DE2409896A1

DE2409896A1 - Flexible leitungsverbindung

Info

Publication number: DE2409896A1
Application number: DE19742409896
Authority: DE
Inventors: Raymond Terence Bayliss; Brian Burgess; George Thomas Eynon; Peter Bryan Stokes
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1974-09-26
Also published as: FR2220015A2; FR2220015B2; IT1047007B; GB1465675A

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüHUNG ~ KlNNE 2409896

TEL. (0811) 539653-56 TELEX: 524845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent München

8000 München 2

Bavariarlng4 _K _wdrz ₁₉₇₄

Postfach 202403

B 5863 - ICI case Z/M 25928

Imperial Metal Industries (Kynoch) Limited Birmingham, Großbritannien

und

George Thomas Eynon
Farnborough, Großbritannien

Flexible Leitungsverbindung Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 22 02 718.5-12)

Die Erfindung bezieht sich auf flexible Leitungsverbindungen. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Ausströmdüseneinheiten für Raketenmotore, z.B. Raketenmotore, die Festkörpertreibstoffe verwenden, nach Patent ... (Patentanmeldung P 22 02 718.5-12).

Aufgabe der. Erfindung ist es, eine verbesserte flexible Leitungsverbindung zu schaffen. Dabei ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Ausströmdüseneinheit zu schaffen, die einstellbar ist, um den durch die Düse erzeugten Schub--

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vektor zu ändern und den Plugkörper zu führen, an dem die Düseneinheit angebracht ist. Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine flexible Leitungsverbindung .und eine Ausströmdüseneinheit zu schaffen, die Abwandlungen derjenigen nach den Hauptpatent sind. . '

Erfindungsgemäß besitzt eine· flexible Leitungsverbindung axial erste und zweite Leitungsteile, ein Anbausystem, das den zweiten Leitungsteil gegenüber dem ersten Leitungsteil derart einstellbar trägt, daß es mit Bezug auf ein gegenüber dem ersten Leitungsteil festliegendes Zentrum drehbar ist, eine Primärdichtung zwischen komplementäisn relativ zueinander bewegbaren Oberflächen vom ersten und vom zweiten Teil sowie eine .Sekundärdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsteil, wobei die Sekundärdichtung durch die Primärdichtung Schutz vor., dem Inneren .der Leitungsverbindung erhält; ferner ist die Erfindung gekennzeichnet durch einen ringförmigen Dichtungskörper, der an einem der Leitungsteile angebracht und über eine gekrümmte Oberfläche verschiebbar ist, die auf dem feststehenden Zentrum zentriert ist und auf dem anderen der Leitungsteile gebildet ist.

Vorzugsweise sind der Dichtungskörper und die gekrümmte Oberfläche symmetrisch zu einer Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse des Leitungsteils liegt, an den die gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist, wobei diese Ebene das feststehende Zentrum enthält.

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. Vorzugsweise ist die Primärdichtung durch zu diesem Zentrum ' zentrische komplementäre, stumpf konkave und stumpfkonvexe Oberflächen gebildet. Ferner besitzt vorzugsweise das Anbausystem einen auf das Zentrum zentrierten Kardanring für die Winkeleinstellung des zweiten Leitungsteils gegenüber dem ersten Leitungsteil, wobei Betätigungseinrichtungen für die . Winkeleinstellung und für die Steuerung der Winkeleinstellung vorgesehen sind.

Vorteilhaft bildet die flexible Leitungsverbindung eine Ausströmdüseneinheit, bei der der erste Leitungsteil ein axial innerer Düsenteil und der zweite Leitungsteil ein axdal· äußerer Düsenteil ist.

Gemäß der Erfindung besitzt ein Raketenmotor eine Ausströmdüseneinheit, die axial innere und äußere Düsenteile aufweist, sowie ein Anbau'system, das das äußere Düsenteil gegenüber dem inneren DUsenteil einstellbar stützt, so daß es gegenüber · einem Zentrum drehbar ist, das gegenüber dem' inneren Düsenteil¹ feststeht oder ortsfest ist, eine Primärdichtung zwischen komplementären, relativ zueinander bewegbaren Oberflächen von innerem und äußerem Düsenteil sowie eine Sekundärdichtung zwischen dem inneren und äußeren Düsenteil, wobei die Sekundärdichtung durch die Primärdichtung vor Düsengasen geschützt wird; ferner besitzt erfindungsgemäß der Raketenmotor einen ringförmigen Dichtungskörper, der auf einer der Düsenteile sitzt und über eine gekrümmte Oberfläche verschiebbar ist, die zum ortsfesten

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Zentrum zentriert _und auf dem anderen der Düsenteile gebildet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Endansicht einer flexiblen Leitungsverbindung oder Leitungsvereinigung, die von einer Ausströmdüseneinheit gebildet wird;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 5 das Ausströmrohr eines Festkörpertreibstoff-Raketenmotors;., das Rohr 5 ist auf der Innenoberfläche bei 6 mit "Durestos" ausgekleidet. Dies ist ein Phenolharz, welches mit Asbestfasern.gefüllt ist. Wie man aus der Zeichnung ersieht, ist das linke Ende des Ausströmrohrs 5 bei 7 radial nach außen aufgeweitet und wird mit Hilfe herkömmlicher Einrichtungen (nicht gezeigt) an einen Raketenmotorkörper befestigt.

Das rechte Ende des Ausströmrohrs 5 trägt einen Stützring 8, der eine Betätigungseinheit 9 sowie ein Paar radial einander gegenüberliegender Tragarme 10 trägt. Jeder Arm 10 trägt ein Lager 11 für die Aufnahme eines entsprechenden Lagerzapfens

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Ferner trägt das rechte Ende des Ausströmrohrs 5 einen axial inneren Düsenteil 13» der eine Stahlstütze I¹I aufweist, deren radial innenliegende Oberflächen mit "Durestos"-Ringen 15 und 16 versehen sind. Die Ringe 15 und 16 stützen einen ringförmigen Molybdänschild oder Molybdänschutz 17.

Die Lagerzapfen 12 stehen von einem axial äußeren Düsenteil 20 nach außen vor, der einen Stahlstützring 21 aufweist, an dessen Innenoberfläche ein Düsenstützring 22 befestigt ist. Der axial äußere Düsenteil 20 besitzt ferner "Durestos"-Ringe 23 und 24, die die Stahlteile 21 und 22 thermisch von einem Molybdändrosselring 25 trennen.

Der axial innere Düsenteil ist an dem Ausströmrohr 5 befestigt und bildet durch die radial innere Oberfläche des Molybdänschirms 17 die Drossel der Raketendüse. Die Drossel wird vervollständigt durch die radial innere Oberfläche des Molybdändrosselrings 25. Der Rest der Düse, wird durch die stumpfkegelförmige Verlängerung des Molybdändrosselrings 25 und die sich unmittelbar axial anschließende Innenoberfläche des "Durestos"-Rings 2k gebildet. Der Drosselring 25' ist zusammen mit dem Rest des axial äußeren Düsenteils im Winkel einstellbar, um die Raketendüse abweichend einzustellen und den Vektor des Schubs zu verändern, der durch den Durchgang von heißen Ausströmgasen durch das Düseninnere erzeugt wird.

Die Winkeleinstellung erfordert Dichtungen zwischen den relativ zueinander bewegbaren Teilen, um Druckverluste in der

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Düse zu verhindern und thermische und erosive Einwirkungen der aus der Düse zwischen diesen Teilen durchtretenden Gase auf ein Minimum zu reduzieren. Daher wird eine Hauptannäherungsdichtung gebildet, indem man dem Molybdänschild 17 eine stumpf-konkave Oberfläche 29 gibt, die. zentrisch zu dem Punkt 28 liegt, der sich auf der Längsachse der Düse befindet und um den der axial äußere Düsenteil 20 verstellt wird. In gleicher V/eise ist auf dem Drosselring 25 eine komplementäre stumpf-konvexe Oberfläche 30 vorgesehen,, die ebenfalls zum Punkt 28 zentrisch liegt. Die Oberflächen 29 und 30 liegen .dicht nebeneinander und sind dabei so angeordnet, daß Kontakt und damit Reibungswiderstand vermieden ist. Das Ausmaß der Überlappung zwischen den Oberflächen 29 und 30, das in Abhängigkeit von den verschiedenen Viinkelstellungen um das Zentrum entsprechend der relativen Winkellagen der Düsenteile 13 und 23 variiert, liefert eine Annäherungsdichtung, die die Menge und die Geschwindigkeit erosiver Gase hohen Drucks und hoher Temperatur vermindert, die in einen Raum 31 zwischen den Teilen 13 und 20 eintreten können.

Es ist ferner eine Sekundärdichtung vorgesehen, die eine teilsphärisch konvexe Oberfläche 40 aufweist, die auf der äußeren Oberfläche der Stahlstütze 14 ausgebildet ist und symmetrisch zum Zentrum 28 liegt. Diese Sekundärdichtung besitzt ferner eine ringförmige Gleitdichtung 41, die sich auf dem Stahlstützring 21 an einer Stelle befindet, die symmetrisch um das Zentrum 28 liegt, wobei diese Dichtung gegen die konvexe Oberfläche 40 drückt und gleitend über diese verschiebbar ist.

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Eine geeignete Gleitdichtung hat die Form eines Rings, der vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht und U-förmigen -Querschnitt besitzt, wobei die Basis und die Offenseite des U zwei planare Seiten des Rings bilden und daß U eine Schraubenfelder aufnimmt, die sich rund'um den Ring erstreckt und die Innenseite und die Außenseite der Dichtung auseinanderdrückt. Die Dichtung ^l wird in eine Ringnut 42 des Stahl-' stütsrings 21 geschnappt, wobei die offene Seite des U dem Hohlraum 31 zugewandt ist. Gase, die über die Primärdichtung in den Hohlraum 31 eintreten, unterstützen die Wirkung der Feder beim Auseinanderdrücken der inneren und äußeren Seiten der Dichtung 21 in Dichtberührung mit der konvexen Oberfläche und dem Stahlstützring 21, während gleichzeitig die Dichtung ' 41 mit dem Ring 21 über die konvexe Oberfläche. kO bei Ablenkung der Düse gleiten kann. Der Bewegungswiderstand ist im Vergleich mit dem Gummiblock 32 des Hauptpatents erheblich vermindert.

Bei Gebrauch wird der axial äußere Düsenteil 20 gegenüber dem inneren Düsenteil 13 und dem Ausströmrohr 5 im Winkel verstellt, um den erwünschten Schubvektor zu erhalten. Winkelverstellung des Schubvektors von mindestens 20° ist möglich. Das■ Einstellen erfolgt durch die Betätigungseinheit 9 über ein Gestänge 35; ein Sattel oder Joch 36 kann einen Zapfen 37 versetzen, der mittig zwischen den Lagerzapfen 12 von dem Stützring 21 hochsteht. Hierdurch wird der Düsenteil 20 um die Zapfenlager 11 verschwenkt. Der Sattel 36 kann in einfacher

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Weise modifiziert v/erden, um den Zapfen 37 in Richtung auf die Einheit 9 zu ziehen, um ein Verschwenken im Gegensinn zu erreichen. Die zwischen den Oberflächen 29 und 30 vorhandene Annäherungsdichtung liefert zwischen diesen Oberflächen eine ausreichende Überlappung, um selbst bei der maximal möglichen Verstellung eine Abdichtung herbeizuführen. Darüber hinaus hält die Gleitdichtung 11 eine Ab-•dichtung zwischen den Teilen 13 und 20 aufrecht.

Gemäß Zeichnung und Beschreibung ist der Stützring 21 durch die Lagerzapfen 12 in feststehenden Armen IO gehalten. Hierdurch ist eine Winkelverstellung in einer Ebene allein möglich. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Arme 10 durch einen Kardanring zu ersetzen, der auf einer geeigneten Einrichtung in einer zu der Ebene der Lagerzapfen 12 rechtwinkligen Ebene sitzt. Mit Hilfe einer zweiten Betätigungseinheit kann hierdurch eine Winkelverstellung in einer zu der ersten Ebene rechtwinkligen Ebene und durch Kombination zwischen diesen beiden Ebenen in jedem Winkel vorgenommen werden. Im Bedarfsfall kann das Kardansystem oder können die Arme 10 durch vier Betätigungseinheiten ersetzt werden, die im 90°-Abstand rund um den Umfang der Düse angeordnet sind und in komplementären, diametral gegenüberliegenden Paaren betätigt werden, um Einstellung in alle Richtungen zu ermöglichen und dabei Axialverschiebung zwischen den Teilen 13 und 20 zu verhindern.

Bei einer Abwandlung des typischen oben beschriebenen Beispiels wird die Erfindung nicht für das übertragen heißer

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Gase von Raketenmotoren angewendet, sondern bei einer flexiblen Leitungsverbindung für das übertragen von Strömungsmitteln für häuslichen oder industriellen Bedarf. Bei dieser Abwandlung wird der axial innere Düsenteil ein axialer erster Leitungsteil und an eine Zulaufleitung für das übertragen eines gewünschten Strömungsmittels angeschlossen, das Gas oder eine Flüssigkeit sein kann. Der äußere Düsenteil gemäß Vorbeschreibung wird zu einem zweiten Leitungsteil und wird an ein für die Weiterführung des Strömungsmittels bestimmtes geeignetes Leitungssystem angeschlossen. Die Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsteil kann für den Ausgleich thermischer Bewegungen des Leitungssystems oder der Leitungen dienen und zur Lieferung von Flexibilität entweder für diesen Zweck oder z.B. für das Verringern von Wärmeübertragung und/oder Vibrationsübertragung'entlang der Leitung. Bei dieser Abwandlung braucht normalerweise keine Betätigungseinheit vorgesehen zu werden, obwohl eine solche selbstverständlich im Bedarfsfall vorliegen kann, um die Relativbewegung zwischen den Leitungsteilen zu bewirken oder diese zu überwachen. Im Bedarfsfall kann ein Kardansystem vorgesehen werden, um Endschub von dem ersten Leitungsteil auf den zweiten Leitungsteil oder umgekehrt zu übertragen.

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Claims

Patentansprüche

{ 1.jFlexible Leitungsverbindung, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Leitungsteil.(13; 20), durch ein Anbausystem (14, 21, 25) für das drehbare Stützen des zweiten Leitungsteils (20) gegenüber dem ersten Leitungsteil (13) um ein gegenüber dem ersten Leitungsteil festliegendes Zentrum, durch eine Primärdichtung zwischen komplementären, relativ zueinander bewegbaren Oberflächen (29₃ 30) vom ersten Und zweiten Teil und durch eine Sekundärdichtung (¹Il) zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsteil, wobei die Sekundärdichtung durch die Primärdichtung vom Inneren der Leitungsverbindung geschützt wird und von einem ringförmigen Dichtungskörper gebildet ist, der an einem der Leitungsteile sitzt und über eine gekrümmte Oberfläche (40) verschiebbar ist, die um das feststehende Zentrum (28) zentriert ist und auf dem anderen der Leitungsteile ausgebildet ist.

2. Leitungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (4l) und die gekrümmte Oberfläche um eine Ebene symmetrisch sind, die mit Eezug auf die Längsachse des Leitungsteils rechtwinklig ist, an der die gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist, wobei diese Ebenedas feststehende Zentrum (28) enthält.

3. Leitungsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prinärdichtung durch komplementäre stumpf-konkave und stumpf-Konvexe, zentrisch um cns Zentru;.

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(28) angeordnete Oberflächen gebildet ist.

H. Leitungsverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbausystem einen um das Zentrum (28) zentrierten Kardanring für Winkeleinstellung des zweiten Leitungsteils (20) gegenüber dem ersten Leitungsteil (13) aufweist, sowie eine Betätigungseinrichtung (9) für die V'inkeleinstellung und deren Steuerung.

5. Leitungsverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ausströmdüseneinheit bildet, wobei der erste Leitungsteil (13) einen axial inneren Düsenteil und der zweite Leitungsteil einen axial äußeren Düsenteil bildet.

6. Leitungsverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Raketenmotor mit einer Ausströmdüseneinheit, die einen axial inneren und einen axial äußeren Düsenteil besitzt, ■sowie ferner ein Anbausysten (9)» das den äußeren Düsenteil gegenüber dem inneren Düsenteil um ein Zentrum gegenüber dem inneren Düsenteil drehbar stützt, durch eine Primärdichtung zwischen komplementären relativ zueinander bewegbaren Oberflächen von innerem und äußerem Düsenteil und durch eine Sekundärdichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Düsenteil, wobei die Sekundärdichtung durch die Primärdichtung vor Düsengasen geschützt ist und einen ringförmigen Dichtungskörper aufweist, der auf einem der Düsenteile vorgesehen ist und

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über eine gekrümmte Oberfläche verschiebbar ist, die um das feststehende Zentrum zentriert ist und auf dem anderen der Düsenteile ausgebildet ist.

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