DE2050058A1

DE2050058A1 - Betätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE2050058A1
Application number: DE19702050058
Authority: DE
Inventors: Edward L Kenneion N J Rakowsky (V St A)
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1971-05-06
Also published as: US3630150A; DE2050058C3; FR2073315A1; GB1272719A; DE2050058B2

Description

SINGER-GEEiERAIi PRECISION, INC., Kearfott Division, 1150 McBride Avenue, Little Falls, N.J. 074-24/USA

Betätigungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung, und zwar insbesondere ^ener Art, bei der eine strömungsmechanische Vorrichtung zur Erzeugung von thermischer Energie dient.

Bei zahlreichen bekannten Betätigungseinrichtungen bedient man sich elektrischer Vorrichtungen, wofür beispielsweise Funkenstrecken oder Widerstandsdrähte in Betracht kommen, die also das Zuführen einer elektrischen Leistung erfordern. So zum Beispiel arbeitet die Zündvorrichtung für einen ölbrenner in einer Zentralheizungsaniage mit einer Hochspannungsfunkenstrecke. Auch für luftfahrttechnische und Raumfahrt zwecke sowie bei Waffensystemen ist es oftmals erwünscht, Betätigungsvorgänge von einer ferngelegenen

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Stelle auszulösen, was in diesem Fall durch pyrotechnische Vorrichtungen bewerkstelligt wird, wobei die Energiezufuhr zu dem Zünder über einen heißen Widerstandsdraht erfolgt. Des weiteren verwendet man bei explosionsbetätigten Ventilen wie auch bei Feststoff-Heißgasgeneratoren normalerweise eine elektrisch initiierte Zündladung oder Explosionsbrücke zur Zündung des Explosivstoffs. Doch kann es bei diesen Vorrichtungen wegen des geringen Energiebedarfs des elektrischen Zünders zu einer Fehlauslösung durch Blitzschlag, statische Elektrizität, Hochfrequenzstörungen, Kernstrahlung und dergleichen kommen.

Die Erfindung hat demgemäß zur Aufgabe, eine Betätigungseinrichtung zu schaffen, die frei von elektrischen Bauteilen und Schaltverbindungen ist und bei der deshalb die obenbezeichneten, bei einer elektrischen Betätigungseinrichtung zutage tretenden Mangel ausgeschaltet sind.

Diesem Zweck dient eine Ausbildung der durch die Erfindung geschaffenen Betätigungseinrichtung mit einem starren Gehäuseteil, in dem ein Hohlraum ausgeformt ist, der ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende aufweist, wobei Hilfsmittel vorgesehen sind, die gestatten, einen Strom eines fluiden Mediums gegen eine Endwandung dieses Gehäuseteils und auf das erwähnte offene Ende zu richten, um so Druckwellen des fluiden Mediums zu erzeugen, die sich in der Längsrichtung des Hohlraums bis zu dem geschlossenen Ende fortpflanzen, wodurch an dem geschlossenen Ende ein Temperaturanstieg bewirkt wird, und wobei weiterhin Hilfsmittel vorgesehen sind, um im Ansprechen auf diesen Temperaturanstieg Arbeit zu verrichten.

Zum besseren Verständnis des Erfindungswesentlichen und der Erfindungsziele soll nun auf die beigegebenen Zeichnungen Bezug genommen.werden. In diesen Zeichnungen sind Möglichkeiten der Aufgabenlösung veranschaulicht, die nicht in einem die Erfindung einschränkenden Sinn aufzufassen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine Schnitten si oh t, in der die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung in Verbindung mit einem Ventil dargestellt ist ι und

Figur 2 eine Schnitt an eicht ähnlich der Figur 1, wobei

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jedoch die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung hier in Verbindung mit einem Heißgaserzeuger dargestellt ist.

Es sei zunächst auf die Ausführungsform der Figur 1 näher eingegangen, in der mit der Bezugszahl 10 ein Gehäuse bezeichnet ist, in dem eine Düse 12 vorgesehen ist, die einen mit Innengewinde versehenen Einlaß 14 aufweist, in den ein (nicht dargestelltes) Rohr oder dergleichen mit entsprechendem Außengewinde eingeschraubt werden kann, vm ein fluides Druckmedium, beispielsweise also ein Gas, in der durch den Pfeil bezeichneten Eichtung in die Düse einleiten zu können. Am Austrittsende verengt sich die Düse 12 in der gezeigten Weise und leitet in eine öffnung 16 über, die in dem Gehäuse 10 ausgeformt ist.

In einem starren Gehäuseteil 19 des Gehäuses 10 ist ein rohrförmiger Resonanzhohlraum 18 ausgebildet und der Einlaß zu diesem Hohlraum 18 stellt die Verbindung mit der öffnung 16 her. Das andere Ende des Hohlraums 18 ist durch ein pyrotechnisches Zündmittel 20 in Poro von Bleiazid oder einem sonstigen, ähnlichen Material verschlossen, das gezündet werden kann, indem man dieses Endteil des Hohlraums 18 auf eine bestimmte Temperatur bringt, worauf im einzelnen noch näher einzugehen sein wird.

Außerdem ist noch ein weiteres Gehäuse 21 vorgesehen, das an seinem einen Ende mit dem Ende des Gehäuses 10 verschraubt ist, und dieses Gehäuse 21 weist zwei Kammern 22 und 24 auf. Ein Kolben 26 ist zu hin- und hergehenden Bewegungen in der Kammer 22 gelagert, wobei sich der Schaft dieses Kolbens in gleitend verschiebbarer Anordnung durch eine das Gehäuse 21 unterteilende Trennwandung 28 hindurch in die Kammer 24 erstreckt. Am anderen Ende des Schafts ist in der Kammer 24 eine Qperschneideeinrichtung 30 vorgesehen, die in der Nähe einer Membran 32 angeordnet ist, welche sich quer durch die Kammer 24 erstreckt, so daß das Durchströmen eines zweiten fluiden Mediums durch die Kammer 24 von einer Einlaßöffnung 34 zu einer Auslaßöffnung 36 verhindert werden kann.

Im Betrieb wird ein fluides Druckmedium, beispielsweise also ein Gas, in die Düse 12 eingeleitet und strömt aus dieser in Richtung der Pfeile in die Öffnung 16 aus, wobei ein geringer An-

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teil auch in den Hohlraum 18 eindringt, während die übrigen Anteile auf die Vorderwandung des Gehäuseteils 19 auftreffen und im rechten Winkel zur Strömungsrichtung beim Eintritt in den Hohlraum 18 aus der Anordnung ausströmen. Bereits nach sehr kurzer Zeit füllt sich der Hohlraum an und die Gesamtströmungsmenge prallt nun an der Wandung ab und strömt aus dem Gehäuse aus. In dieser Weise bildet sich am Einlaß in den Hohlraum 18 eine instabile Welle, die hin- und herschwingt und die bewirkt, daß kleine Druckwellen den Hohlraum 18 in seiner Gesamtlänge durchwandern und hierbei das an dessen geschlossenem Ende eingeschlossene Gas komprimieren, was zur Folge hat, daß dem Gas bei jeder Schwingungsperiode Energie zugeführt wird. Durch die Aufspeicherung der in jeder Schwingungsperiode zugeführten Energie kommt es an dem geschlossenen Ende des Hohlraums 18 zu einem merklichen Temperaturanstieg bis ein Punkt erreicht ist, an dem das Zündmittel 20 gezündet wird.

Infolge der so erzeugten thermischen Energie wird der Kolben 26 in der Betrachtungerichtung der Figur 1 von links nach rechts getrieben, so daß die Membran 32 von der Querschneideeinrichtung 30 durchtrennt wird, worauf das zweite fluide Medium von der Einlaßöffnung 34 durch die Kammer 24 zur Auslaßöffnung 36 strömen und durch diese austreten kann.

Es ist also festzustellen, daß in der Kammer 24 ein wirksames Absperrorgan vorliegt, das durch das Einströmen eines Gases in die Düse 12 betätigt werden kann, wobei sämtliche elektrischen Bauteile und Schaltverbindungen in Fortfall kommen.

Bei der Ausführungsform der Figur 2 ist ein Gehäuse vorgesehen, das in jeder Weise dem Gehäuse 10 der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform gleicht, weshalb sich eine nähere Beschreibung dieses Gehäuses erübrigt. Wie bei der voraufgegangenen Ausführungsform ist auch hier das Austritteende des in dem Gehäuse 10 vorgesehenen Hohlraums 18 durch ein pyrotechnisches Zündmittel 20 verschlossen .

Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist auf das eine Ende den Gehäuses 10 ein weiteres Gehäuse 40 aufgeschraubt, in das ein Feststofftreibmittel 42 eingefüllt ist, bei dem es sich um Ammo-

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niumperchlorafc handeln kann. Dieses Treibmittel 42 ist in Röhrchenform vergossen, weist also einen Kanal oder Hohlraum 44 auf und kann durch die von dem Zündmittel 20 herrührende thermische Energie gezündet werden, so daß dann heiße Gase entwickelt werden. Wird also bei der Wärmestauung am geschlossenen Ende des Hohlraums 18 eine Temperatur erreicht, bei der das Zündmittel 20 gezündet wird, so wird durch die hierbei entstehende thermische Energie auch das Peststofftreibmittel 42 gezündet und entwickelt nun seinerseits die heißen Gase, die durch eine Auslaßöffnung 46 aus dem Gehäuse 40 ausströmen. Der in dem Treibmittel 42 vorgesehene Kanal oder Hohlraum 44 trägt zur Verteilung der Wärmeenergie im Übergang auf das Treibmittel 42 bei und erleichtert das Abströmen der heißen Gase zu der Auslaßöffnung 46» Das so erzeugte Heißgas kann für viele Zwecke dienen und kann beispielsweise dazu benutzt werden, ein Raketentriebwerk zu zünden und anderes mehr.

Es ist zu bemerken, daß bei jeder der Ausführungsformen das Ausströmen aus der Düse 12 mit Überschallgeschwindigkeit erfolgen kann, wobei es sich dann bei der am Einlaß zu dem Hohlraum 18 erzeugten Welle um eine Stoßwelle handelt.

Somit kann also der Sachverhalt konstatiert werden, daß bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung elektrische Induktionen und durch ungünstige Umgebungebedlngungen hervorgerufene Verkopplungseingänge ausgeschaltet bleiben, wie ebenso auch der für Funkenstrecken erforderliche Aufwand und deren Anfälligkeit für Witterungseinflüsse hier nicht nachteilig ins Gewicht fällt. Da außerdem Druckluft normalerweise leicht verfügbar zu machen ist, erfordert die Vorrichtung auch im Betrieb nur einen relativ geringen Aufwand.

Es liegt auf der Hand, daß an den obigen Ausführungsformen Abänderungen verschiedener Art vorgenommen werden können, die in den Rahmen der Erfindung fallen. So hat hier beispielsweise der Hohlraum 18 einen zylindrischen Querschnitt, doch ist es klar, daß auch eine andere Ausbildung möglich ist und daß dieser Hohlraum eine rechteckige, konische oder sonstige Form haben kann. Auch für die Düsö 12 kommen verschiedene andere Ausbildungsmöglichkeiten in Betracht, so zum Beispiel eine konvergierend-divergierende Ausbildung,

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und der Gasstrom kann verschiedenen Abstufungen unterliegen.

Natürlich können im Aufbau und in der Auslegung der obenbeschriebenen Betätigungseinrichtung Tom Fachmann aber auch noch
andere Abänderungen vorgenommen werden, die gleichfalls in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er in den Ansprüchen abgegrenzt ist.

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Claims

1. Betätigungseinrichtung, gekennzeichnet durch ein starres Gehäuseteil (19) mit einem darin ausgeformten Hohlraum (18), wobei dieser Hohlraum (18) ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende aufweist, eine zum Hinlenken eines Stroms eines fluiden Mediums auf eine Wandung des Gehäuseteils (I9) und auf das offene Ende unter Erzeugung Ton den Hohlraum (18) in seiner Längsrichtung bis zu dem geschlossenen Ende durchwandernden Druckwellen im Sinne der Hervorbringung eines Temperaturanstiegs an dem geschlossenen Ende betätigbare Anordnung (12) und eine im Ansprechen auf diesen Temperaturanstieg zu einer Arbeitsleistung betätigbare Anordnung (20)·

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zu einer Arbeitsleistung betätigbaren Anordnung (20) um ein wärmeaustauschmäßig mit dem geschlossenen Ende verbundenes Zündmittel handelt, wobei dieses Zündmittel durch den Temperaturanstieg zündbar ist.

3· Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Kammer (22) vorgesehen ist, in der das Zündmittel (20) angeordnet ist, wobei in dieser Kammer (22) ein Kolben (26) zu Bewegungen in der Achsrichtung der Kammer (22) gelagert ist, der unter dem Einfluß der bei der Zündung entstehenden Wärmeenergie bewegbar ist.

4· Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin noch zusätzlich eine Kammer (24) mit einer Einlaßöffnung (34) und einer Auslaßöffnung (36) für ein zweites fluides Medium, ein in dieser zweiten Kammer (24) unter dem Einfluß der Zündung bewegbares Kolbenteil und eine sich quer durch die zweite Kammer (24) erstreckende und normalerweise ein Durchströmen des zweiten fluiden Mediums durch die zweite Kammer (24) verhindernde Membran (32) vorgesehen sind, wobei der Kolben (26) eine bei der Bewegung in der zweiten Kammer (24) zu einem Durchtrennen dieser Membran (32) im Sinne der Ermöglichung eines Durchströmens des zweiten fluiden Mediums durch die zweite Kammer (24) betätigbare Anordnung (30) aufweist.

5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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weiterhin ein Gehäuse (40) τοrgesehen ist, in dem das Zündmittel (20) angeordnet ist, wobei in dieses Gehäuse (40) ein Treibmittel (42) aufgenommen ist, das durch die bei der Zündung des Zündmittelβ (20) erzeugte Wärmeenergie seinerseits gezündet werden kann.

Betätigungseinrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zum Hinlenken eines Stroms eines fluiden Mediums betätigbaren Anordnung (12) um eine sich verengende Düse handelt.

Betatigungeeinrichtang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auetritteteil der Düse (12) in einem Abstand τοη dem offenen Ende angeordnet ist, wobei ein Austreten des fluiden Mediums aus der Einrichtung in der allgemeinen Sichtung eines rechten Winkele zu der Strömungsriehtang τοη der Düse (12) zu dem offenen Ende Torgesehen ist.

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