmuster 68 05 159 zeigt, sind bereits Hubventile bekannt, die einen beweglichen Ventilteller mit einer nachgiebigen Dichtung aufweisen, welche mit einer dünnen Schicht aus hochwertigem Kunststoff, wie Polytrifluorchloräthylen belegt ist. Durch eine solche alterungsbeständige Schicht soll verhindert werden, daß der Ventilteller, auch wenn das Ventil sehr lange Zeit nicht betätigt worden ist. auf dem Ventilsitz festklebt.

Auch wenn durch diese Beschichtung die Funktionsfähigkeit einer Dichtung in gewisser Hinsicht erhöht wird, so ist diese Maßnahme doch als noch nicht ausreichend anzusehen für Ventile, die unter extremen Bedingungen, wie es die Zustände im Weltraum mit sich bringen, arbeiten müssen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hubventil, insbesondere ein Steuerventil für Raketentriebwerke zu schaffen, das die Forderung nach langer Lebensdauer bzw. vielen Lastwechseln unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der vollen Funktionstüchtigkeit bei einfachem konstruktivem Aufbau unter schwierigen Umweltbedingungen erfüllt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß bei einem Hubventil nach dem Oberbegriff die metallische Dichtungsflärhe mehreie ringförmige, konzentrisch zur Ventüstebohrung verlaufende, i_m Querschnitt sägezahnförmige Dichtkämme mit senkrecht zur Ventilschließrichtung abgeflachten Dichtkronen und beidseitig schrägen Ablaufflanken aufweist.

In Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Flankenwinkel der Dichtkämme etwa 120°.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß zu Beginn des Ventilbetriebes, während der ersten Ventilspiele, selbsttätig Dichtzonen geschaffen und es wird dabei außerdem Sorge getragen, daß diese Dichtzonen mit absoluten Abdichteigenschaften während der weiteren Ventilbewegungen in der einmal bzw. zu Anfang erzeugten Form aufrecht erhalten werden. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß beim Einlaufen des Ventils durch die abgeflachten Dichtkronen der plastisch verformbare Werkstoff in den vorgenannten Dichtzonen bzw. Ringbereichen, also örtlich, über seine Streckgrenze hinaus, verformt wird, d. h., daß der plastische Werkstoff hier eine bleibende Formänderung erfährt, in der Hinsicht, daß im Bereich der Dichtkronen auf seiten des plastischen Werkstoffes ein der Form der Dichtkronen absolut genau angepaßtes (negatives) Gegenprofil selbsttätig entsteht und erhalten bleibt. Letzteres wird dadurch garantiert, daß durch die beiderseits der Dichtkronen vorgesehenen Flanken der Dichtkämme der neben den Dichtkronen befindliche Nachbarbereich des plastischen Werkstoffes auflaufen kann, ohne daß aber hier seine Streckgrenze überschritten wird, d. h. die Weg-Kraftverhältnisse verbleiben in den Flankenbereichen innerhalb des Hook'schen Gesetzes, wodurch eine elastische Puffereinrichtung für die Verzögerung der Ventilendbewegung entsteht und eine Gewähr dafür gegeben ist, daß die anfänglich erzeugte, bleibende lokale Deformierung des plastischen Werkstoffes im Bereich der Dichtkronen auf deren beiden Seiten nicht weiter fortschreitet.

Es sind zwar schon bei mit chemischen Treibstoffen arbeitenden Triebwerken sowie bei Geräten und Apparaten der chemischen Industrie Steuerventile bekannt, die einen aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Ventilsitz oder einen aus diesem Werkstoff belegten Ventildeckel aufweisen, doch sind hier die korrespondierenden Flächen konform bzw. formschlüssig zueinander.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt in vergrößertem Maßstab.
Die Eingangsstirnfläche eines zu einer Raketenbrennkammer verlaufenden Treibstoffzufuhrkanals 1 ist als Ventilsitz 2 eines Steuerventils ausgebildet und ist mit konzentrisch zueinander liegenden Dichtkämmen 3 versehen. Diese sind aus einem festen, d. h. nicht verformbarem Werkstoff, wie Stahl od. dgl., hergestellt. Dagegen besteht ein im beweglichen Ventilteil 4 eingesetzter Dichtkörper 4a aus einem in bestimmten Grenzen plastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere Polytetrafluoräthylen oder Polyamid mit vor Betriebsaufnahme durchgehend planer (unprofilierter) Dichtfläche 5, wie dies die Stellung I veranschaulicht.

Die Dichtkämme 3 sind am Scheitel ihrer jeweils beiden Flanken 6 abgeflacht und weisen hier senkrecht zur Ventilschließrichtung (Kraftrichtung) liegende Dichtkronen 7 auf. Der Flankenwinkel a der Dichtkämme 3 beträgt etwa 120°.

Während der Einlaufperiode des Steuerventils werden in der Dichtfläche 5 im Hinblick auf die Material-

paarung der Dichtkämme 3 und dtes Dichtkörpers 4 sowie die Bemessung der Anpreßflächen der Dichtkronen 7 mit Rücksicht auf die Ventilschließkraü bzw. den spezifischen Druck an den Ringflächen d^r Dichtkronen 7 Dichtringflächen 8 erzeugt, und zwar dagegen, weil hier die zulässige Flächenpressung auf Seiten des plastisch verformbaren Werkstoffs überschritten wird, wodurch lokal eine bleibende Verformung entsteht. Mit anderen Worten, während der Einlauiperiode entstehen im Bereich der Dichtkronen 7 auf Seiten des Dichtkörpers 4a an dessen Dichtfläche 5 den Dichtkronen 7 absolut angepaßte formschlüssige und bleibende Dichtringflächen 8. Um zu verhindern, daß sich diese Dichtringflächen 8 im Laufe des weiteren Betriebes vergrößern, was letztlich zu einer Zerstörung des Dichtkörpers 4a führen würde, sind üie Auflaufflanken 6 vorgesehen. Sie sind dafür verantwortlich daß beim Zurücklegen des Einlaufhubes b, welcher der eingegrabenen Vertiefung der Dichtringflächen 8 entspricht, die Veitilschließkraft insbesondere durch die Gegenkraft kompensiert wird, die durch die an den Flanken 6 auflaufenden schrägen Flächen 9 im Dichtkörper 4a entsteht. Der Vorgang in den Flankenbereichen 9 erfolgt innerhalb des Hook'schen Gesetzes, so daß hier keine Mate-

ίο rialzerstörung auf seilen des plastisch verformbaren Werkstoffes auftritt.

Die Position Il zeigt das geöffnete Ventil mit abgehobenem Dichtkörper 4a mit den eingelaufenen Dichtringflächen 8 und die Position Ml das geschlossene Ventil mit aufsitzendem Dichtkörper 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hubventil, insbesondere Steuerventil für pulsierende Raketentriebwerke, bei dem die eine der beiden abdichtend zusammenwirkenden Flächen des feststehenden Ventilsitzes und des beweglichen Ventilverschlußstückes aus hartem, metallischem Werkstoff, die andere aus in bestimmten Grenzen plastisch verformbarem Werkstoff, vorzugsweise einem Fluorkohlenstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisch«. Dichtungsfläche mehrere ringförmige, konzentrisch zur Ventilsitzbohrung verlaufende, im Querschnitt sägezahnförmige Dichtkämme (3) mit senkrecht zur Ventilschließrichtung abgeflachten Dichtkronen (7) und beidseitig schrägen Auflau.7lanken aufweist

2. Hubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der FJankenwinkeJ (a) der Dichtlcämme (3) etwa 120° beträgt.