DE10029150C1 - Druckbehälter, insbesondere für einen Schwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Druckbehälter, der mit mindestens einem Medium gefüllt ist, das von einer in einem formveränderlichen Hüllkörper eingeschlossenen Gasmasse vorgespannt ist, insbesondere zum Volumenausgleich bei einem Schwingungsdämpfer, umfassend eine Wandung, in der ein unter Druck stehendes Gas eingeschlossen ist, wobei die Wandung des Hüllkörpers zumindest teilweise aus einer Sperrschicht gebildet wird und der Hüllkörper aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist, wobei mindestens an einem randseitigen Kontaktbereich der Einzelteile des Hüllkörpers eine außenseitige Beschichtung vorliegt, die eine Stirnfläche des Hüllkörpers abdichtet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere für einen Schwingungs­ dämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 198 35 222 A1 ist ein Druckbehälter, der mit einem mindestens ei­ nem Medium gefüllt ist, das von einer in einem formveränderlichen Hüllkörper eingeschlossene Gasmasse vorgespannt ist, insbesondere zum Volumenausgleich bei einem Schwingungsdämpfer, umfassend eine Wandung, in der ein unter Druck stehendes Gas eingeschlossen ist, wobei die Wandung des Hüllkörpers zumindest teilweise aus einer Sperrschicht gebildet wird und der Hüllkörper aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist, bekannt.

Aufgrund der gasdichten Sperrschicht ist der Gasaustritt aus dem Druckbehälter im Vergleich zu einfachen Druckbehältern mit einer Gummimembran deutlich ver­ bessert. Trotzdem ist bezogen auf die vorgesehene Einsatzzeit ein Gasverlust aus dem Druckbehälter feststellbar, der noch reduziert werden soll. Eine Vorgehens­ weise besteht darin, dass man mehrere gasdichte Sperrschichten einsetzt. Alter­ nativ kann man die Sperrschichten mit einer Schutzschicht ausführen, die beson­ ders hoch wärmebelastbar ist. Umfangreiche Versuche haben ergeben, dass die Einsatztemperatur für den Druckbehälter die Dichtheit maßgeblich beeinflusst. Derartig wärmebeständige Schutzschichten sind aber vergleichsweise teuer, so dass sie für eine Großserienproduktion eher nicht in Frage kommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik be­ kannte Problematik des Gasverluste aus dem Druckbehälter zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestes an einem randseitigen Kontaktbereich der Einzelteile des Hüllkörpers eine außenseitige Be­ schichtung vorliegt, die eine Stirnfläche des Hüllkörpers abdichtet.

Der Hüllkörper wird von mindestens zwei Einzelteilen gebildet, die verschweißt sind. Die bisherige Schwachstelle der Ränder, an denen die gasdichte Sperr­ schicht nur im flächigen Kontakt steht, wird mit der zusätzlichen Beschichtung deutliche verbessert.

Um eine möglichst gute Verträglichkeit der außenseitigen Beschichtung zu errei­ chen, wobei der Hüllkörper aus mehreren Lagen besteht, gleicht das Material für die Beschichtung der Stirnfläche der außenseitigen Schicht des Hüllkörpers.

Im Hinblick auf einen sparsammen Rohstoffeinsatz, aber auch um den Hüllkörper möglichst flexibel zu halten, ist die randseitige Beschichtung auf einen Streifen von < = 5 mm beschränkt.

Im Rahmen dieser Maßnahme weist der Hüllkörper eine vorgeprägte Gestalt auf, die der vorgesehenen Einbaulage angepasst ist, wobei die Beschichtung an dem vorgeprägten Hüllkörper ausgeführt ist. Die auftretenden Spannungen innerhalb der Beschichtungen können deutlich reduziert werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Hüllkörper einen eingespritzten Füllanschluss auf.

Um keine zusätzlichen Leckagestellen zu erzeugen, ist der Füllanschluss im Randbereich angeordnet. Dafür weist der Füllanschluss einen zylindrischen Kon­ taktbereich auf, auf dem jeweils ein Abschnitt der Ränder des Hüllkörpers zur Anlage kommt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die randseitige Beschichtung mit dem Füllanschluss verbunden.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibungen soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 Anwendungsbeispiel der eingeschlossene Gasmasses bei einem Schwingungsdämpfer

Fig. 2. Schnitt durch den Schwingungsdämpfer und die eingeschlossene Gas­ masse

Fig. 3a, 3b Schnitt durch die Wandung des Hüllkörpers

Fig. 4 Ansicht der eingeschlossene Gasmasses

Fig. 5 Querschnitt durch die eingeschlossene Gasmasse

Fig. 6 Füllanschluss im Detail

Fig. 7 Spritzwerkzeug für den Hüllkörper

Die Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohr­ bauweise, bei dem eine Kolbenstange 3 mit einem Kolben 5 in einem Druckrohr 7 axial beweglich geführt ist. Der Kolben 5 trennt das Druckrohr in einen oberen Arbeitsraum 9 und einen unteren Arbeitsraum 11, wobei beide Arbeitsräume über Dämpfventile 13 im Kolben verbunden sind.

Das Druckrohr 7 wird von einem Behälterrohr 15 eingehüllt, wobei die Innenwan­ dung des Behälterrohres und die Außenwandung des Druckrohres einen Aus­ gleichsraum 17 bilden, der vollständig mit Dämpfmittel und einer eingeschlosse­ nen Gasmasse 19 bis an eine Kolbenstangenführung 21 gefüllt ist. Am unteren Ende des Arbeitsraums 11 ist ein Boden angeordnet, der ggf. ein Rückschlagven­ til 23 und ein Dämpfventil 25 aufweist.

Bei einer Kolbenstangenbewegung wird das verdrängte Kolbenstangenvolumen durch eine Volumenänderung der eingeschlossene Gasmasses ausgeglichen.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Schwingungsdämpfer 1 im Bereich der eingeschlossenen Gasmasse 19. Die eingeschlossene Gasmasse besteht aus ei­ nem Hüllkörper 27 mit einer Wandung 29, die mit einem Gas, insbesondere Stickstoff druckgefüllt ist. Man kann alternativ CO₂ oder bei entsprechend schneller Montage auch ein Flüssiggas verwenden. Die Wandung 29 besitzt eine Innenwandung 29i und eine Außenwandung 29a, die wiederum einen Anfang und ein Ende bilden. Bei diesem Anwendungsbeispiel ist die eingeschlossene Gasmasse kreisbogenförmig in den Ausgleichsraum 17 eingelegt. In der Schnitt­ darstellung sind in Reihe angeordnete Kammern der eingeschlossenen Gasmasse erkennbar. Die Kammern werden durch parallel zur Achse des Schwingungs­ dämpfers verlaufende Verbindungen 27V zwischen der Innenwandung 29i und der Außenwandung 29a gebildet, wobei die Verbindungen nur abschnittsweise ausgeführt sind, so daß alle Kammern miteinander Gas austauschen können und in jeder Kammer derselbe Betriebsdruck vorliegt. Bei steigendem Betriebsdruck in den Arbeitsräumen werden die Kammern der eingeschlossenen Gasmasse komp­ rimiert. Die Wandung verformt sich nicht elastisch, da der Innendruck und der Außendruck gleich sind. Nur die Abstände zwischen den Verbindungen 27V auf dem Teilkreis der Verbindungen vergrößern sich, wodurch die Innen- und die Au­ ßenwandung aufeinander zu gedrückt werden.

Der Hüllkörper umfasst einen Füllanschluß 31, der über eine Füllöffnung 33 im Behälterrohr zugänglich ist. Bei der Montage des Schwingungsdämpfers wird der ungefüllte Hüllkörper in das Behälterrohr 15 eingelegt, wobei der Füllanschluß 31 in die Füllöffnung eingeknöpft wird. Danach führt man das Druckrohr 7 ein. An­ schließend wird der gesamte Schwingungsdämpfer mit Öl gefüllt, wobei sich das Volumen der Ölfüllung nach dem späteren Betriebsdruck richtet, der bei Stillstand der Kolbenstange durch die eingeschlossene Gasmasse bestimmt wird. Die Füll­ öffnung kann nach dem Befüllen durch eine eingedrückte Kugel 35 verschlossen werden.

In der Fig. 3a ist ein Schnitt durch die Wandung 29 dargestellt, wobei die Innen­ wandung 29i und die Außenwandung 29a aus demselben Werkstoff bestehen können bzw. denselben Aufbau aufweisen. Kernstück der Wandung ist eine Me­ tallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie 29Al, die nur wenige µm dick ist. Vor­ nehmlich Walzaluminium ist besonders geeignet. Die Aluminiumfolie übernimmt die Dichtfunktion für das eingeschlossene Gas. Nach außen ist die Aluminiumfolie durch eine Schutzfolie 29S beschichtet. Diese Schutzfolie fördert die Stabilität, erhöht die Reißfestigkeit und verhindert eine zu starke Knitterbildung. Diese Schicht hat eine Stärke im Bereich der Alufolie und besteht beispielsweise aus PET oder Polyamid.

Nach innen verfügt die Wandung über eine verschweißbare Beschichtung 29V. Die verschweißbare Beschichtung kann auch mehrlagig, beispielsweise zweilagig ausgeführt sein und etwa die vier- bis fünffache Materialstärke der Aluminiumfo­ lie aufweisen. Bei einer mehrlagigen Beschichtung 29V werden die einzelnen Lagen ggf. gereckt und kreuzweise zueinander aufgetragen. Dadurch erreicht man eine hohe Festigkeit und Formstabilität, insbesondere innere Spannungen werden kompensiert. Als Materialien haben sich PP und PA bewährt. Die Schichtdicke beträgt ca 50 bis 100 µm. Wenn für die Schutzschicht und die Schweißschicht jeweils PA eingesetzt wird, kann man eine Siegelschweißung für den Hüllkörper vornehmen. Bei einer Siegelschweißung wird die Schutzschicht überlappend auf die Schweißschicht gelegt und durch Wärmezufuhr verschweißt.

Die Fig. 3b zeigt den Aufbau der Wand des Hüllkörpers, die zusätzlich eine Trag­ schicht 29T aufweist. Diese Tragschicht sorgt für die Festigkeit in allen Belas­ tungsrichtungen des Hüllkörpers 29. Bei der Verwendung der Tragschicht kann die Metallfolie 29Al bis auf das absolute Minimum reduziert werden. Dadurch wird der Hüllkörper flexibler und bekommt gummielastische Eigenschaften. Des weiteren stellt die Tragschicht einen Schutz der Metallfolie beim Schweißvorgang dar. Es muß gesichert sein, daß kein Betriebsmedium aus dem Druckbehälter mit der Metallfolie in Kontakt tritt. Je nach Betriebsmedium kann die Metallfolie che­ misch angegriffen werden. Es ist anzustreben, die Metallfolie 29AL in die neutra­ le Fase der Wandung des Hüllkörpers anzuordnen, um die Biegebeanspruchung zu optimieren.

Zwischen den genannten Schichten kann eine Klebeschicht 29K, beispielsweise aus PU aufgetragen werden, der für einen gesicherten Zusammenhang der Schichten sorgt. Die Klebeschicht kann wie ein herkömmlicher Kleber aufgetra­ gen oden auch als Klebefolie eingelegt werden. Alternativ können die einzelnen Schichten auch kalandriert werden.

In der Fig. 4 ist ein abgewickeltes Gaskissen 19 dargestellt. Am Rand 36 sind Schweißnähte 37 ausgeführt, die aus der Innenwandung 29i und der Außenwan­ dung 29a einen geschlossenen Körper werden lassen. Für die Schweißnähte 37 wird die verschweißbare Beschichtung 29V, siehe Fig. 3, benötigt. Aus der Fig. 4 ist auch ersichtlich, warum man eine Innen- und eine Außenwandung verwen­ det.

In dieser Ansicht sind die besagten Verbindungen 27V erkennbar. Die Verbindun­ gen sind nur abschnittsweise ausgeführt, so daß benachbarte Kammern einen Volumenaustausch vornehmen können. Es müssen nicht unbedingt Verbindungen in Nahtform sein. Einzelne Verbindungspunkte sind ebenfalls denkbar.

Der Rand 36 ist, wie aus der Zusammenschau der Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, mit einer außenseitigen Beschichtung 39 versehen, die eine umlaufende Stirnfläche 41 des Hüllkörpers zumindest abschnittsweise abdichtet. Die Be­ schichtung 39 ist bewusst schmal in einem Bereich von 2 bis 5 mm gehalten. Zum einen will man Werkstoff sparen und zum anderen würde ein zu breiter Rand die Flexibilität des Hüllkörpers beeinträchtigen. Um einen möglichst guten Kon­ takt zu den Beschichtungen 29V zu erreichen, ist die randseitige Beschichtung der Stirnflächen zumindest aus einem ähnlichen, bevorzugt aus demselben Be­ schichtungswerkstoff gewählt.

Wie man ebenfalls aus den Fig. 4 und 5 erkennen kann, ist auch der Füllan­ schluss 31 am Rand 36 des Hüllkörpers angeordnet. Die Fig. 6 zeigt den Füllan­ schluss 31 als Einzelheit. Der Füllanschluß ist in dem Hüllkörper eingespritzt. Da­ für gibt es verschiedene Verfahrensabläufe. Wichtig ist, daß man im Inneren des Hüllkörpers dafür sorgt, daß der in ein Formwerkzeug eingespritzte Werkstoff nicht unkontrolliert in den Hüllkörper übertreten kann. Dafür kann man nicht dar­ gestellte Gegenhalter verwenden, die praktisch eine Werkzeugwand darstellen und aus dem noch nicht vollständig verschlossenen Hüllkörper entfernen werden können. Alternativ kann man den Hüllkörper mit einem Druckgas vorfüllen. Das Gaspolster wirkt dann als Werkzeugwand.

Der Füllanschluss 31 verfügt über einen zylindrischen Kontaktbereich 43, auf dem der für den Spritzvorgang noch offene Rand 36 zur Anlage kommt. In Ab­ hängigkeit des vertretbaren Werkzeugbauaufwandes soll sich die randseitige Be­ schichtung auch auf den Bereich des Füllanschlusses erstrecken, wobei sich die randseitige Beschichtung 39 mit dem Füllanschluss 31 verbindet. Der Füllan­ schluss soll deshalb einen mit der Beschichtung sich verbindenden oder möglichst gleichen Werkstoff aufweisen. Als zusätzliches Merkmal kann der Füllanschluss einen Versteifungsring 45 enthalten, der am Druckkörper als Anlagefläche dienen kann. Des weiteren lässt sich der Hüllkörper mit dem Versteifungsring leichter von einem Roboter beschädigungsfrei greifen.

Die Fig. 7 zeigt stark vereinfacht ein Spritzwerkzeug 47 für die randseitige Be­ schichtung 39 des Hüllkörpers 27. Wie man anhand der Teilungsfuge des Spritzwerkzeugs erkennt, ist der Hüllkörper aus einer völlig ebenen Lage in eine der späteren Einbaulage angepassten Form ausgeführt.

Claims (8)

1. Druckbehälter, der mit mindestens einem Medium gefüllt ist, das von einer in einem formveränderlichen Hüllkörper eingeschlossene Gasmasse vor­ gespannt ist, insbesondere zum Volumenausgleich bei einem Schwingungs­ dämpfer, umfassend eine Wandung, in der ein unter Druck stehendes Gas eingeschlossen ist, wobei die Wandung des Hüllkörper zumindest teilweise aus einer Sperrschicht gebildet wird und der Hüllkörper aus mehreren Einzel­ teilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestes an einem randseitigen Kontaktbereich der Einzeltei­ le (29i; 29a) des Hüllkörpers (27) eine außenseitige Beschichtung (39) vor­ liegt, die eine Stirnfläche (41) des Hüllkörpers (39) abdichtet.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (27) aus mehreren Lagen besteht, wobei das Material für die Beschichtung (39) der Stirnfläche (41) der außenseitigen Schicht (29V) des Hüllkörpers (27) gleicht.

3. Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die randseitige Beschichtung (39) auf einen Streifen von < = 5 mm be­ schränkt ist.

4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (27) eine vorgeprägte Gestalt aufweist, die der vorgese­ henen Einbaulage angepasst ist, wobei die Beschichtung (39) an dem vorge­ prägten Hüllkörper (27) ausgeführt ist.

5. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (27) einen eingespritzten Füllanschluss (31) aufweist.

6. Druckbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllanschluss (31) im Randbereich (36) angeordnet ist.

7. Druckbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllanschluss (31) einen zylindrischen Kontaktbereich (43) aufweist, auf dem jeweils ein Abschnitt der Ränder (37) des Hüllkörpers (27) zur Anla­ ge kommt.

8. Druckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die randseitige Beschichtung (39) mit dem Füllanschluss (31) verbunden ist.