DE4027306A1 - Behaelter - Google Patents
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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.
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Publications (2)
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