CN102197229A - 具有柔性多孔填充物的液压气动蓄能器 - Google Patents

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Abstract

一种具有柔性多孔填充物的液压气动蓄能器，用于具有高水平脉动的液压系统中的液力恢复，该液压气动蓄能器包括壳体，在该壳体处气口和液口分别与容积可变的气体贮存器和液体贮存器连接，该气体贮存器和液体贮存器通过可动的分离器分开。柔性多孔填充物填充气体贮存器，从而分离器使气体贮存器容积减小的运动压缩所述填充物。填充物与气体贮存器的内壁连接，其中在分离器使气体贮存器的容积增加的运动下，能够使填充物伸展。蓄能器包括保护填充物边界层以防破裂的保护装置，该保护装置在分离器猛拉的情况下能够减小填充物边界层的局部变形。防止了在多个恢复周期期间填充物的残余变形的发展以及在分离器带有强烈猛拉的不均匀运动下的毁坏。

Description

具有柔性多孔填充物的液压气动蓄能器
本发明涉及机械工程并且能够被用于具有高水平的液流和压力脉动的液压系统中的液力恢复，所述液压系统包括液压混合动力汽车中的压力共轨系统，特别是那些使用自由活塞式发动机的液压混合动力汽车，并能够用于具有高的液流上升速率和液压冲击的系统中的液力恢复，例如在模制以及压力锻造设备中。
背景技术
液压气动蓄能器(以下称为蓄能器)包括壳体，该壳体包括容积可变的气体贮存器和容积可变的液体贮存器，该气体贮存器通过气口填充有加压气体，并且液体贮存器通过液口填充有液体。这些气体贮存器和液体贮存器通过能相对于壳体运动的分离器分开。蓄能器通常充有初始压力高达几兆帕到几十兆帕的氮气。
对于液力恢复而言，蓄能器既与活塞形式的固体分离器一起使用，也与例如呈弹性聚合膜或者袋的形式[1]以及呈金属波纹管的形式[2]的弹性分离器一起使用。具有轻质聚合物分离器的蓄能器在液压系统中很好地平稳脉动。然而，由于聚合物分离器的渗透性，它们需要更加频繁地再充气。在蓄能器的高的液流上升速率下(例如，在液压系统中的急剧压降的情况下)，分离器的强烈猛拉可能导致聚合物分离器的毁坏。活塞式蓄能器将气体保持得更好并且能抵抗高的液流上升速率。然而，在液压系统中存在强烈脉动的情况下，活塞运动的振动模式加剧了活塞密封的磨损。在HydroTrole公司的PistoFram蓄能器[3]中，活塞包含被弹性膜分成气体部分和液体部分的腔体，该气体部分和液体部分分别与蓄能器的气体贮存器和液体贮存器连接。在高频率脉动时，不是活塞而是振动的轻质膜保持着活塞的密封。
蓄能器通常包含一个容积可变的气体贮存器和一个容积可变的液体贮存器，其中在气体贮存器和液体贮存器中具有相等的气体压力和流体压力。蓄能器[4]包含一个容积可变的气体贮存器和几个容积可变的液体贮存器。它们的连通改变气体贮存器中的气体压力和液压系统中的液体压力之间的比率。
对于液力恢复而言，蓄能器预先通过气口充有工作气体，并且通过液口连接到液压系统。当能量从液压系统传送到蓄能器时，液体被从液压系统泵送到蓄能器，以使分离器运动并且压缩气体贮存器中的工作气体，同时工作气体的压力和温度均增加。当能量从蓄能器返回到液压系统时，被压缩的气体膨胀以使分离器运动，使得液体贮存器的容积减小，并且迫使液体流出液体贮存器进入到液压系统中。气体的压力和温度下降。
由于气体贮存器壁之间的距离非常大(几十甚至上百毫米)，由气体热传导性而引起的气体和壁之间的热交换微乎其微。因此，气体压缩和膨胀过程基本上是非等温的，在气体贮存器中具有大的温度梯度。当气体压力上升2-4倍时，气体温度上升达几十甚至上百度，并且在气体贮存器中出现对流。这使向气体贮存器壁的热传导增加几十甚至上百倍。在压缩期间加热的气体冷却下来。这导致气体压力减小以及储存的能量的损失，这在储存的能量被保持在蓄能器中时尤其显著。由于大的温差，热传导是不可逆的，即在膨胀期间由被压缩的气体给予蓄能器的壁的大部分热量不能返回到气体。因此，液压系统在气体膨胀期间收回的液力比在气体压缩期间所接收的液力少得多。
为在[4]、[5]、[6]、[7]中减小热损失，建议在气体贮存器中放置可压缩的再生器(泡沫弹性体)和绝热器，该再生器执行热再生器的功能。在根据被申请人用作蓄能器的原型的[7]的蓄能器中，蓄能器包括壳体，在该壳体中液口和气口分别与容积可变的液体贮存器和气体贮存器连接，该容积可变的液体贮存器和气体贮存器通过可相对于壳体运动的分离器分开。容积可变的气体贮存器包含呈开孔弹性体泡沫形式的柔性多孔填充物，该柔性多孔填充物填充气体贮存器以便当液体被泵送到蓄能器中时，使气体贮存器容积减小的分离器运动压缩填充物，并且当液体被转移出蓄能器时，填充物由于其固有的弹性而膨胀。当被压缩时，填充物从气体带走一些热量从而降低其升温，并且当膨胀时，填充物将热量返回到气体从而减少其冷却。在气体与填充物之间的热交换期间，填充物孔的小尺寸(大约1mm)使温度梯度减小数百倍，并且在气体压缩和膨胀期间显著地提高热交换的可逆性。填充物的多孔结构防止气体与气体贮存器壁的对流热交换，由此使向气体贮存器壁的热传导以及相应的能量损失减少许多倍。因此，实际上在压缩期间由气体给予填充物的所有热量在膨胀期间均返回到气体，恢复效率显著增加[5]、[6]。
泡沫热容量能够以泡沫浸有的蜡的比熔解热(Tmelt＝30-40℃)为代价而增加[5]。
上述解决方案的一个弊端就是，在连续工作的情况下泡沫弹性体的疲劳劣化，导致其弹性特性的劣化以及残余变形的发展。结果，填充物丧失了其再成形并且填充气体贮存器的整个容积的能力，恢复效率降低。在试验[8]中，在已运转36000次(400个小时)慢(0.025Hz)压缩和膨胀循环的活塞式蓄能器中，可观察到累积的残余变形达到填充物初始容积的四分之一并且液力损失逐渐增加。在使用强烈间歇的自由活塞式发动机[10]和相控液压变速器[11]的液压混合动力汽车[9]中，以及在具有压力共轨的液压系统中，由于高频脉动而使分离器以特别强烈的频繁猛拉不均匀地运动，所以在实际的液压系统中泡沫劣化显著地加强。由于这种猛拉分离器的振动冲击，填充物的邻近分离器的边界层受到最高的载荷而毁坏。对于从分离器将要传送到填充物的全部质量的加速度而言，填充物的弹性不足。如果分离器振动的振幅与小孔的尺寸相当，则边界层被压碎而破坏，之后是下一层的毁坏。在泡沫的边界层上的类似的毁坏性冲击是由液压冲击造成的。在增加的温度下使用，典型的移动应用也加速了泡沫劣化的进程。
此外，在工作气体的充气和排气期间，在上述蓄能器中可靠性得不到保证。现有泡沫的解理应力很小，大约是0.1至1MPa。在快速充气和排气的过程中，在泡沫中可能出现相当大的局部压降，特别是在气流密度最高的气口附近。这将造成泡沫毁坏。在充气期间，泡沫能够被损坏并且在气口附近能够形成腔体。在排气期间，泡沫能够被流入气口的气体拖拽，这既造成了泡沫损失和腔体的形成也造成了气口的单向阀和减压阀的失效。
由于上述弊端，在可靠且耐用的蓄能器的工业生产中，一直未能实现通过以泡沫填充气体贮存器来提高恢复效率，这早在1973年就已经被提出[5]。
发明内容
本发明的目的是防止在液力恢复的多个周期期间柔性多孔填充物的残余变形的发展，并且消除填充物材料劣化对恢复效率的影响，防止在分离器带有强烈猛拉的不均匀运动的情况下填充物的毁坏，防止在工作气体充气和排气期间填充物材料毁坏和损失以及蓄能器气口的损坏，并在升高的环境温度下延长工作寿命，因此制造出一种持久且可靠的用于高效液力恢复的液压气动贮存器。
为了实现这个目标，提出了一种液压气动蓄能器(以下称为蓄能器)，该蓄能器包括壳体，所述壳体包括与液口相连接的容积可变的液体贮存器和与气口相连接的容积可变的气体贮存器。这些气体和液体贮存器通过能相对于壳体运动的分离器分开。所述气体贮存器包括填充该气体贮存器的柔性多孔填充物(以下称为填充物)，从而分离器使气体贮存器容积减小的运动压缩该填充物。
通过将填充物与气体贮存器的内壁相连接，当分离器移动而增加气体贮存器的容积时填充物能够伸展，实现了防止填充物的残余变形的发展和消除填充物材料劣化对能量恢复效率的影响的目标。这样，在压缩以后，填充物被迫通过利用被压缩的气体在膨胀期间移动分离器的弹性来再成形，所述分离器拉动附接到该分离器上的所述填充物并且使该填充物伸展。
为了防止造成邻近分离器的填充物的边界层的疲劳失效和破裂，并且由此实现在所述分离器带有强烈猛拉的不均匀运动的情况下防止填充物毁坏的目标，所述蓄能器包括：
保护填充物边界层以防破裂的装置(以下称为保护装置)，该装置在所述分离器猛拉的情况下能够减小所述填充物边界层的局部变形。
优选的是将这些保护装置实施为，能够在分离器的最大猛拉下将填充物延伸的局部变形减小到处于可逆变形的预定极限以内的值。
可逆变形的预定极限取决于填充物的多孔材料的选择，并且取决于这种材料与气体贮存器的最大容积对应的在先变形。
填充物优选地由具有开孔的泡沫弹性体制成，例如泡沫聚氨酯或泡沫乳胶。
在优选从耐用性观点出发的实施方式中，填充物以这种方式制造：在气体贮存器的最大容积下，填充物的多孔材料应该沿着分离器运动的方向被压缩到低于5的预定预压缩程度。在这种情况下，可逆延伸变形的极限被预设为这样的相对延长，在该相对延长下，能够恢复未变形的多孔材料的小孔的初始尺寸。
分离器猛拉力以分离器的加速运动的动力学为特征，并且确定了当填充物被分离器拖拽成加速运动时邻近分离器的填充物边界层上的载荷。分离器加速度越高并且分离器以该加速度运动的振幅越大，猛拉力就越大。
分离器的最大猛拉力可以通过操作条件来限制，例如通过液压系统中的脉动的频率和振幅来限制。
对于优选广泛应用的蓄能器的实施方式而言，分离器的最大猛拉力对应于蓄能器的最大可能液流上升速率，该最大可能液流上升速率是在液压系统中在从最大值到大气压力的瞬时压降时的液流上升速率。
本发明提供了保护装置的气动或弹性实施方式及其结合。
在气动实施方式中，保护装置包括至少一个气动屏障，该气动屏障被制成为在分离器附近、在超过填充物边界层的小孔的平均尺寸的选定距离处横交于分离器猛拉的方向，并且沿着分离器运动方向的选定气体渗透率小于填充物的多孔材料的平均气体渗透率。所述气动屏障防止被该气动屏障分开的层之间的压力平衡；屏障的气体渗透性越低，并且这些层的膨胀或压缩速度之间的差值越大，则所述屏障的作用就越强。随着分离器猛拉变得更强，在气动屏障处渐增的压降提供了屏障和邻近的填充物层的更大加速度，由此使邻近分离器的填充物边界层上的载荷减轻并且使该填充物边界层的局部变形减小。
所提出的是独立式实施方式的气动屏障，该气动屏障呈具有孔的膜的形式。
所提出的还有分布式实施方式的气动屏障，该分布式实施方式的气动屏障被制成为一组连接小孔的低渗透性的导管。优选的是使所述填充物在该填充物的整个体积内具有渗透性不均匀的导管，即在分离器附近具有降低的渗透率而在气口附近具有增加的渗透率。
在弹性实施方式中，保护装置包括至少一个弹性元件，该弹性元件将分离器与填充物的内层相连接，这些内层远离分离器达选定深度，该选定深度超过填充物边界层的小孔的平均尺寸。
所提出的是独立实施方式的弹性元件，该弹性元件呈能弹性延伸的聚合物带或者金属弹簧的形式。在活塞式蓄能器中，这种弹性元件被固定到分离器和壳体二者上。
所提出的还有弹性元件的分布式实施方式，该弹性元件在填充物的边界层中的小孔之间呈加强网的形式，其中该加强网越靠近分离器该加强网的弹性越高。例如，通过降低孔隙率并且提高边界层中的多孔材料的密度，或者通过在边界层的小孔中注入更有弹性的聚合物材料，而使该网加强。
防止在工作气体排放时的填充物材料的损失和增加蓄能器的气口的操作可靠性的任务是通过如下来实现的：通过过滤器使气口与填充物分离，该过滤器能够将气体传送到气口中并且不从蓄能器的气体贮存器中将填充物材料传送到气口中例如使填充物呈膜的形式，并且使该填充物的小孔的平均尺寸不超过填充物的小孔之间的网的平均厚度，并且使膜孔之间的平均距离小于填充物小孔之间的导管的平均横截面尺寸，而使气口与填充物分开。
防止在充气与排气期间填充物材料损坏和损失的目标是通过如下来实现的：气口包括限流器，该限流器能够限制流过气口的气体，从而在打开气口的情况下压降超过填充物的不同区域之间的最大压差，优选为10倍以上。所提出的既有独立实施方式也有整体实施方式，在独立实施方式中，独立的限流器的形式为通过来自填充物的过滤器而被分开的节流阀，在整体实施方式中，过滤器如上所述能够限制气流，例如该过滤器的形式为具有增加的气动阻力的三维固体多孔结构。
在优选从充气和排气速度的角度出发的蓄能器实施方式中，气口附近的填充物被制成为具有超过填充物的多孔材料的平均渗透率的增大的气体渗透率，该增大的气体渗透率补偿了在充气和排气期间在气口附近增大的气流密度，并且降低了填充物中的压降。所提出的既有在填充物中具有独立排放导管的填充物实施方式，也有分布式实施方式，在该分布式实施方式中，气口附近的填充物由在小孔之间具有增大截面的导管的多孔材料制成。
所提出的还有在气口附近具有增大的弹性的填充物实施方式，例如，在此区域中的填充物由更致密但具有增大的小孔尺寸和在小孔之间的导管截面的多孔材料制成。
为了延长由泡沫弹性体制成的填充物在增加的环境温度下的使用寿命，提出如下实施方式，其中该填充物包括在最大环境温度与使用该填充物的最大许可温度之间的温度范围内发生相变的材料。例如，填充物浸透有熔化温度在80℃和120℃之间范围内的碳氢化合物。
在下面给出的实施例中描述了本发明的更多细节并且这些细节通过附图示出，其中：
图1以扇形部的阶梯剖示出具有呈活塞形式的分离器和气动保护装置的蓄能器；
图2以轴向截面示出具有呈囊状物形式的弹性分离器以及气动和弹性相结合的保护装置的蓄能器；
图3以轴向截面和在垂直于旋转轴线的平面中的截面示出具有呈膜形式的弹性分离器和弹性保护装置的蓄能器；
图4以扇形部的阶梯剖示出具有呈活塞形式的分离器以及气动和弹性相结合的保护装置的蓄能器。
图1至图4的液压气动蓄能器包括壳体1，该壳体具有与液口3连接的容积可变的液体贮存器2以及与气口5连接的容积可变的气体贮存器4。这些容积可变的气体和液体贮存器通过分离器6分开。气体贮存器4包括填充气体贮存器4的填充物7，从而分离器6使气体贮存器4的容积减小的运动压缩填充物7。填充物7与气体贮存器4的内壁连接即与壳体1连接，并且与分离器6连接，在分离器6使气体贮存器4的容积增大的运动期间可能使填充物7伸展。在图1和图4中的活塞式蓄能器中，填充物粘接到安装在分离器6上的缓冲插入件8上。在图2的囊式蓄能器中以及在图3的膜式蓄能器中，填充物直接粘接到弹性分离器6以及与该弹性分离器连接的弹性元件9上。在所有上述的蓄能器中，填充物7粘接到安装在壳体1上的壳体插入件10上。
为了液力恢复，通过气口5对蓄能器(图1至图4)进行预充气，该蓄能器经由液口3而与液压系统连接。在能量从液压系统传送到蓄能器期间，液体通过蓄能器的液口3被泵送到蓄能器的液体贮存器2中，分离器6被移动从而减小气体贮存器4的容积并且使其中的气压和温度增加。气体将部分热量给予填充物7，这使在压缩时的气体热量减少；由于小孔的尺寸小，气体与网(web)的气体热交换是可逆的，孔网与小孔中的气体之间的温差很小。在液力储存于蓄能器中的储存期间，减小的气体升温减少了由于热传导性而对壳体的壁的热传导，所以热损失很小；并且由于多孔结构，在填充物中不会出现向壳体的壁的对流热传导。当能量从蓄能器返回到液压系统时，被压缩的气体膨胀并且分离器6被移动，从而减小液体贮存器2的容积并迫使液体通过液口3流出液体贮存器2进入到液压系统中。分离器6拖拽附接到该分离器上的填充物7，以确保该填充物的再成形并且用填充物的多孔材料完全填充膨胀的气体贮存器。由于气体和填充物7的孔网之间的距离保持很小，填充物有效地将接收到的热量返回到气体。因此，蓄能器将从液压系统接收到的液体能量实际上没有任何损失地返还到液压系统中，同时通过利用压缩气体的弹性在压缩气体膨胀期间移动分离器6，而分离器6拉动附接到该分离器上的填充物7并且使填充物延伸以防止残余变形的发展，促使了在每个恢复周期中填充物7的再成形，而不管材料的弹性特性和材料的劣化。
为了防止促成邻近分离器的填充物边界层中的疲劳失效和破裂的过剩变形，并且由此解决在强烈猛拉分离器的不均匀运动期间防止填充物毁坏的问题，蓄能器包含保护装置，该保护装置能够在分离器的猛拉时减小填充物边界层的局部变形。本发明提供了保护装置的气动或者弹性实施方式以及它们的结合。图1的蓄能器具有气动保护装置，图3的蓄能器具有弹性保护装置，而图2和图4的蓄能器具有气动和弹性相结合的保护装置。
在图1的活塞式蓄能器中的保护装置包括呈膜11形式的气动屏障，该气动屏障具有横交于分离器6的运动方向定位的孔12。
图2的囊式蓄能器包括气动和弹性相结合的保护装置。在分离器运动振幅小的区域(即，靠近气口5)中，所述保护装置是弹性元件9，这些弹性元件的厚度随着穿入填充物材料中的深度而减小。弹性元件9由与分离器6自身相同的弹性聚合物材料形成在分离器6上。在其它实施方式中，弹性元件可以被制成为小孔之间的网的形式，并且在分离器附近具有超过填充物小孔之间的网的平均弹性的增加的弹性。在这种情况下，通过减小多孔填充物的材料的孔隙率和增大密度，或者通过浸透有弹性胶，而使边界层中的网的弹性增加。
在分离器6运动的高振幅区域中，填充物7还设置有呈气动屏障形式的气动保护装置，该气动保护装置被制成为一组膜11，该膜具有横交于分离器6的运动方向而定位的孔12。
图1和图2中的膜11距分离器6越远，渗透率以及膜之间的距离越大。在图1中，填充物7的多孔材料的邻近层被粘接到由聚合物薄膜制成的膜11。在图2中，填充物7的多层多孔材料通过弹性胶被粘接在一起，从而在这些层之间形成弹性膜11。
在图1和图2的蓄能器中，可以使气动屏障分散，即作为连接填充物7的小孔的渗透率减小的一组导管。在这种情况下，优选的是使填充物7在其整个体积中具有渗透率不均匀的导管，即在分离器6附近渗透率减小并且在气口5附近渗透率增加。
在图3的膜式蓄能器中，保护装置包括呈同心波纹管形式的由弹性聚合物材料制成的弹性元件9，使得随着距分离器的距离增加，管壁的厚度减小同时折皱曲率增加，这确保了弹性的平稳减小。填充物7被粘接到分离器6、弹性元件9以及安装在壳体1上的壳体插入件10上，在该壳体插入件和壳体之间具有收集器接头间隙(collector gap clearance)13。
在图4的活塞式蓄能器中，保护装置包括一组弹性膜14，这些弹性膜具有横交于分离器6的运动方向定位的孔15并且被结合到多层板簧16中，该多层板簧在一侧附接到分离器6上并且在另一侧经由壳体插入件10而附接到壳体1上。填充物7的多孔材料的邻近层粘接到弹性膜14上。弹性膜14优选地由金属制成，并且同时既是气动屏障也是弹性元件。在气口5附近由于孔15的直径和数量增加，弹性膜的气体渗透率增加。
当蓄能器作为具有高频率脉动或者高流动增速以及高液压冲击的液压系统的一部分而操作时，分离器6不均匀地运动，并且强烈的猛拉引起在邻近分离器6的边界层中填充物7局部延伸或压缩变形。在蓄能器的高的液流上升速率下，例如由于液压系统中的急剧压降，分离器6拖拽着附接到该分离器上的填充物7以很大的加速度射向液口(在图1和图4中的上方，在图2和图3中的上方和侧面)。
图1、图2、图4的气动保护装置按如下工作。由于在上述各气动保护装置上的膜11或14的高气动阻力，在面对分离器6的一侧出现负压而在相反一侧出现过压。产生的压降朝向分离器6推动各个膜11或14，并且膜拖拽填充物7的邻近层，从而减小填充物边界层上的载荷以及边界层的局部伸展变形，从而使延伸向填充物的深度中分布。膜距分离器的距离越大，渗透率以及膜之间的距离越大，这确保了膜和填充物的多孔材料的连接层的加速度的平稳减小，从而确保了变形的均匀分布并且防止了在边界层和填充物的体积二者中的过剩变形。以类似的方式，当分离器沿着相反方向猛拉时，压降推动膜11或14远离分离器6，这降低了边界层中的局部压缩变形。
图2至图4的弹性保护装置如下工作。当分离器以强烈的猛拉不均匀地运动时，蓄能器的弹性元件以加速运动拖拽填充物的多孔材料的邻近层，该加速运动使加速度和相应的惯性载荷以及变形更深入地分布到填充物中，由此减小填充物的边界层的局部变形。如图2、图3所示，随着距分离器的距离增加，弹性元件9的弹性减小，或者如图4所示，弹性元件以多层板簧16的形式与壳体连接，确保了填充物的多孔材料的连接层的加速度的平稳降低，这确保了变形的均匀分布并且防止了在边界层和填充物的体积二者中的过剩变形。
在上面给出的所有实施方式中，优选的是提供这样的保护装置，该保护装置能够在分离器的最大猛拉下将填充物延伸的局部变形减小到不超过可逆变形的预定极限的值。
分离器6的最大猛拉力可以通过操作条件来限制。例如，如果蓄能器将被用在具有自由活塞式发动机的液压混合动力汽车中，则发动机位移冲程的工作量和最大频率确定了分离器运动的最大加速度和振幅以及分离器的最大猛拉力。当蓄能器以若干脉动源和载荷工作时，例如在压力共轨中，最大猛拉力被确定为所有源和载荷的总和。
对于通用的蓄能器，优选的是通过在液压系统中在从最大压力到大气压力的瞬时压降时蓄能器的最大可能液流上升速率，确定分离器的加速运动的加速度和振幅以及分离器的最大猛拉力。
首先，通过蓄能器的液口3的液压气动特性，来确定蓄能器的最大液流上升速率。在图2和图3的蓄能器中，液口3包括限制液流及其上升速率的提升阀17，该提升阀降低了分离器的最大猛拉力。在图3的膜式蓄能器中，使得具有提升阀17的液口3具有允许仅仅实施弹性保护装置的液流限制水平。
可逆变形的预定极限取决于填充物的多孔材料的选择以及这种材料的与气体贮存器的最大容积对应的初始变形。
优选的填充物由泡沫开孔弹性体例如泡沫聚氨酯或者泡沫乳胶制成，具有从十分之一毫米到几毫米的小孔。从耐用性的观点来说，填充物优选地被制成为，使得在气体贮存器的最大容积下，填充物的多孔材料沿着分离器运动的方向以低于5的预定预压缩程度被压缩，同时可逆变形的极限被确定为相对延长，在该相对延长下，能够恢复未变形的多孔材料的小孔的初始尺寸。例如，如果对于小孔尺寸为1mm的填充物的预压缩程度选择为等于1.8，充气压力为9MPa，则在10MPa的液压系统的最小压力下，小孔能够延伸两倍(从0.5到1mm)，并且在25MPa的压力下，延伸高达5倍(从0.2到1mm)。被压缩的小孔延伸到不超过初始尺寸的尺寸防止了孔网出现不可逆的周期性延伸、变薄以及破裂。
在填充物的多孔材料的已知密度和弹性的情况下，基于可逆变形的预定极限以及分离器的最大猛拉力，来分别选择气动屏障或弹性元件的数量、形状和布置，以及它们各自的渗透率或弹性。分离器的猛拉越强，可逆变形的极限越低，需要的气动屏障或弹性元件越多，它们之间的层厚度越小；前提是在分离器附近气动屏障的渗透率更小，而弹性元件的弹性更高，并且弹性元件穿入填充物中的深度较大。
由此，在分离器的任何猛拉下，都不会出现填充物的多孔材料的不可逆的局部伸展，这防止了填充物的毁坏。
为了防止填充物材料在充气与排气时的损坏和损失，并且为了增加图1至图4中蓄能器中的气口的操作可靠性，在壳体插入件10与气口5之间安装了过滤器18。该过滤器由这样一种多孔材料制成，该材料能够传送气体并且捕获填充物材料并且限制充气和排气时的气流，从而在打开气口时其压降超过填充物不同区域之间的最大压差的10倍以上。还可以提供具有独立气流限制器的实施方式，该气流限制器呈通过过滤器与填充物分开的节流阀的形式，该过滤器能够传送气体并且不将填充物材料从蓄能器的气体贮存器传送到气口中，例如呈膜的形式，该膜的小孔的平均尺寸不超过填充物小孔之间的网的平均厚度，并且膜孔之间的平均距离小于填充物小孔之间的导管的平均横截面尺寸。
为了增加气口5附近的填充物7中的气体渗透率，设有排放导管19，这些排放导管越深入填充物材料，它们的截面越小。通过壳体插入件10中的孔20，排放导管或者直接地或者经由收集器接头间隙13而与过滤器18连通。
在所有上述的蓄能器中，所提出的还有排放导管19的分布式实施方式，其中气口5附近的填充物7由多孔材料制成，并且孔之间的导管的截面增大。
在所有提到的蓄能器中，优选的填充物在气口5附近具有较高的弹性，即其由更密集但小孔尺寸和小孔之间的导管截面增大的多孔材料制成。
在充气和放气时对于气流的限制减小了填充物的不同部分之间的总压降，同时排放导管19与壳体插入件10中的孔20以及壳体插入件和壳体1之间的收集器接头间隙13一起均匀地分布内部气流以及相应的压力梯度，以防止气口附近的填充物多孔材料的毁坏。气口附近的填充物材料的增加的弹性允许以高速排气和充气。在排气期间，过滤器18保持填充物的多孔材料，以防止其被拖拽到气口中并且确保填充物的长的使用寿命以及气口的可靠性。
蓄能器可以具有附加的紧急释放气口。在这种情况下，该附加的气口设置有与主气口相同的防止填充物材料损坏和损失的装置。
在活塞式蓄能器中(图1、图4)，保护装置还用来防止在蓄能器组装期间以及在分离器6转动时填充物7的扭曲，这在填充物运动期间是可能的。例如，通过使缓冲插入件8或壳体插入件10分别能够相对于分离器6或壳体1旋转，防止了扭曲。
活塞式蓄能器可以具有带有腔室和膜的活塞，活塞中的膜将腔室分隔成液体部分和气体部分，液体部分和气体部分通过活塞中的窗口分别与液体贮存器和气体贮存器连通。在这种实施方式中，填充物在活塞窗口附近具有较高的弹性和渗透率，这确保了在膜的波动下填充物材料的保留以及在腔室和气体贮存器之间的良好气体交换。
为了延长在升高的环境温度下的使用寿命，以上提到的任何蓄能器均优选地由这样的填充物制成，该填充物包括在最大环境温度与使用该填充物的最大许可温度之间的温度范围内发生相变的材料。例如，填充物浸透有熔化温度范围在80℃和120℃之间的碳氢化合物。在高的环境温度下，例如在40-60℃下，在压缩期间气体和填充物的温度上升直到达到相变温度。此后，熔化的碳氢化合物吸收大量的热，以降低热度并且防止对于填充物材料有害的温度。
由此，所提出的解决方案：
在具有引起分离器强烈猛拉的高的液流上升速率和液压冲击的液压系统中在液压气动蓄能器的操作期间，防止绝热填充物的多孔材料的毁坏和劣化；
在工作气体充气与排气时确保保护填充物材料不受毁坏和损失并且保护蓄能器的气口不被损坏；结果所提出的蓄能器即使在升高的温度下也具有高的效率、可靠性、和长的使用寿命。
上述的实施方式是实现本发明的主要构思的实施例，还可构想未在此详细描述的多个其它的实施方式，例如在一个壳体中包括一个容积可变的气体贮存器和若干容积可变的液体贮存器的蓄能器的实施方式。
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Claims (17)

1.一种具有柔性多孔填充物的液压气动蓄能器，该液压气动蓄能器包括壳体，该壳体具有与液口连接的容积可变的液体贮存器和与气口连接的容积可变的气体贮存器，其中所述容积可变的气体贮存器和所述容积可变的液体贮存器通过能够相对于所述壳体运动的分离器而分开，并且所述气体贮存器包括填充所述气体贮存器的柔性多孔填充物，从而所述分离器的使所述气体贮存器的容积减小的运动压缩所述填充物，其特征在于，所述填充物与所述气体贮存器的内壁连接，在所述分离器的使所述气体贮存器的容积增加的运动下，所述填充物能够伸展。
2.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，所述填充物包括保护填充物边界层以防破裂的装置，该装置在所述分离器猛拉的情况下能够减小邻近所述分离器的所述填充物边界层的局部变形。
3.根据权利要求2所述的蓄能器，其中，保护所述填充物边界层以防破裂的所述装置被制成为能够在所述分离器的最大猛拉下将所述填充物延伸的局部变形减小到不超过可逆变形的预定极限的值。
4.根据权利要求3所述的蓄能器，其中，所述填充物被制成为使得在所述气体储存器的最大容积下，所述填充物的所述多孔材料沿着所述分离器运动的方向被压缩到优选低于5的预定预压缩程度，同时可逆延伸变形的极限被预定为这样的相对延长，在该相对延长下，能够恢复未变形的所述多孔材料的小孔的初始尺寸。
5.根据权利要求3所述的蓄能器，其中，所述分离器的所述最大猛拉力由所述液体贮存器的最大可能液流上升速率来确定，该最大可能液流上升速率是在与所述蓄能器连接的液压系统中在从最大值到大气压力的瞬时压降下会引起的液流上升速率。
6.根据权利要求2所述的蓄能器，其中，保护所述填充物边界层以防破裂的所述装置包括至少一个气动屏障，所述气动屏障被制成为在所述分离器附近、在超过所述边界层的所述小孔的平均尺寸的选定距离处横交于所述分离器猛拉的方向，并且沿着所述分离器运动方向的选定气体渗透率小于所述填充物的所述多孔材料的平均气体渗透率。
7.根据权利要求6所述的蓄能器，其中，所述气动屏障制成为具有孔的膜的形式。
8.根据权利要求6所述的蓄能器，其中，所述气动屏障被制成为一组连接所述小孔的导管，所述导管在所述分离器附近具有减小的渗透率。
9.根据权利要求2所述的蓄能器，其中，保护所述填充物边界层以防破裂的所述装置包括至少一个弹性元件，所述弹性元件将所述分离器与所述填充物的内层相连接，这些内层远离所述分离器达选定深度，该选定深度超过所述填充物边界层的所述小孔的平均尺寸。
10.根据权利要求9所述的蓄能器，其中，所述分离器和所述弹性元件由相同的弹性材料制成。
11.根据权利要求9所述的蓄能器，其中，所述分离器以活塞的形式制成，而所述弹性元件以与所述蓄能器的所述分离器和所述壳体相连接的金属弹簧的形式制成。
12.根据权利要求9所述的蓄能器，其中，所述弹性元件被制成为在所述小孔之间的一组壁，所述壁在所述分离器附近具有增加的弹性，该增加的弹性超过在所述填充物小孔之间的壁的平均弹性。
13.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，所述气口通过过滤器而与所述填充物分开，该过滤器能够将气体从所述气体贮存器传送到所述气口中并且捕获填充物材料。
14.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，所述气口包括限流器，该限流器能够限制通过所述气口的气流，使得在打开气口时在所述限流器上的压降超过所述填充物的不同空间之间的最大压力差，优选超过10倍以上。
15.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，在所述气口附近的所述填充物被制成为具有增加的气体渗透率，该增加的气体渗透率超过所述填充物的所述多孔材料的平均渗透率。
16.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，所述填充物被制成为在所述气口附近具有增加的弹性。
17.根据权利要求1所述的蓄能器，其中，所述填充物包括在最大环境温度与使用所述填充物的最大许可温度之间的温度范围内发生相变的材料。
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