DE3029499A1

DE3029499A1 - Herstellungsverfahren fuer miniatur-lavalduesen mit definierter geometrie im halsbereich

Info

Publication number: DE3029499A1
Application number: DE3029499A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8013 Haar Hayn
Original assignee: Individual
Current assignee: Hayn Dieter Dipl-Ing 5400 Koblenz De
Priority date: 1980-08-04
Filing date: 1980-08-04
Publication date: 1982-03-04

Description

PATENTANMELDUNG

Haar, den 4.8.1980

Anmelder: Dipl.-Ing. Dieter Hayn

Erfinder: gleich Anmelder

^: Herstellungsverfahren für Miniatur-Lavaldüsen mit,definierter Geometrie im Halsbereich

Die Erfindung betrifft eine Herstellungsmethode- zur Fertigung von Miniatur—Lavaldüsen mit definierter Geometrie im "Halsbereich" bei Durchmessern im engsten Querschnitt von 0,2 mm und größer.

Herkömmliche Methoden verwenden bei diesen kleinen Abmessungen z.B. Spezialbohrer, die den konvergenten und den divergenten Düsenteil herausbohren. Dabei wird jedoch der engste Querschnitt nicht mit der erforderlichen definierten Übergangsgeometrie erzeugt (siehe Abbildung 1). Dieser definierte Übergang ist aber aus Gründen der Strömungsmechanik und Grenzschichttheorie erforderlich, um eine ungestörte verlustarme Strömung zu gewährleisten (siehe Abbildung 2\.

Auch die zur Verwendung kommenden Funkenerosiosnverfahren können die Probleme der Hinterschneidungen im Halsbereich nicht lösen. Außerdem ist die Oberfläche der Düseninnenkontur durch Krater aufgerauht, so daß eine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft die galvanotechnische Herstellung der Lavaldüse durch Galvanisierung eines Kernes, der nach einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Methode gedreht wird.

Vor dem eigentlichen Konturdrehen wird an der Aufnahmeseite eine Gewinde für die spätere Galvanoaufnahme gefertigt.

Ein mit einer Profilschleifmaschine hergestellter Formstahl (mittels Abtastung einer stark vergrößerten Modellkontur; 50 ^: 1) wird unter dem später bei der Düse entstehenden divergenten Auslaufwinkel (siehe Abbildung 3) beginnend vom Endquerschnitt des Kernes am zylindrischen Ausgangsrohling entlang in Richtung engster Querschnitt geführt. Dabei wird durch die spezielle Form des Messers gewährleistet, daß nur eine Kante im Eingriff ist, so daß die Schnittkräfte' klein

bleiben und hauptsächlich in Richtung Backenfutter der Drehmaschine wirken.

Bei Erreichen des engsten Querschnittes liegt das Formmesser genau an der Einlaufkante des Düsenkernes an, so daß die Endkontur des Kernes in diesem Bereich und im engsten Querschnitt einschließlich der wichtigen definierten Übergangsradien gewährleistet ist.

Im Gegensatz zu anderen Vorschlägen wird das "überhängende"-(s.Abb. 4} Auslaufteil des Kernes weder durch eine mitlaufende Zentrierspindel noch durch einen synchronen (zur Drehmaschine) laufenden Antrieb geführt. Die unsymmetrischen Lagerkräfte würden zu groß und damit der Kern in der kritischsten engsten Stelle abreißenI Erfindungsgemäß wird nach dem Auswuchten der Drehmaschine und des Rohlings bei hoher Drehzahl der Kern "fliegend" bearbeitet. Umfangreiche Tests ergaben als Rohlingsmaterial Aluminium (Al Cu Mg Pb, F 38 DIN 1798/99), welches einen günstigen Kompromiß zwischen Gewicht, elektrischer Leitfähigkeit,Spanbarkeit und Festigkeit darstellt. Die Dichte ist von voherrschender Bedeutung wegen der "fliegenden" Masse hinter dem engsten Querschnitt. Bei Anwendung präziser Werkzeugmaschinen und geübten Personals sind Düsenhalsquerschnitte von 0,2 mm möglich!

Nach Herstellung des Kerns wird dieser mit üblichen Methoden der Galvanotechnik z.B. in ein Cu- oder Ni-Bad getaucht und eine entsprechende Schichtdicke aufgetragen. Wegen der späteren Bearbeitung werden die freien Enden des Kerns mit einem Abdecklack (Trennmittel) versehen, so daß diese Stellen von den Galvanisierungsmitteln verschont bleiben (siehe Abbildung 5 ) .

Erfindungsgemäß kann die gleiche Arbeitsweise auch zur Herstellung von "Miniatur-Glockendüsen" verwendet werden. Diese sogenannten "Belldüsen" (siehe Abbildung 6) zeichnen sich

IAD ORIGINAL

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durch eine Parallelströmung im Düsenendquerschnitt aus. Dadurch werden die sogenannten zweidimensionalen DivergenzVerluste stark reduziert

^AT12-d, Divergenz ,Kegeldüse ^¹-⁰ ~ 0.5 (1+cos a_e) ; ^{Δ 11}BeIIdUSe ^ °'² ' ^Δη Kegeldüse *

Diese starke Reduzierung der Divergenzverluste führt letztlich zu einer Treibstoffeinsparung des zu regelnden Satelliten, so daß die Nustlastauslastung erhöht werden kann.

Bei der Herstellung der Kerne für die "Belldüsen" muß der Formstahl nicht wie erfindungsgemäß detailliert behandelt für den Fall der Kegeldüsen unter einem konstanten Winkel in den Rohling hineingefahren werden, sondern entlang einer, durch eine Kopierdrehmaschine festgelegten Kontur gefahren werden. Erfindungsgemäß wird festgestellt, daß bisher die Ansicht vorherrschte, daß ähnliche kleine Abmessungen nur durch Kegeldüsen realisiert werden können.

Es ist verständlich, daß die Erfindung nicht auf die beispielsweise gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern auch alle Varianten deckt, die nur durch Einzelheiten abweichen.

Nach den oben beschriebenen Verfahren können auch Blenden und Injektoren mit kleinen Öffnungsverhältnissen, deren Geometrie von einfachen zylindrischen Bohrungen abweicht, hergestellt werden.

BAD ORIGINAL

-JET-*

ZUSAMMENSTELLUNG DER BEZUGSZAHLEN J U Z J 4 9

(1) Spannfutter der Drehmaschine

(2) Werkstück des Düsenkernes

(3) mitlaufende Reitstockspitze

(4) über Motor angetriebene Reitstockspitze

(5) Werkzeug für die Kernherstellung

(6) Bewegungsrichtung des Werkzeuges

(7) Kontur des fertigen Negatis

(8) durch Galvanisierung erhaltenes Positiv

(9) Schutzlack

(10)konvergenter Düsenteil (11)divergenter Düsenteil (12)Glockendüsenteil(bzw.Parabeldüse) (13)zweiter Motor läuft synchron zum Antrieb der Drehmaschine

Dazu 8 Blatt Zeichnungen

Leerseite

Claims

Anmelder:. Dipl.-Ing,. Dieter Hayn 3 02949 9

Rechnerstr.5
8013 Haar

Iß. Galvanoplastisches Herstellungsverfahren zur Erzeugung von Ke-

J gel-Miniatur-Lavaldüsen ( 0=0.2mm > ), dadurch gekenn-

HaIs
zeichnet, daß ein Kern aus speziellem Aluminium-Material "fliegend" gedreht wird, wobei ein auf einer Profilschleifmaschine hergestelltes Forxnmesser unter dem Divergenzwinkel der zu erzeugenden Laval-Düse in Richtung Backenfutter-Drehmaschine in den zylindrischen Ausgangsrohling hineingefahren wird, sodaß nur eine schmale Kante im Eingriff ist und dadurch die Schnittkräfte senkrecht zur Drehachse gering bleiben, wodurch ein frühzeitiges Abreißen des divergenten Teiles des Düsenkernes an der schwächsten Stelle verhindert wird.
2. Die Herstellungsmethode des Kernes ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der vorgesehenen Endkontur des Kernes im Bereich des engsten Querschnittes eine definierte Ubergangsgeometrie in der wichtigen Halsregion entsteht, wodurch eine verlustarme ungestörte Strömung in der späteren Düse erlangt wird.
3. Herstellungsverfahren für Parabeldüsen(auch als Glockendüsen bekannt) mit 0„ , von 0.2 mm > , dadurch gekennzeichnet, daß ein Formmesser mit den gleichen Eigenschaften wie unter l.u.2.

beschrieben durch einen Kopierdrehautomaten entlang der Kernkontur geführt wird, sodaß ein Kern erzeugt wird, der es ermöglicht Lavaldüsen mit parallelem Strahlaustritt herzustellen, wodurch die Strömungsverluste stark reduziert Werden können, was den Wirkungsgrad dieser Düsen erhöht, sodaß sie z.B. bei dem Einsatz als Lageregelungstriebwerke von Nachrichtensatelliten zu erheblichen Treibstoffeinsparungen beitragen können.
4. Herstellungsverfahren von speziellen Blenden und Injektoren, dadurchgekennzeichnet, daß die Kerne für die anschließende Galvanisierung nach den unter 1.,2.,3. beschriebenen Methoden erzeugt werden können.

ORIGINAL INSPECTED