DE1600874A1 - Hochdichtes,druckgeregeltes Reduzierventil zur Stabilisierung von Raumfahrzeugen und ballistischen Raketen - Google Patents

Description

ballietlsoiien Rakotaa

Di© ErfindtHig betrifft sin hoeiidichtesj, aierventil stxr Stabil!siQruag von E
stischen Eaket©n_o

g©rQg©ltQ£D Qzi isaa balli

Bekanntlich werden derartige l*lia.gkörp@r durch Aiisst©ssQa won ©asströmen aus SchubdüsQn stabilisiert _g and di® AiiüütoBdauer der G-asströne bestimmt dia B©^®§ixagsgröss© smr Erzeugiaag der Stabilisierungsiiapulseg und graas¹ amsgehead voa eiaam druolr am Eintritt di©s©r Düaeap ä.®? ontwed®? relativ ÜDigebimgsdruek öder ralstiv ge ®ia©ia festnn definiert ist. So vjird für ©ia© ballistisohe G-asdruek auf den UmgebimgEsdrmsk "beaogeng uad f te ©in@a künst lichen Sat@litten ©dor ein Eaujafstase-ag wirä äiesar auf d@ii dem Valcrana gnts^reoliesiden Di^aek !fell

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Brief vom ί6·6·β? giafö ^ S?pHn§. 6

an das Deutsche Pateatamtp Eüaefeem

Is sind sahlreishe ¥oi?2?ieö,tiaiagen sbe Esöusioren usd Regeln eines Gasdruckes bekannte. Ktoez im ^"©rliegeaden Falle,wo seiir kleine Mengen (Oj₁Z g/s oder v;©nig©r) sntnommen werden und ein Torliältais H0efea.r12.ob sii Sliis&Qr-elr&uJs in d©r G-rössenordnung von 100 vorliegt_} feömiea di©ü© Vorrisiitiingen nur unter Schwierigkei'sen siolisrstelleB.^ daß di© relative oder absolute laderiiag öss Aiisgaagcdx-tiefeos kleiner alfa 1/1000 der Änderung de-s speiaeaasn liagai'igsdriiokes ist^ salbst wenn der Eiagangsdruck, S₀Bo infolge &@τ Cfesantiiairsie aus dem Hociidruolr/orr-atsDeMilterg au ssiiaken eegiant©

Die Erfindung hat folglich sii® ZIeI₃ ein dmokgsregeltes Reduzierventil aazugebon^ das den ©feigen Bedingungen entspricht und das ausserdem eia@ oehr grosa® Dichtheit aufweist» was ermöglicht, einen relativ oder absolut konstanten reduzierten Bruek aufrechtauerhalten bei beliebiger Entnahme, seifest wenn si© Null ist»

Die Erfindung geht von einer Bauart aus, dis im wesentlichen eine Hochdruckkammer ©der einen Vorratsbehälter mit hohem Druck (P-), eine Nisderdruckkammer mit dem reduzierten, geregalten Druck (Pp)_s sine Referesizdruckkammer mit dem Umgebungsdruck oder einem festen Referensdraek (P₄J sowie eine Auslaßkammer alt asu AtislaSdimck (P-a) aufweist, der bei Überdruck ia der liederdrackkaniiasr auftritt. Das erfindungsgemässe draßkger-sgalte Reduzierventil ist im wesentlichen gekennzeichnet auTQh eia erstes Ventil, das zwischen der Hoshdruokk&M®®r rad der liederar-askkafflmer angeordnet ist und dessen Sslaliessiüig unter gleichzeitiger Einwirkung des-speisenden H@@hdru@kQ@ «aaä eiaes elastischen Organes erfolgt, durch ein SFieit®a_s zwischen der Hiederdruckkammer und der AualaSkaraaier angeordnet®3 Ventil, dessen Schliessung unter der Einwirkung des reduzierten.

ORIGINAL INSPECTED

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Druckes (Pp) erfolgt B©^3i@ tareh ©inen beweglichen Teller, der über elastisch© Membranen mit ©in©r Sockelplatte im Heduzierventilgehäms^ verbunden ist«, di@ Niederdruckkammer von der ATislaßlsasaier «ad d©r Beferenzdruekkammer trennt und das sweite Ventil trägt _g 'Während ©in zwischen diesem beweglichen Teller iaad.d©r Sockelplatt® eageordnetes alastisekea Organ gegen d"©n auf den bewsgliehen Teller wirkenden reduzierten Druck (P2) arbeitet, imd schließlich diarea ein Zwischenstück als aiecaaniselie Verbindung der beiden Ventile»

Weitere Kennzeichen des erfindungsgemässen drü.Qkgeregel~ ten Eeiuziervantiles sinds

ein einstellbarer_f mit ctem Q-®liäuse des Eeduzierrentiles Yerbundsner fester Anscliiag sur Bestimmung des Öffnungsquersölmittes de© zweiten Yßntiles und seia®© Öffamsgapunkte© in ent®preob.©ai@r Eiohtiaiig imd bewegliofeesi

feste Anschlag©§ di© äio B®WQgG&§®ii dos lers in beides Riohtim.g©a auf ein fsstgQiQgtQSi iioi

Tentil® mit einer freien Kugel₉ di© gegea. Qinen Sitz anliegt» ^9©*θ®χ Mittel T©rges©lasii säind_s di© bsiii öffnen des Ventils ein progs'essiveis Afeliefesn der Kugel -worn. iMrem Sitas sicnerstellsas ύ,Λο eiia,© _1?lattern®igung od@r da© Auftre-= tan vom Seiilägea

Die Bauteile ä@s E©dmslQ^¥©atils sind gweefcsäßjsig Iroasentriseli sa eiaQf Hamptocskee oageos^iaetg läsge ter tie BefiegiMaigsa des¹ foatilG t^ifi dos? sit ümqe. Orgaae

Eine Absperr- und Öffnungsvorrichtung, z.B. ein Ventil, kann die Referenzdruckkammer mit der umgebenden Atmosphäre verbinden.

Die Auslaßkammer ist mit einer T-förmigen Schubdüse verbunden, die beim Arbeiten dieser Kammer auftretende äussere Schubwirkungen aufhebt.

Führungs-, Dichtungs- und Befestigungselemente sind von üblicher Art.

Die Erfindung umfaßt in gleicher Weise eine Vorrichtung zur Speisung von Stabilisierungsdüsen einer ballistischen Rakete oder eines Raumfahrzeuges wie eines Satelitten, mit mindestens einem erfindungsgemässen druckgeregelten Reduzierventil.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer allgemeinen Ausführungsform und einer bevorzugten Abwandlungsform des erfindungsgemässen druckgeregelten Reduzierventils anhand der Zeichnung; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung zur Speisung von Stabilisierungsdüsen eines Flugkörpers, wie eines künstlichen Satelitten, mit dem erfindungsgemässen Reduzierventil;

Fig. 2 schematisch die Anordnung der wesentlichen Organe des Reduzierventiles zur Darstellung des allgemeinen Arbeitsprinzips;

Fig. 3 schematisch zwei Ventile des Reduzierventiles nach Fig. 2 in drei unterschiedlichen Regelstellungen)

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Fig. 6 im Längsschnitt durch, die senkrechte Achse XX^f eine bevorzugte Ausführungsform des Reduzierventils?

Fig. 7 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung der Fig. 6.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 wird zunächst das allgemeine Arbeitsprinzip eines erfindungsgemässen druckgeregelten Reduzierventiles beschrieben, das den in der Praxis auftretenden wesentlichen Problemstellungen entspricht.

Es handelt sich um ein System mit vier verschiedenen Kammern, in denen die Drücke P₁, P₂, P* und P, herrschen; die Kammern sind nach diesen Drücken bezeichnete Hierbei ist P. der das Reduzierventil speisende Hochdruck, P₂ der reduzierte Druck, und zwar absolut gemessen oder relativ zu einem veränderlichen oder unveränderlichen Referenzdruck P,, und Ρ·ζ ist der Ablaßdruck für den in der Kammer Pp herrschenden Überdruck· In Fig. 2 ist ein mit diesen vier Kammern versehenes druckgeregeltes Reduzierventil 1 dargestellt, das ausserdem folgende Organe aufweist:

ein erstes Ventil, das hier von einer freibeweglichen Kugel ν. auf ihrem Sitz d₁ gebildet wird, gegen den sie von dem über die Eintrittsöffnung O₁ aufgebrachten Hochdruck P₁ sowie mit Hilfe eines durch eine Feder R₁ dargestellten elastischen Organes gepreßtwird. Dieses Ventil ist zwischen der Hochdruckkammer P₁ und der ITiederdruckkammer P₂ angeordnetj

ein zweites Kugelventil (v₂, ^d2-)' ^^{as zum} Vejntil (V₁, d₁} analog ist und das zwischen der Niederdruck- oder

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Reduzierdruckkammer P₂ und der Kammer P^ für den Auslaß des Drucküberschussea P₂ angeordnet ist und dessen Schliessung unter der Einwirkung des reduzierten Druckes P₂ erfolgt;

ein Zwischenstück e als mechanische Verbindung zwiscnen den beiden Ventilen.

Ein beweglicher Teller 21 ist über elastische Membranen m₁, m₂ mit dem Bodenteil 3 des Reduzierventiles verbunden. Dieser Teller und die Membranen trennen die Kammern P₂, P., und P. voneinander.

Feste Anschläge b^, b₂ und b~ ermöglichen die Festlegung des Öffnungsquerschnittes C₂ und der Öffnungs- und Schließpunkte des zweiten Ventiles (v₂, dg) sowie die Begrenzung der entsprechenden Bewegungen des beweglichen Tellers 21 zwischen zwei Endstellungen«

Öffnungen O₂, o,, o, ermöglichen es, je nacn Fall die Reduzierdruckkammer P₂ mit den an das Reduzierventil angeschlossenen Arbeitsorganen und weiterhin die Auslaßkanimer P^₅ und evtl. die Referenzdruckkammer P, mit umgebenden Atmosphäre zu verbinden.

In Fig. 2 ist die Konvention für den positiven Sinn der Kräfte F₁, F₂, P, angegeben, die Kraft F₁ wirkt hierbei auf das Ventil (V₁, d₁) und die Kräfte F₂ und F^ wirken auf das Ventil (Vg, d₂).

Die vier möglichen Hauptfälle der Arbeitsweise eines derartigen druckgeregelten Reduzierventiles sind»

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Pail 1s Die Öffnung ο ^ (P₄) ist geöffnet; O₂ (P₂) geschlossen» der reduzierte Druck P₂ ist sodann ein Relativdruckf das Reduzierventil 1 arbeitet ohne Entnahme aus der Kammer P₂ (statischer Betrieb)%

Pail 2: die Öffnung ο ^ (P.) ist geöffnet; O₂ (P₂) ist geöffnet: der reduzierte Druck P₂ ist ein Relativdruck; das Reduzierventil 1 arbeitet im dynamischen Betrieb (Entnahme aus der Kammer P₂)|

Fall 3i o. (P4) ist geschlossen; O₂ (P₂) ist geschlossen? der reduzierte Druck Pg ist ein Absolutdruck; das Reduzierventil arbeitet ohne Entnahme aus der Kammer P₂, d.h. im statischen Betrieb;

Fall 4t ο. (Ρ*) ist geschlossen; O₂ (P₂) ist geöffnet: der reduzierte Druck Pp ist ein Absolutdruck} das Reduzierventil arbeitet im dynamischen Betrieb (Entnahme aus der Kammer P₂).

In allen Fällen ist vorausgesetzt, daß die Öffnung o, (P-,) ständig geöffnet bleibt, um den aus der Kammer P₂ kommenden Drucküberschuß auslassen zu können.

Eine Analyse dieser vier Arbeitsfälle zeigt, daß im Falle der statische oder reduzierte Druck P₂ im Verhältnis zum veränderlichen Druck P* geregelt werden muß; im zweiten Fall muß der reduzierte Gesamtdruck P₂ im Verhältnis zum Druck P. aufrechterhalten werden, der ausserdem noch veränderlich sein kann; im Fall 3 muß der statische Druck P₂ im Verhältnis zum Absolutdruck P. und im Falle 4 in gleicher Weise der Gesamtdruck P₂ ^im Verhältnis zum Absolutdruck P. aufrechterhalten werden.

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In Fig· 2 ist mit Ep ^e:*-ⁿ elastisches Mittel oder eine Feder bezeichnet, die dazu dient, dem Druck P₂ entgegenzuwirken. Ein derartiges Mittel ist namentlich dann erforderlich, wenn die Kammer P^ in Verbindung mit einem teilweisen oder vollkommenen Vakuum steht«

Die statischen Gleichungen zur Beschreibung der Arbeitsweise des vom Reduzierventil gebildeten Systems zeigen folgendes:

In allen Fällen, wo der Druck P₂ z.B. relativ zum Druck P. geregelt werden soll, der seinerseits variabel sein kann, werden für zufällige oder nicht zufällige Änderungen des Referenzdruckes automatisch ausgleichende Änderungen Λ C. , Λ C₂ der Öffnungsquerschnitte der beiden Ventile des Reduzierventiles 1 erzeugt»

So tritt im Falle einer mit + Δ 1?. bezeichneten Erhöhung des Druckes P. eine Vergrösserung + Λ C₁ der Öffnungsfläche des Ventiles (v., , d.. ) auf, während das Ventil (v₂, dg) geschlossen bleibt, also C₂ = 0 ist. Das erzeugt eine fortlaufende Erhöhung des Druckes P₂ durch Vergrösserung des Öffnungsquerschnittes C₁ unter Zufuhr von unter Hochdruck stehendem Medium, d_eh· eine Veränderung + Δ l?2t die unverzüglich das Gleichgewicht entsprechend der Beziehung +4P, =+4Ρρ wieder herstellt.

Im umgekehrten Fall, wenn z.B. eine Verminderung des Druckes P. eintritt, bleibt das Ventil (V₁, d^) geschlossen (C₁ = 0), während eine Öffnung des Ventiles (v₂, d₂) eine Vergrösserung + Λ C₂ des Öffnungsquerschnittes erzeugt, woraus eine Verringerung - >άΡρ des reduzierten Druckes P₂ derart erfolgt, daß das Gleichgewicht ent-

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sprechend der Beziehung - Δ. P₄ = - Δ P₂ wieder hergestellt wird; durch die Öffnung + Δ C₂ wird ein Auslaßdruck erzeugt, der die Abführung des DrucküberSchusses + .*ä P₂ gestattet.

Wenn zufällig ein leck zwischen der Hochdruckkammer P₁ und der Niederdruckkammer oder Reduzierdruckkammer P₂ auftritt, was z.B. eine Druckerhöhung + *d P₂ erzeugen würde, dann antwortet das Reduzierventil ebenfalls mit einer Vergrösserung + Λ C₂ der Öffnungsfläche des Ventiles (v₂, d₂), was eine Verringerung - Λ P₂ des Niederdruckes und folglich einen Auslaßdruck P₃ erzeugt«,

Falls der Druck P. unveränderlich ist (Kammer P₄ geschlossen oder z.B· in Verbindung mit dem Weltraumvakuum), erzeugt das Reduzierventil analoge und mit dem entsprechenden Vorzeichen versehene Änderungen Λ G₁ und Λ C₂ der Öffnungsquerschnitte Cj und C₂ der beiden Ventile derart, daß der Druck P₂ auf seinen gewählten Anfangswert zurückgeführt wird«

Die oben aufgezeigten Ergebnisse resultieren aus dem Gleichgewicht des Systems, das durch folgende Gleichungen" beschrieben wirdι

-F₁-S- (F₂ - F₃) =0, (1)

mit F₁ = (P₁ - P₂) S₁ + H₁

1₂ = P₃ 3E S₄ + P₄ (S₂-S₄) + R₂

j? = ρ χ s hieraus folgt §

1₃ -I₂ = P₂xS₂ - f>3 S₄ -fr P₄ (S₂ - S₄) + E₂] Sie G-lsiohußg (1) radu^iert sich schließlich au

- (P₁ - F₂) s S₁ -'S₁ + P₃ π S₄ + E₂ + ?₄ (S₂ - S₄)

- I₂ S₂ ^ 0 " (2)

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In diesen Gleichungen bezeichnen S* die vom Druck Pi beaufschlagte Fläche, S. die vom Auslaßdruck P, beaufschlagte Fläche (vernachlässigbar gegenüber der Fläche Sp) ι S₂ die gleichzeitig von den Drücken P₂ und P. beaufschlagte Fläche, R.. und R₂ die von den Federn R- und R₂ auf das Ventil (V₁, d₁) bzw_e auf den Teller 21 wirkenden Kräfte. Hieraus ergibt sich, daß F₁ die resultierende Kraft ist, die auf die Kugel V₁ des oberen Ventiles (V₁, d₁) wirkt; Fp ist die in der in Fig. 2 als positiv gewählten Richtung auf die Kugel V₂ des unteren Ventiles (v₂, d₂) wirkende Kraft, und F- ist die in negativer Richtung wirkende Kraft, die auf die Kugel V₂ des unteren Ventiles (v₂, d₂) wirkt. F, - F₂ ist folglich die resultierende der auf die Kugel V₂ des Ventiles (v₂, d₂) wirkenden Kräfte·

Gleichung (2) stellt die allgemeine Gleichgewichtsbeziehung des Systems dar. Unter Vernachlässigung der Terme mit P, und S. gegenüber den Drücken und Querschnitten P₁, P₂ und S₂ kann Gleichung (2) zu folgendem Ausdruck reduziert werden:
-(P₁-P₂) x S₁ - R₁ + P^ x S₂ + R₂ - P₂ x S₂ = O (3)

Die Gleichgewichtsbeziehung (3) zeigt nun, daß z.B. für den weiter oben zitierten Fall 1, wenn der Druck P. eine Veränderung +^P. erleidet, wobei O₂ geschlossen ist, unmittelbar eine Veränderung + Δ P₂ gleichsinnig mit P₄ folgt.

Wenn man annimmt, daß zunächst eine Veränderung + Δ P^ auftritt, d.h. P. grosser als P₂ wird, dann folgt aus der Ungleichung P, χ S₂ > P₂ χ S₂ die Beziehung (F₂ > F₁), was die Zufuhr von unter dem hohen Druck P₁ stehendem

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Medium bewirkt, und zwar durch, eine Vergrösserung + 4 C« des Öffnungaquerschnittes des Ventiles (v.. , d,) und folglich eine Veränderung +-4Pp, die das anfängliche Gleichgewicht wieder herstellt. Ebenso folgt aus einer umgekehrten Veränderung — Δ P, die Ungleichung P₂ x S₂ >■ P. χ S₂t das bedeutet I₂ >- F, und folglich'die Öffnung des Ventiles (v₂, ^₂), ^{was e:i}-^ne Verringerung - Δ P₂ des Miederdruckes Pp bewirkt, wodurch das ursprüngliche Gleichgewicht wieder hergestellt wird.

Wenn zusammen mit einer Veränderung des Druckes P^, z.B. infolge einer Veränderung des barometrischen Druckes, der Druck Pp zunimmt unter Zuwirkung einer zufälligen Leckage am Ventil (v^, d^), dann ist ebenso aus Fig. 2 zu erkennen, daß sich ;je nach Höhe der miteinander verglichenen Kräfte 3P₂ ^un^ ^3* d.h. je nach Höhe der miteinander verglichenen Drücke P₂ und P,, der Teller 21 des Ventiles (v₂, dg) in einer solchen Richtung verschiebt, daß er entweder eine Öffnung des Y (V₁, d₁) (falls I₂ s> F^ ist) und folglich ©ine des Druckes P₂ wxv Wiedernerstellung des anfänglichen. Gleichgewichtes bewirkt, oder eine Öffnung des Ventiles (Vg» ^Ö2^ (^wenn ^2 ^< ^3 ist) und folglich eine Verminderung des Druckes Pp©

Im Hauptarbeitsfall 2 (o. und Og geöffnet% Entnahme von Medium mit dem reduzierten Druck P₉) ist der Regelmechanismus ähnlich., der Druck Pg ist in diesem Fall ein dynamischer Druck, der vom Öffnungsquerschnitt der Öffnung Og abhängt sowie von den hinter diesem Querschnitt liegenden Elementen.»

Im dritten Hauptarbeitsfall, wo die Öffnungen Q^ und O₂ geschlossen sind, bleibt, wenn man keine Leckage an den

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Ventilen (V₁, d.. ) und (v₂, d₂) annimmt, der reduzierte Druck Pp zwischen zwei vorbestimmten Werten konstant, die den beiden Endstellungen dieser Ventile entsprechen} diese Endstellungen sind schematisch in Fig. 3 und 4 dargestellt, sie entsprechen den Beziehungen:

I, >· F₂ und
F₁ ·>· F₂, d.h.
P₂ χ S₂ >■ R₂ (P₁ - P₂) χ S₁ +

wobei vorausgesetzt wurde, daß P^ χ S. und V. χ S₂ vernachläseigbar klein sind, da Q. klein gegenüber S₂ und P. ein vernachlässigbar kleiner Druck ist_e

Der vierte Hauptarbeitsfall (o, geschlossen und o₂ geöffnet) entspricnt dem dritten, der reduzierte Druck P₂ ist in diesem Fall ein dynamischer Druck, der vom Öffnungsquerschnitt Op abhängt sowie von den Strömungsquerschnitten der dahinter angeordneten Organe.

Fig. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel des druckgeregelten Reduzierventiles an einer Vorrichtung zur Stabilisierung eines künstlichen Satelliten durch Gasstösse. Bei einer derartigen Vorrichtung wird das aus dem Hochdruckvorratsbehälter h kommende Gas nach seiner Entspannung und Druckregelung im Reduzierventil 1 zu den Stabilisierungsdüsen t₁ bis t^ geleitet, während die Ausströmdauer der Gasströme mit Hilfe der Magnetventile EV₁ bis EV * gesteuert wird. Andererseits sperrt ein vor der Öffnung o. angeordnetes Absperrorgan Vr die Kammer P. ab (die im

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vorliegenden Beispiel zuvor evakuiert worden war)_e Ebenso ist die Öffnung o, mit einem T-förmigen Rohr mit jt bezeichneten Rohrstück verbunden, um den Überdruck P, derart auszulassen, daß keine Drehimpulse auftreten, wie das bei dem G-asausstoß infolge P, möglich sein könnte«

In den Mg. 6 und 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 2 schematisch dargestellten Reduzierventiles gezeigt. Im linken Teil 1A von Pig. 6 und 7 ist der Fall dargestellt, wo die Kammer P. evakuiert und hermetisch verschlossen ist (vV in Fig. 1 ist geschlossen), d.h. der Fall, wo der Druck P₂ ein Absolutdruck ist, und im rechten Teil, wo die Kammer P. in Verbindung mit dem Umgebungsdruck steht (VV in Fig. 1 geöffnet).

Zum besseren Vergleich wurden in den Fig. 6 und 7 die gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 2 bis 5 zur Bezeichnung analoger Organe verwendet. Das druckgeregelte Reduzierventil 1 in Fig. 6 und 7 besitzt ein Gehäuse 2, das mit einer festen Bodenplatte 3 verbunden ist, die ihrerseits eine verstellbare Bodenplatte 4 aufnimmt, an der ein Teller 6 befestigt ist. Die Verbindung dieser Elemente erfolgt durch Schrauben 6a und 6b, die Abdichtung durch Dichtungen 7a, 7b und 7c Der b3 entsprechende Anschlag 35 ist verstellbar und kann namentlich mittels einer Mutter 8 festgestellt werden. Dieser Anschlag 35 ist längs der Achse XX' des Reduzierventiles angeordnet und besitzt in seinem oberen Teil Kanäle 9, sowie Rohre 10a und 10b in seinem unteren Teil, die zum Auslaß und zur Abführung des unter Überdruck P, stehenden Mediums dienen. Das Gehäuse 2 des Reduzierventiles 1 besitzt in seinem oberen Teil ein Hochdruckventil (v^, d^), das aus einer freien Kugel 11 besteht, die gegen einen Sitz 12 anliegt, wobei ein Kolben 13 und eine Feder 34 (R-j)

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diese Kugel führen und gegen ihren Sitz drücken, während die Kanäle 14 und 15 den Durchgang des unter Hochdruck P₁ stehenden Mediums ermöglichen. Ein derartiges Ventil, bei dem der Kolben 13 eine bauchige Stirnseite aufweist, die immer in Kontakt mit der Kugel 11 ist, auf die sich der Kolben unter der Einwirkung der Feder 34 stützt, wurde in der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung N 29629 XIl/47g) beschrieben. Bei einem solchen Ventil wird namentlich eine hohe Dichtigkeit erzielt und schlagartiges Arbeiten oder Flattern unterdrückt.

In Fig. 6 und 7 ist dieses obere Ventil mittels eines Flansches 16 montiert, der mit einer Dichtung 17 abgedichtet und mit Schrauben 18 am Gehäuse 2 befestigt ist. Im Inneren des Gehäuses 2 befindet sich eine Baugruppe, die unten eine Sockelplatte 19 besitzt, die sich gegen die einstellbare Bodenplatte 4 stützt, auf der sie mit Hilfe eines Kugelkranzes 20 ruht, während ein beweglicher oberer Teller 21 das Auslaßventil (v₂, d₂) trägt. Zwischen den Teilen 21 und 19 sind elastische Membranen 31 und 32 angeordnet, die den Membranen m.. bzw. m₂ in Fig. 2 entsprechen. Sine der Feder R₂ in Fig. 2 entsprechende leder 33 dient besonders dazu, das Fehlen oder Vorhandensein eines nur geringfügigen Druckes P, auszugleichen. Das Auslaßventil (v₂, d₂) auf dem oberen Teller 21 besitzt analog zum oberen Ventil Cv₁, d..) eine freie Kugel 22, die gegen einen Sitz 23 anliegt, wobei eine Dichtung 24 zur Abdichtung dient und die Führungen 25 und 26 einerseits zur Zentrierung dienen und andererseits die Aufgabe haben, schlagartiges Arbeiten oder Flattern der Kugel 22 zu vermeiden, wie es sonst bei deren Bewegungen in Verbindung mit der Feder 27 auftreten könnte, deren Funktion analog zu der der Feder 34 des Ventiles (V₁, d.j) ist.

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Ein Teller 28 und Schrauben 29 vervollständigen den Aufbau des Ventiles (vgt dg). Diese im Inneren des Gehäuses angeordnete Baugruppe wird mit Hilfe der Dichtung 30 abgedichtet, während ein mit Kanälen 36 zum Durchgang des Mediums mit dem Druck P- versehenes Zwischenstück zwischen den Kugeln 11 und 12 angeordnet ist und dem Zwischenstück e in Fig. 2 bis 5 entspricht. Der Anschlag bp in diesen Figuren entspricht dem zusammengedrückten Zustand der Feder 33 mit anliegenden Windungen.

Aus der vorangegangenen Analyse ergibt sich, daß beim Arbeiten des in Fig. 6 und 7 dargestellten druckgeregelten Reduzierventiles 1 die Öffnung des Ventiles (v₂» ^₂) erfolgt (Fall eines Überdruckes von Po) ι indem sich der Teller 21 senkt und die Kugel 22, die sich gegen den Anschlag 35 legt, abgehoben wird, während das Ventil (V₁, d..) geschlossen bleibt. "Umgekehrt erfolgt das Öffnen des Ventiles (V₁, d.j), das zur Zufuhr von unter Hochdruck P₁ stehendem Medium erforderlich ist, 4urch Anheben der Kugel 11, die hierzu mit dem Ende des Zwisehemstückes 37 in Kontakt gekommen ist, und zwar als Folge der von der Feder 33 (R₂) ausgeübten Kraft F₂, die entgegen der vom Druck P. auf den Teller 21 ausgeübten Kraft F, wirkt, was eine Verschiebung der Gesamtheit der Organe 23» 22, 26 und 35 nach oben bewirkt, bis der Druck P₂ wieder auf seinen Anfangswert angehoben ist. Auf diese Weise wird der reduzierte Druck P_p zwischen zwei Grenzwerten geregelt, die durch die in Fig. 3 und 5 dargestellten Stellungen, nämlich durch die Anschläge b₁ und b, begrenzt bestimmt sind·

Ein druckgeregeltes Reduzierventil nach Fig. 6 und 7 kann z. B. folgende Werte besitzen:

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R₂ = 800 N

R₁ - 2 N

P₁ * 200 Bar

5₁ = 2 mm²

5₂ « 25 cm²

Man kann beweisen, daß man, ausgehend von der Gleichgewi chtsbe Ziehung (3)» den reduzierten Druck wie folgt bestimmen kannt

^P2 =

R₂-R₁ + S₂ x P^ - S₁ χ P₁ + P₅ χ

S₂ - S₁

Hier wird

P₂ = 3,2 Bar für P. = 0 (Kammer P. unter Vakuum).

Im Falle, wo z.B. der Druck P₁ infolge der Entnahme aus dem Hochdruckvorratsbehälter sich um einen Betrag Δ. P₁ = 200 - 20 = 180 Bar ändert, ergibt sich eine Änderung des reduzierten Druckes P₂ von»

S₁
Δ P₉ = χ Δ P₁ also

S₂ - S₁

Δ P₂ » 0,144 Bar < 1O^-5 Δ

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Pur die in der G-rössenordnung von O_?O5 -0,2 g/s liegenden Entnahmemengen von Medium mit dem reduzierten Druck P2 wird im übrigen die Kugel 11 des Ventiles (v«, d*) um 0,00002 - 0,0007 mm gegenüber ihrem Sitz 12 angehoben. Betrachtet man die Arbeitsweise des druckgeregelten Reduzierventiles, dann kann man leicht erkennen, daß der Einfluß der Entnahmemenge auf den reduzierten Druck ?2 praktisch vernachlässigbar ist, da die sehr kleinen Verschiebungen der Kugel 11 nur sehr geringe Verlängerungen der Federn R^ und R₂ nach sich ziehen und folglich deren Druckkräfte praktisch nicht beeinflußt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 hat besonders folgende Vorteilet

die Reibungskräfte werden vermindert, und zwar namentlich in bezug auf die mechanische Verbindung des Sockels 19 mit der Bodenplatte 4j

dank des Einsatzes von Spezialventilen mit freien Kugeln 22 und 11 wird eine sehr kurze Ansprechzeit erreicht^

infolge der konzentrischen Anordnung der Bauelemente des Reduzierventiles um die Achse XX¹ ergibt sich eine einfache Arbeitsweise, Herstellung und Montagej

das Reduzierventil besitzt ein® hohe Dichtigkeit, die Zahl der Dichtungen ist gering und der Einsatz von Dichtlötungen ist möglich}

mit Hilfe d@s einstellbaren Anschlages 35 und der einstellbaren Bodenplatte 4 ist eine leichte Einstellung dea Regelbereichss und des Sollwertes für den rsdusierten Druck P«

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durch, den aciiiclitweiaen Aufbau iat eine einfache Montage aller Organe möglich.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich je nach den besonderen Einsatzfällen·

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Claims (7)

1. Brief vom 16.6.67 ^Blatt V9 Dlpl.-lng. G. Schlleb*

   an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

   Patentansprüche

   Hochdichtes, druckgeregeltes Reduzierventil, namentlich für die Stabilisierung von Raumfahrzeugen oder ballistischen Raketen, mit einer Hochdruokkammer oder einem Vorratsbehälter mit hohem Druck (P₁), einer Niederdruckkammer mit dem reduzierten, geregelten Druck (P₂)t einer Referenzdruckkammer mit dem Umgebungsdruck oder einem festen Referenzdruck (P^) sowie einer Auslaßkammer mit dem Auslaßdruck (Pj)f der bei Überdruck in der Niederdruckkammer auftritt, gekennzeichnet durch ein erstes, zwischen der Hochdruckkammer (P₁) und der Niederdruckkammer (P₂) angeordnetes Ventil (V₁, d.,), dessen Schliessung unter gleichzeitiger Einwirkung des speisendes Hochdrucks (P₁) und eines elastischen Organes (R₁) erfolgt_s durch ein zweites, zwischen der Niederdruckkammer (P₂) und der Auslai3kammer (P,) angeordnetes Ventil (v₂, d₂), dessen Schliessung unter der Einwirkung des reduzierten Druckes (P₂) erfolgt, sowie durch einen beweglichen Teller (21), der über elastische Membranen (m₁, m₂) mi't einer Sockelplatte (19) im Reduzierventilgehäuse (2) verbunden ist, die Niederdruckkammer (P₂) von der Auslaßkammer (P,) und der Referenzdruckkammer (P.) trennt und das zweite Ventil trägt, während ein zwischen dem beweglichen Teller und der Sockelplatte angeordnetes elastisches Organ (33) gegen den auf den beweglichen Teller wirkenden reduzierten Druck (P₂) arbeitet, und schließlich durch ein Zwischenstück (e) als mechanische Verbindung zwischen den beiden Ventilen.

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2. 2. Reduzierventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren festen Anschlag (b.,) zur Bestimmung des öffnungsquerschnittes des zweiten Ventiles (vpi dp) und seines Öffnungspunktes in entsprechender Richtung und relativ zum beweglichen Teller (21)»
3. 3. Reduzierventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch feste Anschläge (b-, b₂), die die Bewegungen des beweglichen Tellers (21) in beiden Richtungen auf ein festgelegtes Spiel begrenzen.
4. 4· Reduzierventil nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile eine freie Kugel (v-j» ^v ₂) besitzen, die gegen einen Sitz (d^, d₂) anliegt, wobei Mittel vorgesehen sind, die beim öffnen des Ventiles ein progressives Abheben der Kugel von ihrem Sitz ohne Flattern oder das Auftreten von Schlagen sicherstellen.
5. 5. Reduzierventil nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bauteile konzentrisch zu einer Hauptachse (XX¹) angeordnet sind, längs der die Bewegungen der Ventile und der mit ihnen verbundenen Organe erfolgen_e
6. 6. Reduzierventil nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch eine Absperr- und Öffnungsvorrichtung, ζ.Β, ein Ventil (v^), das die Referenzdruckkammer (P^) mit der umgebenden Atmosphäre verbindet.
7. 7. Reduzierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkammer (P-z) mit einer T-förmigen Schubdüse verbunden ist, welche die beim Arbeiten dieser Kammer auftretenden Impulswirkungen aufhebt.

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