用于宇航部件的可单次操纵的阀组件以及宇航部件的制作方法

xiaoxiao2020-10-23  19

用于宇航部件的可单次操纵的阀组件以及宇航部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种尤其用于宇航部件的可单次操纵的阀组件。该阀组件包括入口和出口以及可通过加热元件促动的执行器。在执行器的未被促动的状态中,使在入口与出口之间的流动通过(Stroemungsdurchgang)成为可能。该阀组件因此是所谓的常开(NO)结构。此外,本发明涉及一种宇航部件。
【背景技术】
[0002]阀通常应用于例如用于液态的或气态的介质的管路必须被打开或关闭处。根据应用,阀可设置用于多重或还仅用于单重操纵,其中,单重操纵例如是在用于宇航应用的驱动系统中的情况。
[0003]用于轨道驱动系统的阀常常以烟火技术来操纵。虽然卫星的使用寿命越来越长并且已可超过15年,烟火技术执行器的使用寿命限制于几年。如果烟火技术的阀在任务开始时被操纵,这毫无问题。然而如果应在卫星的规定使用寿命要结束时、例如为了卸载容器才操纵阀,则阀的促动必须以其它方式实现,因为不能可靠地确保烟火技术部件的功能。
[0004]尤其烟火技术执行器的另一缺点在于,一次性阀常常非常快速地被操纵并且由此可引起液压的和/或结构的冲击负载。
[0005]通常在宇航应用中对阀的操控的可靠性提出高要求,因为功能故障可造成较大损害或者甚至造成驱动系统的损失。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是说明一种用于关闭阀的在结构上和/或功能上可靠的阀组件以及一种相应的用于宇航应用的宇航部件。
[0007]该目的通过一种根据权利要求1的特征的阀组件以及一种根据权利要求15的特征的宇航部件来实现。有利的设计方案由从属权利要求得出。
[0008]提出一种尤其用于宇航部件的用于单次操纵的阀组件,其包括入口和出口以及可通过加热元件促动的执行器。在执行器的未被促动的状态中,使在入口与出口之间的流动通过成为可能。这相应于所谓的常开(NO)结构。该执行器是一次性效应形状记忆执行器,其在马氏体的状态中沿着执行器的纵轴线被压缩并且集成到阀组件中。一次性效应形状记忆执行器通过加热元件的激活在达到预设的转变温度时经历长度变化,通过该长度变化执行器逐渐被压向密封座,其构造在入口或出口处。
[0009]本发明提供一种阀组件,其可独立于宇航部件的使用寿命在其要结束时使用。在此,根据原理,提供较高的可靠性。为了关闭在促动之前打开的阀,将该阀电加热。在达到转变温度时,执行器膨胀,直至达到在压缩之前的初始长度。在此释放这样高的力,使得通过将一次性效应形状记忆执行器压向密封座实现高密封效果。在执行器冷却时,其长度那么保持并且维持在密封座上的力,由此阀持久地保持关闭。
[0010]该阀组件所基于的原理不受使用寿命的限制。这尤其由此引起,即阀组件不使用储存的化学能。另一优点在于,可缓慢地操纵阀组件。由此可避免液压的冲击负载(所谓的水锤或英文:water hammer)。同样,由此不由于触发爆炸冲量(Explosivladung)(如在烟火技术的阀中那样)产生结构上的冲击负载。
[0011]根据一适宜的设计方案,执行器的材料的转变温度处在80°C与100°C之间。通常,转变温度取决于一次性效应形状记忆执行器的材料。例如,可使用镍-钛合金,其也以名称镍钛诺已知。
[0012]根据另一适宜的设计方案,在执行器的面向密封座的端侧上布置有密封活塞。密封活塞可由可延展的材料形成。在考虑与待输送的介质的长期兼容性的情况下,例如可使用PTFE、铝合金或镀金的奥氏体铬-镍钢。此外,当密封活塞构造成平截锥形时,是适宜的。通过密封活塞的材料和形状,可以以期望的方式正面地影响密封效果。
[0013]此外,当密封座具有与密封活塞的形状对应的平截锥形的形状时,是适宜的。在此,密封座可由比密封活塞更硬的材料构成。由此保证,在压到硬的密封座处时利用一次性效应形状记忆执行器的膨胀以及在此释放的较高的力实现可延展的密封活塞的塑性变形,并且达到期望的高的密封效果。
[0014]根据另一适宜的设计方案,壳体的内腔被弹性的分离元件划分成工作腔和自由空间。入口和出口以适宜的方式通到工作腔中,其中,在纵向构造的执行器的量方面,执行器的第一长度区段布置在工作腔中。此外设置成,在纵向构造的执行器的长度方面,第二长度区段布置在自由空间中,第二长度区段大于或显著大于第一长度区段。由此可实现可选的介质分离。例如如果形状记忆执行器的材料和待开关的介质(例如气体或流体)化学上不兼容,那么这是适宜的。
[0015]分离元件可以是金属波纹管或膜片。原则上,分离元件的材料被选择成使得提供与待开关的介质的兼容性。例如可使用钛合金或FeNiCr合金作为材料。
[0016]在另一设计方案中,执行器具有在纵轴线的方向上延伸的凹口,加热元件布置在凹口的内部中。凹口例如可构造为孔并且基本上几乎完全穿过执行器。
[0017]为了保证加热元件的关断,当加热元件通过热保险部(Thermosicherung)来保护时,是适宜的。在超过转化温度时,热保险部可断开并且由此断开至加热元件的电路。由此,可防止待开关的介质的过度加热。
[0018]根据另一设计方案,执行器的纵轴线与入口或出口的纵轴线一致。例如,入口和出口可布置在阀组件的壳体的不同侧处。例如,出口可布置在壳体的底部处,而入口设置在阀组件的壳体的侧壁中的一个处。这不仅实现了简单的结构构造,而且借助于分离元件实现了上面提及的介质分离。如果那么入口布置在底部附近,就此而言是适宜的,由此形状记忆执行器尽可能少地与待开关的介质处于接触中,也就是说第一长度区段可被保持得尽可能短。
[0019]此外,提出一种用于宇航应用的宇航部件,其具有至少一个上述类型的阀组件。该宇航部件、例如卫星、驱动部件等具有与上述结合根据本发明的阀组件所说明的相同的优点。
【附图说明】
[0020]下面更详细地根据附图中的实施例来阐述本发明。其中: 图1显示了在促动之前根据本发明的阀组件的示意性的横截面图示,以及图2显示了在其促动之后图1中的根据本发明的阀组件的示意性的横截面图示。
[0021]附图标记清单 I入口
2出口 3分离元件 4壳体
5一次性效应形状记忆执行器
6密封座
7加热元件
8密封活塞
9热保险部
10端侧
11内腔
12工作腔
13自由空间
14凹口
15侧壁
16底部
17形状配合的连接、例如焊缝 18凸缘
19形状配合的连接、例如焊缝。
【具体实施方式】
[0022]图1显示了根据本发明的阀组件的示意性的横截面图示。阀组件设置用于单次操纵并且在图1中示出的未被促动的状态中是打开的。因此,该阀组件是所谓的常开(NO)阀组件。
[0023]阀组件包括壳体4。壳体4仅示例性地多件式地来构建并且包围侧壁15以及底部16。包围侧壁15的壳体件可一件式地、例如柱状地来构造。底部16和侧壁15通过环绕的焊缝或多个焊缝17流体密封地相互连接。构造 为一次性效应形状记忆执行器的执行器5从上侧这里伸到壳体4的壳体内部11中。大致纵向构造的执行器5具有凸缘18,执行器5以凸缘18在上侧处支撑在侧壁15处或置于其处。通过焊缝19来建立在凸缘18或执行器5与侧壁15之间的流体密封的连接。
[0024]壳体4示例性地在左边的侧壁15处具有入口 I而在底部16处具有出口 6。出口2的纵轴线(未示出)与执行器5的纵轴线(同样未示出)一致。在面向出口 2的端侧10处,执行器5设有由可延展的材料构成的密封活塞8。在考虑与待输送的介质的长期兼容性的情况下,作为延展性材料可使用例如PTFE、铝合金或者镀金的奥氏体铬镍钢。密封活塞8具有平截锥形,其中,平截锥形在出口 2的方向上逐渐变细。在出口 2处形成的密封座6具有对应于此的倒转的平截锥形的设计,也就是说出口 2在壳体内部的方向上扩大。出口 2的密封座6由硬材料形成。对此,例如可使用钛合金/FeNiCr合金。
[0025]执行器5在内部中设有纵向的凹口 14,例如孔。在凹口 14中布置有电加热元件I,其几乎在执行器5的整个长度上延伸。加热元件7通过可选的热保险部9与未示出的电流源或能量源相连接。
[0026]壳体的内腔11被弹性的分离元件3、例如金属波纹管或膜片划分成工作腔12和自由空间13。在此,入口 I和出口 2这样位于壳体4中,使得其通到工作腔12中。
[0027]在纵向构造的执行器5的长度方面,执行器的较短的第一长度区段布置在工作腔12中。而第二长度区段(其比较短的第一长度区段更大或大得多)布置在自由空间13中。显而易见,自由空间13保持免于待开关的介质、例如气体或流体。当执行器5的材料与待开关的介质不兼容时,设置弹性的分离元件是有利的。必要时,分离元件3可这样邻接到执行器5处,使得仅密封活塞8处于工作腔12中。
[0028]执行器5是带有马氏体-奥氏体转变特性的一次性效应形状记忆执行器。执行器5在马氏体的状态中被压缩并且以在图1中所示的方式集成到阀组件中。转变温度例如根据选择用于执行器5的材料、例如NiT1、镍-钛合金处于80°C与100°C之间的范围中。在该温度范围中,可靠地防止了待开关的介质的过度加热。
[0029]为了关闭阀,通过以电流加载来激活加热元件7 ο在达到取决于执行器的材料或材料成分的转变温度时,执行器5膨胀直至达到在压缩之前的初始长度。在膨胀时释放较高的力,其使由可延展的材料形成的密封活塞8在撞到硬的密封座6上时塑性变形。由此实现密封活塞8良好地贴靠到密封座6处,由此造成高密封效果。
[0030]在超过转变温度时,可选地设置的热保险部9断开并且由此断开至加热元件7的电路。由此防止待开关的介质(其现在不再能在阀组件的内部中从工作腔12流出)的过度加热。
[0031]在执行器5冷却时,其长度保持并且维持力到密封座6上。其导致,阀2持久地保持关闭。
[0032]图2显示了在激活之后阀组件的状态,其中,密封活塞8塑性变形地贴靠在密封座6处。同样良好地可见,通过执行器5的长度变化,分离元件3跟随执行器5在出口 2的方向上的纵向运动并且略微减小工作腔。
[0033]上述阀组件的优点在于,没有使用寿命的限制,因为不需要使用储存的化学能用于促动。
[0034]相应于在达到转变温度时执行器的长度变化,阀的操纵缓慢地实现。由此可防止液压的冲击负载。同样,不出现如例如在烟火技术的阀中在触发爆炸冲量时出现的结构上的冲击负载。
[0035]该阀组件的结构简单,从而也可成本有利地来提供。
【主权项】
1.一种尤其用于宇航部件的、用于单次操纵的阀组件,其包括入口(I)和出口(2)以及能够通过加热元件(7)促动的执行器(5),其中,在所述执行器(5)的未被促动的状态中,使在所述入口(I)与所述出口(2)之间的流动通过成为可能,其中,所述执行器(5)是一次性效应形状记忆执行器,其在马氏体的状态中沿着所述执行器的纵轴线被压缩并且集成到所述阀组件中,并且其通过所述加热元件(7)的激活在达到预设的转变温度时经历长度变化,通过所述长度变化所述执行器逐渐被压向密封座¢),所述密封座构造在所述入口(I)或所述出口(2)处。2.根据权利要求1所述的阀组件,在其中,所述执行器(5)的材料的转变温度处在80°C 与 100°C 之间。3.根据权利要求1或2所述的阀组件,在其中,在所述执行器(5)的面向所述密封座(6)的端侧(10)上布置有密封活塞⑶。4.根据权利要求3所述的阀组件,在其中,所述密封活塞(8)由可延展的材料形成。5.根据权利要求3或4所述的阀组件,在其中,所述密封活塞(8)构造成平截锥形。6.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件,在其中,所述密封座(6)具有与所述密封活塞(8)的形状对应的平截锥形的形状。7.根据权利要求6所述的阀组件,在其中,所述密封座¢)由与所述密封活塞(8)相比更硬的材料构成。8.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件,在其中,所述壳体(4)的内腔(11)被弹性的分离元件(3)划分成工作腔(12)和自由空间(13)。9.根据权利要求8所述的阀组件,在其中,所述入口⑴和所述出口(2)通到所述工作腔(12)中,其中,在纵向构造的所述执行器(5)的长度方面,所述执行器(5)的第一长度区段布置在所述工作腔(12)中。10.根据权利要求8或9所述的阀组件,在其中,在纵向构造的所述执行器(5)的长度方面,第二长度区段布置在所述自由空间(13)中,所述第二长度区段大于或显著大于所述第一长度区段。11.根据权利要求8至10中任一项所述的阀组件,在其中,所述分离元件(3)是金属波纹管或膜片。12.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件,在其中,所述执行器(5)具有在所述纵轴线的方向上延伸的凹口,所述加热元件⑵布置在所述凹口的内部中。13.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件,在其中,所述加热元件(7)通过热保险部来保护。14.根据前述权利要求中任一项所述的阀组件,在其中,所述执行器(5)的纵轴线与所述入口或所述出口的纵轴线一致。15.一种用于宇航应用的宇航部件,其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的阀组件。
【专利摘要】本发明涉及一种用于宇航部件的可单次操纵的阀组件以及宇航部件,其带有入口(1)和出口(2)以及可通过加热元件(7)促动的执行器(5)。在执行器(5)的未被促动的状态中,使在入口(1)与出口(2)之间的流动通过成为可能,其中,执行器(5)是一次性效应形状记忆执行器,其在马氏体的状态中沿着执行器的纵轴线被压缩并且集成到阀组件中。执行器(5)通过加热元件(7)的激活在达到预设的转变温度时经历长度变化,通过该长度变化执行器逐渐被压向密封座(6),其构造在入口(1)或出口(2)处。
【IPC分类】F16K31/70
【公开号】CN104896179
【申请号】CN201510099357
【发明人】S.克劳斯, T.迈尔, M.沃尔夫, G.舒尔特
【申请人】空中客车Ds有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】DE102014002972A1, EP2916053A1, US20150252794

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