DE4027306A1 - Behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur getrennten Aufnahme eines flüssigen Mediums sowie eines Druckgases als Austreibmedium, insbesondere Tank zur Lagerung von Treibstoffen für den Betrieb von Triebwerken in Raum­ flugkörpern, mit wenigstens einer den Innenraum in Teilräume unterteilenden Membran.

In der Raumfahrttechnik ist es bekannt, zur Lagekor­ rektur bzw. -stabilisierung von Satelliten und Orbi­ talstationen Triebwerke einzusetzen, die durch geringe, exakt dosierbare Impulse die erforderlichen Korrektur­ bewegungen herbeiführen. Zum Betrieb dieser Triebwerke führen die Raumflugkörper in Treibstofftanks ent­ sprechende, meist flüssige Treibstoffe mit sich, wobei den Triebwerken über Gaserzeugungssysteme die benötigte Treibstoffmenge zugeführt wird. Da zum Austreiben des Treibstoffes aus dem Tank im allgemeinen Treibgase verwendet werden, die sich mit den Treibstoffen ver­ mischen können, muß eine exakte Trennung zwischen dem Treibstoff und diesen Treibgasen gewährleistet werden, um sicherzustellen, daß der dem Triebwerk zugeführte Treibstoff frei von Fremdgaseinlagerungen ist.

Um die Trennung von Treibstoff und Treibgasen zu er­ reichen, ist es bereits bekannt, Treibstofftanks durch membranförmige Trennwände, die zumeist aus Kunststoffen bestehen, in zwei Teilräume zu unterteilen, von denen der eine Teilraum den Treibstoff enthält und der andere Teilraum mit dem Treib- oder Fördergas beaufschlagt wird, dessen Förderdruck über die Membran auf den Treibstoff einwirkt.

Neben Einkomponententreibstoffen, wie beispielsweise Hydrazin, finden in der Raumfahrttechnik in zunehmendem Maße auch Mehrkomponententreibstoffe Verwendung. Diese sind zwar wegen ihres vergleichsweise höheren Energie­ inhalts insbesondere bei Langzeitmissionen vorteil­ hafter als Einkomponententreibstoffe, haben aber zu­ gleich den Nachteil, daß zumindest einzelne Komponen­ ten, wie zum Beispiel Stickstofftetroxid, außer­ ordentlich aggressive Substanzen darstellen, die eine Verwendung von Membranen aus den bislang zu deren Her­ stellung verwendeten Kunststoffen von vornherein ausschließen. Deshalb ist in der DE-GM 89 15 466 bereits vorgeschlagen worden, anstelle einer Membran aus einem solchen üblicherweise verwendeten Kunststoff, beispielsweise einem Elastomerfüllstoff, eine Membran aus einem Fluorkohlenstoff, insbesondere aus Polytetra­ fluorethylen (PTFE), zu verwenden. Dieser Werkstoff besitzt den Vorteil, daß er auch gegen moderne Bipropellant-Treibstoffe resistent ist. Andererseits ist jedoch bei einer aus einem Halogen-Carbon-Kunst­ stoff bestehenden Membran die Gefahr einer Permeation einer der beiden im Tank enthaltenen Komponenten nicht auszuschließen, hinzu können unter Umständen Probleme mit der mechanischen Festigkeit solcher Werkstoffe kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er sich auch zur Aufnahme chemisch aggressiver Substanzen eignet, andererseits aber die insbesondere bei Raumflugein­ sätzen geforderte Störunanfälligkeit und Zuverlässig­ keit über die gesamte Lebensdauer des Raumflugkörpers aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Behälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1. Der Behälter gemäß der Erfindung ist dabei nicht nur auf den Einsatz in Raumflugkörpern beschränkt, vielmehr ist er auch für eine Vielzahl terrestrischer Anwendungsfälle geeignet. Die Erfindung ermöglicht es, auf einfache Weise von den vorteilhaften Eigenschaften unterschiedlicher Membranwerkstoffe Gebrauch zu machen. Sie bietet überdies noch den Vor­ teil, daß der Behälter durch Anordnung eines zusätz­ lichen Entnahmeventils im Bereich zwischen den beiden Membranlagen in solchen Einsatzfällen, in denen beide Membranlagen aus dem gleichen Werkstoff bestehen quasi eine Art eingebauten Reservetank enthält. Letzterer kann beispielsweise dazu dienen, um einen Satelliten am Ende seiner Mission in eine Parkposition im Weltraum zu manövrieren.

Zwar ist auch bereits aus der DE-OS 33 40 451 ein Behälter bekannt, in dessen Inneren mehrere Kammern vorgesehen sind, die mit separaten Ventilen versehen sind und die jeweils als ballonartige Säcke ausgebildet sind, jedoch sind bei diesem bekannten Behälter keine Maßnahmen vorgesehen, die geeignet wären, eine Membran gegen den Einfluß einer chemisch aggressiven Komponente zuschützen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen ersten Behälter und

Fig 2 einen Schnitt durch einen zweiten Behälter.

Der in Fig. 1 dargestellte kugelförmige Treibstofftank 1 ist durch eine mehrlagige Membran 2 in zwei Teil­ volumina 3 und 4 unterteilt, wobei die vom Teilvolumen 3 gebildete Kammer zur Aufnahme eines flüssigen Treib­ stoffs, die vom Teilvolumen 4 gebildete Kammer zur Aufnahme eines Druckgases ausgebildet ist. Beide Teil­ volumina sind mit, in der Figur durch Strömungspfeile angedeuteten, Ein- und Auslaßventilen 5 und 6 versehen. Die Membran 2 ist im Fall des in dieser Figur darge­ stellten Ausführungsbeispiels als Mehrschichtenmembran ausgebildet, wobei in diesem Fall zwei Schichten 7 und 8 aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander verbunden sind. Die beiden Schichten bestehen in diesem Fall aus Polytetrafluorthylen (PTFE, Schicht 7) und aus einem Elastomerkunststoff (Schicht 8), wobei die aus dem Fluorkohlstoff bestehende Schicht 7 auf der dem chemisch aggressiven flüssigen Treibstoff, der in das Teilvolumen 3 gefüllt wird, zugewandten Seite der Membran 2 angeordnet ist. Die Mehrschichtmembran 2 kann dabei, je nach verwendeten Werkstoffen, beispielsweise durch Verschmelzen zweier Lagen, durch Aufdampfen der zweiten Lage oder im Preßverfahren erfolgen.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung weist einen Weit­ gehend analogen Aufbau wie der vorstehend beschriebene Behälter auf. Der in diesem Fall dargestellte Tank 11 wird ebenfalls durch eine Membran 12 in zwei Kammern 13 bzw. 14 unterteilt, die über Ventile 15 und 16 zugäng­ lich sind. Die Membran 12 besteht in diesem Fall jedoch aus zwei voneinander getrennten Membranen 17 und 18, die wiederum aus einem Fluorkohlenstoff (Membran 17) bzw. einem Elastomerkunststoff (Membran 18) bestehen. Der Raum zwischen den beiden Membranen 17 und 18 bildet ein drittes Teilvolumen 19, das über ein weiteres Ventil 20 von außen zugänglich ist. Dieses Teilvolumen kann mit einer Treibstoffkomponente befüllt werden, die den Werkstoff der Membran 18 nicht angreift und kann somit die Funktion eines Reservetanks übernehmen.

Claims (7)

1. Behälter zur getrennten Aufnahme eines flüssigen Mediums sowie eines Druckgases als Austreibmedium, insbesondere Tank zur Lagerung von Treibstoffen für den Betrieb von Triebwerken in Raumflugkörpern, mit wenigstens einer den Innenraum in Teilräume unter­ teilenden Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2, 12) aus wenigstens zwei Lagen (7, 8, 17, 18) aufgebaut ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (7, 8) zu einer Mehrschich­ tenmembran (2) miteinander verbunden sind.

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (17, 18) der Membran (12) einen Zwischenraum (19) aufweisen.

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (19) über ein Ventil (20) zugänglich ist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (7, 8, 17, 18) der Membran (2, 12) aus unterschiedlichen Werk­ stoffen bestehen.

6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lagen (7, 17) aus einem Fluorkohlen­ stoff besteht.

7. Behälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der Lagen (8, 18) aus einem Elastomerkunststoff besteht.