Schraubverbindung mit Wärmedehnungsausgleich, insbesondere für die
Verbindung von Brennkammerwand und Düse bei Raketen Zur dichten Verbindung zwischen
der verhältnismäßig dünnwandigen Brennkammer und der wesentlich dickwandigeren Düse
werden bei Raketen vielfach Schraubverbindungen verwendet, wobei die Düse mittels
eines ringförmigen Ansatzes mit Außengewinde in das hintere Ende der Brennkammer
oder in einen dort gasdicht befestigten Verstärkungsring mit Innengewinde eingeschraubt
wird. Diese Schraubverbindungen sind nicht nur sehr hohen Wärmebeanspruchungen,
sondern vor allem auch sehr unterschiedlichen Wärmedehnungsbeanspruchungen ausgesetzt.Screw connection with thermal expansion compensation, especially for the
Connection of combustion chamber wall and nozzle in rockets For a tight connection between
the relatively thin-walled combustion chamber and the much thicker-walled nozzle
screw connections are often used in rockets, the nozzle by means of
an annular extension with an external thread into the rear end of the combustion chamber
or screwed into a reinforcement ring with an internal thread that is fastened gas-tight there
will. These screw connections are not only subject to very high thermal loads,
but above all also exposed to very different thermal expansion loads.
Während des Abbrandes der Raketentreibladung erhitzen sich nämlich
sowohl die Brennkammerwand als auch die Düse, und zwar die Brennkammerwand schneller
als die dickwandigere Düse. Da sich dementsprechend aber das Brennkammergewinde
bereits dehnt und aufweitet, solange das Düsengewinde im wesentlichen noch seine
ursprünglichen Abmessungen aufweist, hat dies zwangläufig zur Folge, daß während
dieser Phase des Raketenfluges die Gewindeverbindung sich lockert und undicht wird,
wodurch nicht nur ein Teil der Treibgase ungenutzt durch die Gewindeverbindung hindurch
ausströmen, sondern infolge der - wenngleich nur verhältnismäßig geringen - Beweglichkeit
der Düse gegenüber der Brennkammer auch eine nachteilige Beeinflussung der Flugbahn
der Rakete verursacht werden kann. Eine solche kann ebenso aber auch durch die von
den durch die Gewindeverbindung hindurch abströmenden Treibgasen bewirkten Impulse
verursacht werden. Darüber hinaus kann es vorkommen, daß sich die Leckstellen zu
Ausbrennlöchern erweitern und dabei die Rakete praktisch zerstört wird, und ebenso
kann es vorkommen, daß sich bei einer Rotation der Rakete die Düse losdreht und
verlorengeht.Namely, during the combustion of the rocket propellant charge they heat up
both the combustion chamber wall and the nozzle, namely the combustion chamber wall faster
than the thick-walled nozzle. Since, however, the combustion chamber thread
already stretches and expands as long as the nozzle thread is still essentially its
Has original dimensions, this inevitably means that during
In this phase of the rocket flight the threaded connection loosens and becomes leaky,
whereby not only a part of the propellant gases goes unused through the threaded connection
flow out, but as a result of the - albeit only relatively low - mobility
the nozzle compared to the combustion chamber also has an adverse effect on the flight path
the missile can be caused. Such can also be done by
the impulses caused by the propellant gases flowing off through the threaded connection
caused. In addition, it can happen that the leaks too
Expand burnout holes, practically destroying the missile, and likewise
it can happen that the nozzle turns loose when the rocket rotates and
get lost.
Nach dem Ausbrand der Treibladung werden während des weiteren Fluges
der Rakete beide Teile, also Brennkammerwand und Düse, vom Fahrtwind wieder abgekühlt,
und zwar die Brennkammerwand früher und schneller als der die Wärme länger speichernde
und dem Fahrtwind nicht so sehr ausgesetzte massive Düsenkörper. Dabei schrumpft
aber der Brennkammergewindeflansch auf das noch warme aufgeweitete Düsengewinde
auf, wobei er eine bleibende Verformung bzw. Aufweitung erfährt, so daß beim anschließenden
allmählichen Abkühlen und Schrumpfen der Düse bzw. des Düsengewindes zwangläufig
wiederum eine Lockerung der Gewindeverbindung erfolgt, dementsprechend aber auch
hier wieder die nachteilige und daher unerwünschte, mit der Gefahr des Losschraubens
usw. verbundene Beweglichkeit der Düse gegenüber der Brennkammer möglich ist.After the burnout of the propellant charge will be carried out during the further flight
both parts of the rocket, i.e. combustion chamber wall and nozzle, cooled down again by the airstream,
namely the combustion chamber wall earlier and faster than the one that stores the heat longer
and massive nozzle bodies that are not so exposed to the airstream. It shrinks
but the combustion chamber thread flange on the still warm widened nozzle thread
on, where he experiences a permanent deformation or expansion, so that the subsequent
gradual cooling and shrinking of the nozzle or the nozzle thread inevitably
in turn, the threaded connection is loosened, but also accordingly
here again the disadvantageous and therefore undesirable, with the risk of unscrewing
etc. associated mobility of the nozzle with respect to the combustion chamber is possible.
Diese Nachteile treffen auch für eine bekannte Anordnung und Ausbildung
zu, bei der das eingeschraubte Teil, nämlich die Düse eines Rückstoßtriebwerkes,
mit einer außen angestuften radial gerichteten Ringfläche die hintere Stirnfläche
eines am aufgeschraubten Teil, nämlich dem Treibrohr, ausgebildeten und über das
Gewinde nach hinten überstehenden ringförmigen Ansatzes übergreift.These disadvantages also apply to a known arrangement and design
to, in which the screwed-in part, namely the nozzle of a recoil engine,
with an externally stepped, radially directed annular surface, the rear end face
one on the screwed-on part, namely the drive pipe, trained and via the
Thread overlaps to the rear protruding ring-shaped approach.
Bei einer solchen Schraubverbindung zwischen rohrförmigen Teilen wird
dieses Lockern und Undichtwerden dadurch verhindert, daß nach dem Vorschlag der
Erfindung der ringförmige Ansatz des aufgeschraubten Bauteiles in eine in der radial
gerichteten Ringfläche des eingeschraubten Bauteiles angeordnete, mit vorzugsweise
kegelig ausgebildeter äußerer Begrenzungsfläche versehene Ringnut eingreift. Auf
diese Weise wird nämlich erreicht, daß sich beim Erwärmen der Schraubverbindung
das hintere Ende des sich vorauseilend aufweitenden aufgeschraubten Bauteiles von
innen her fest gegen den die Ringnut nach außen begrenzenden Bereich des sich nacheilend
aufweitenden eingeschraubten Bauteiles preßt, und daß sich beim darauffolgenden
Abkühlen der Schraubverbindung der die Ringnut nach außen begrenzende Bereich des
nacheilend schrumpfenden eingeschraubten Bauteiles von außen her fest gegen das
hintere Ende des vorauseilend geschrumpften und dabei bleibend aufgeweiteten aufgeschraubten
Bauteiles preßt, so daß in jedem Fall die dichte und feste Verbindung zwischen den
Bauteilen erhalten bleibt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in
einem Ausführungsbeispiel gezeigt und wird an Hand dieses im folgenden noch näher
erläutert. Es zeigen F i g. 1 a und 1 b die erfindungsgemäße Schraubverbindung am
Beispiel einer Rakete in zwei Axialschnitten, und zwar vor und nach dem Zusammenbau,
F i g. 2 in einem Ausschnitt eine Variante zu F i g. 1 a und l b, und F i
g. 3 in einem weiteren Ausschnitt eine Variante zu Fig.2.With such a screw connection between tubular parts, this loosening and leakage is prevented by the fact that, according to the proposal of the invention, the annular projection of the screwed-on component engages in an annular groove arranged in the radially directed annular surface of the screwed-in component, preferably provided with a conical outer boundary surface. In this way it is achieved that when the screw connection is heated, the rear end of the screwed-on component widening ahead of its time is pressed firmly from the inside against the area of the screwed-in component that is subsequently widening outwards, which delimits the annular groove, and that when the screw connection subsequently cools down the area of the trailing shrinking screwed-in component that delimits the annular groove to the outside firmly against the rear end of the screwed-on component, which has been shrunk ahead and is permanently expanded, so that the tight and firm connection between the components is maintained in each case. The invention is shown in the drawing in an exemplary embodiment and is explained in more detail below with reference to this. It shows F i g. 1 a and 1 b the screw connection according to the invention using the example of a rocket in two axial sections, namely before and after assembly, FIG. 2 shows a variant of FIG. 2 in a section. 1 a and lb, and F i g. 3 a variant of FIG. 2 in a further section.
Gemäß F i g. 1 a und 1 b ist in das hintere Ende der Brennkammerwand
1 der mit einem Innengewinde 3 ausgebildete Ring 2 fest und dicht eingelötet oder
eingeschweißt und außenseitig ebenfalls fest der mit kegeliger hinterer Stirnfläche
5 ausgebildete Führungsring 4 aufgebracht. Auf dem ringzylindrischen Ansatz 7 der
Düse 6 ist das zum Innengewinde 3 passende Außengewinde 8 ausgebildet. Hinter diesem
ist die Ringnut 9 zum Einlegen der Ringdichtung 10 vorgesehen. An der dem hinteren
Ende der Brennkammer 1, 2, 4 gegenüberliegenden vorderen Stirnfläche des Ringflansches
11
der Düse 6 ist die Ringnut 13 mit genau zylindrischer innerer Begrenzungsfläche
14 und mit der Kegelfläche 5 genau angepaßter kegeliger äußerer Begrenzungsfläche
15 ausgebildet, so daß das hintere Ende der Brennkammer bei zusammengeschraubten
Teilen genau passend in die Ringnut 13 eingreift. Zwecks Ermöglichung eines achsentreuen
Zusammenbaues der beiden Teile ist der die Ringnut 13 nach außen begrenzende Bereich
12 des Flansches 11 dabei so bemessen, daß dieser Bereich 12 beim festen Zusammenschrauben
erforderlichenfalls etwas nachgeben kann: Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2
ist dieser Bereich 12 verhältnismäßig kräftig bemessen, so daß er einen starren
Ring bildet. Um aber auch hier den achsentreuen Zusammenbau der beiden Raketenteile
sicherzustellen, ist der über das Innengewinde 3 nach hinten überstehende Teil des
Ringes 2 am hinteren Ende auf einer solchen Länge innenseitig ganz schwach
kegelig sich erweiternd ausgebildet, daß der in die Ringnut 13 eingreifende Teil
des Brennkammerendes sich erforderlichenfalls nachgiebig anpassen und damit Fertigungstoleranzen
ausgleichen kann, ohne daß dadurch die einwandfreie Passung zwischen dem Ring
2 und dem Ringflansch 11 in Frage gestellt wird. Im übrigen sollen in zusammengeschraubtem
Zustand die Teile so starr miteinander verspannt sein, daß sie alle Dehnbewegungen
gemeinsam und in gleicher Weise mitmachen.According to FIG. 1 a and 1 b, the ring 2 formed with an internal thread 3 is firmly and tightly soldered or welded into the rear end of the combustion chamber wall 1 and the guide ring 4 formed with a tapered rear face 5 is also firmly attached on the outside. The external thread 8 matching the internal thread 3 is formed on the annular cylindrical extension 7 of the nozzle 6. Behind this, the annular groove 9 is provided for inserting the annular seal 10. On the front end face of the annular flange 11 of the nozzle 6 opposite the rear end of the combustion chamber 1, 2, 4, the annular groove 13 is formed with an exactly cylindrical inner boundary surface 14 and a conical outer boundary surface 15 precisely matched to the conical surface 5, so that the rear end of the When the parts are screwed together, the combustion chamber engages exactly in the annular groove 13. In order to enable the two parts to be assembled true to the axis, the area 12 of the flange 11 delimiting the annular groove 13 to the outside is dimensioned in such a way that this area 12 can, if necessary, yield somewhat when screwed together firmly. 2, this area 12 is relatively strong, so that it forms a rigid ring. However, in order to ensure the true-to-axis assembly of the two rocket parts here too, the part of the ring 2 protruding backwards over the internal thread 3 at the rear end is designed to widen slightly conically on the inside over such a length that the part of the combustion chamber end engaging in the annular groove 13 If necessary, it can flexibly adapt and thus compensate for manufacturing tolerances without thereby jeopardizing the perfect fit between the ring 2 and the annular flange 11. In addition, in the screwed-together state, the parts should be so rigidly clamped to one another that they take part in all stretching movements together and in the same way.
An Stelle einer schwach kegeligen innenseitigen Erweiterung kann nach
F i g. 3 am hinteren überstehenden Ende des Ringes 2 auch eine außenseitige
schwach kegelige Verjüngung 16 vorgesehen werden, womit im Grunde das gleiche erreicht
wird und sich insbesondere ein sattes Anliegen der gemeinsamen Stirnfläche 17 des
Ringes 2 und der Brennkammer 1 im Grund der Ringnut 13 erzielen läßt.Instead of a slightly conical inside enlargement, according to FIG. 3 at the rear protruding end of the ring 2 also an outside slightly conical taper 16 can be provided, which basically the same is achieved and in particular a snug fit of the common end face 17 of the ring 2 and the combustion chamber 1 in the base of the annular groove 13 can be achieved.