CN111033075A - 用于压缩空气系统的承压体 - Google Patents

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Abstract

一种用于压缩空气系统的承压体(1)，承压体由塑料材料制成，其中，承压体(1)包括外部的包套结构(4)和内部的加强结构(5、6)，其中，包套结构包括多个并排布置的且成凸形的区段(4)，该区段形成承压体(1)的壁的一部分。

Description

用于压缩空气系统的承压体
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的承压体。
背景技术
从专利文献DE 10 2016112 307 A1中已知一种用于空气弹簧系统的空气弹簧盖形式的压力容器。该压力容器包括空心的基体，基体具有内容积。在基体的周向壁中设置开口，附加体可插入到该开口中。为了能改变承压体的容积，附加体在基体中的位置可移动。根据附加体固定在基体中的哪个位置中，设置确定的容积。因此，在制造中可通过相同的构件实现具有不同容积的空气弹簧盖。
已知的是，这种空气弹簧盖使用在例如从专利文献DE102012012902A1中已知的空气弹簧支柱中。
此外，对空气弹簧支柱的空气弹簧盖提出不同的要求：
a)封闭空气弹簧的压力密封的内腔，
b)将整个空气弹簧支柱连接到底盘上，
c)提供空气弹簧的弹性作用的内容积的一部分，以及
d)固定地且压力密封地接纳其它附件。
为了实现压力密封地封闭空气弹簧，空气弹簧盖必须为卷动折叠部提供卡紧底部，卷动折叠部充分固定地且压力密封地连接在卡紧底部上。此外，空气弹簧盖自身必须保证在机动车车身上的压力密封的且固定的连接，并且为其它附件，例如空气接头、附加容积、减振器轴承、剩余压力保持阀提供压力密封的且固定的接纳。
作用到空气弹簧支柱的空气弹簧盖上的力通过弹性作用的盖腔的内侧压力加载的气体力产生，该气体力通过变化的压力分成静态的和动态的份额。此外，在减振器(减振器轴承)的连接点上，动态的、与弹簧速度相关的压力和拉力作用到空气弹簧盖上。该压力和拉力作为限制弹力的力，通过在空气弹簧盖的减振器轴承壳体中的减振器的拉力止挡部产生。
为了提供弹性作用的空气弹簧容积，空气弹簧盖必须尽可能好地与空气弹簧的底盘侧或轴侧的可供使用的结构空间匹配，以由此利用其外套提供所需的容积量。对于在一次性固定外形状时空气弹簧的最大内容积，空气弹簧盖的内形状应尽可能相应于该外形状。这意味着，空气弹簧盖提供的容积越大，空气弹簧盖一方面越能适应性地与底盘中存在的结构空间相匹配，并且另一方面具有的壁厚越小，从而还满足强度要求。
然而，最优地满足对空气弹簧盖的要求a)至c)需要相反的措施。在空气弹簧的结构中，必须在强度、容积和可加工性之间折中。
在可加工性方面，一方面，所选择的制造和连接方法(例如板变形，(注射)注塑或者切削加工，与例如螺栓连接，粘接或焊接相结合)尤其是限制了盖几何结构的经济性上可接受的适应性。另一方面，所选择的材料限制了可能的壁厚，从而还能保证强度和压力密封性。
在空气弹簧盖的内部中出现的力像气球那样吹起空气弹簧盖，相反地，被引导的减振器的拉力和压力在减振器轴承壳体的底板和盖在底盘或车轴上的旋接点之间在直接的线中作用。由此，这两种负载形式的两个基本上不同的承载机构彼此相对。
内压力的力通过空气弹簧盖的包套结构的膜片作用承受(在没有出现压力差的情况下，布置在空气弹簧盖的内部中的构件不参与)，并且被引导的附加弹簧或减振器轴承力沿着在减振器轴承壳体的中间底板和底盘侧的固定点之间最短的连接线作用，并且理想地通过拉力/压力杆传递。
已知的是，膜片承载作用以面的局部弯曲为基础，从而当形成具有更小的曲率半径的承载的膜片面时，产生更小的材料负载。相反地，当基本结构尽可能直线地跟随力的作用线时，在拉力/压力杆中产生更小的材料负载。于是从结构机械方面残留的最小负载必须通过相应的材料横截面承受。
如果盖结构与这种结构原理不同，例如由于包套结构不具有均匀地具有小的直径的弯曲的形状而是具有例如具有角形或凹点等的形状，或者由于包套结构简单地仅仅是圆柱形的(仅仅在一个方向上的弯曲)、平的(没有弯曲)或者椭圆形的(剧烈变化的弯曲)，或者由于拉力/压力杆不是直线地从减振器轴承壳体的中间底板指向在底盘(或车轴)上的旋接点而是代替地例如是弯曲的，那么在设计时必须通过相应地更多投入材料补偿每个与所述结构原理的偏差，因为必须平衡通过与可能的最小材料负载的偏差引起的紧接着附加地出现的材料负载。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于压缩空气系统的承压体，该承压体在尽可能小的重量下具有最优的强度并且具有尽可能大的承压容积。
本发明提出的目的通过独立权利要求所述的特征实现。
根据本发明，提供一种用于机动车的压缩空气系统的承压体，承压体由塑料材料制成，其中，承压体包括外部的包套结构和内部的加强结构，其中，包套结构包括多个并排布置的且成凸形的区段，这些区段形成承压体的壁的一部分。
通过将承压体的壁的一部分分割成多个成凸形的区段，实现如下承压体，即，该承压体即便在小的壁厚时能承受高的内压力。在此，区段理解成承压体的壁的一部分的相应的如下部分区段或者部分区域，即，其突出之处在于其特殊的造型。在区段的横截面中，该特殊的造型被视为凸形的。也就是说，该造型向外拱起或者倒圆。通过多个拱起的区段彼此相接，形成承压体的壁的至少一部分。
本发明专注于，在使用塑料材料和与此相关的制造过程的范围中实现减小构件负载。通过包套结构的区段的造型，更好地利用了制造方法(例如注塑和焊接)的潜力并且降低了制造成本。
根据一种优选的实施方式，由区段形成的壁在周向上围绕承压体的纵轴线构造。该壁可理解成周向壁。承压体的套主要通过分段的壁构成。
优选地，承压体包括第一和第二半壳，其中，承压体由两个半壳组成。至少一个半壳或者同样另一半壳的壁通过分段的包套结构形成。在此，第一和第二半壳可向上或向下敞开，并且借助于另一几何的形状封闭。也就是说，半壳例如被板覆盖。半壳也给出用于在连接区域上连接压力密封部的另一构件的连接区域。
根据另一优选的实施方式，加强结构至少包括多个向内指向的加强肋和至少一个加强元件。给出的包套结构和加强肋减小了特殊的材料应力，从而带来材料节省和承压体的破裂强度提高。此外，显著减小了构件重量。
加强元件是环绕的多边形并且由相互连接的直线的元件或支柱组成。
优选地，加强肋分别一方面与壁的内侧相连接并且另一方面与加强元件相连接。由此，加强元件与包套结构相连接并且由相同的塑料材料制成。加强肋作用在多边形地成型的加强元件的角部上。
优选地，加强肋和加强元件由半壳的塑料材料形成。附加地，另一半壳同样具有加强肋，该加强肋是另一半壳的加强肋的扩展。在制造技术上有利地，加强元件由半壳中的仅仅一个制成。
尤其优选地，加强肋分别连接在区段与相邻区段的连接区域中。在横截面中观察，一个区段的弯曲部与相邻的区段的弯曲部相交。一个区段与相邻区段的连接区域位于弯曲线的该交点中。壁的材料应力汇聚在该连接区域中，并且被引入加强肋中。加强肋是用于应力的拉杆并且可以有利的方式承受该应力。
优选地，区段通过连接区域相互连接，或者区段直接彼此相接地相互连接。
根据另一优选的实施方式，成凸形的区段的半径小于包套结构的外半径。应始终如此确定成凸形的区段的半径，即，该半径小于包套结构的最大可能的外直径的外半径。通过几何形的设计方案，可通过承压体的壁实现多个成凸形的区段。
根据另一优选的实施方式，承压体是空气弹簧支柱的空气弹簧盖。这种分段式空气弹簧盖减小了空气弹簧支柱的总重量，并且同时增大了弹性作用的容积。因为分段的形式，实现了更小的壁厚，由此在相同的外直径时实现更大的内容积。
由于塑料注塑方法和焊接方法的简化的制造方法，也可根据批量制造按尺寸定制空气弹簧盖。由此，通过盖的部分组件(例如上外壳，下外壳，加强嵌入部，支撑环)相互兼容并且可根据应用要求设计成可模块化地彼此更换，辅助了产品系列中的标准化。提高或以至此不可能或者非经济性的方式实现了盖与不同结构空间(在径向或者轴向两个方向上的隆起，角部，椭圆度)匹配的可变性。此外，通过所公开的结构形式简化了空气腔和切换阀的集成。
附加地，半壳包括用于连接空气弹簧支柱的卷动折叠部的卡紧底部。与此同时，另一半壳设置成用于接纳减振器轴承壳体。
根据另一优选的实施方式，承压体是连接在空气弹簧支柱上的附加蓄存器。通常直接连接到空气弹簧支柱上的附加蓄存器同样可根据分段式承压体实现。尤其由于小的重量和增大的容积，其是尤其合适的。
根据另一优选的实施形式，承压体是压缩空气系统的压缩空气蓄存器。优选地，压缩空气系统是空气弹簧设备或压缩空气制动设备。通常，该设备包括其中储备压缩空气的空气蓄存器/压力蓄存器。因此，空气弹簧设备或压缩空气制动设备的压力蓄存器也可根据分段式承压体的方式实施，其同样具有已经所述的优点。
一种承压体在用于机动车的压缩空气设备中的应用。
附图说明
从从属权利要求和以下根据附图对实施例的描述中得到本发明的其它优选的实施方式。其中
图1以横截面示出了第一示例的承压体，
图2以横截面示出了第二示例的承压体，
图3示出了包套结构的力路径和半径，
图4以立体图示出了作为空气弹簧盖的示例的承压体，以及
图5以立体图示出了作为压力蓄存器的示例的承压体。
具体实施方式
在图1中，以横截面示出了第一示例的承压体1。承压体由第一半壳2和第二半壳组成。在图1中，以截面图仅仅示出了第一半壳2。
由塑料材料制成的承压体1或其第一半壳2包括外部的包套结构和内部的加强结构。外部的包套结构至少通过第一半壳2的外壁构成。但是，显然也可通过未示出的第二半壳的外壁构成。
为了提供具有尽可能小的壁厚和尽可能大的内容积的承压体(其同时承受大的内压力)，将包套结构分割成多个成凸形的区段4。外部的包套结构或壁的成凸形的区段4给出在承压体套或者膜片套中的弯曲，承压体套或者膜片套也支撑在内侧的加强肋5上。
内部的加强结构至少通过多个加强肋5和一个加强元件6给出。加强肋5的引入实现了具有弯曲的包套结构，该包套结构承受在材料和承压体1的内压力中的应力。附加地，加强肋5提供径向定向的支撑作用。由此，套形不再是圆形的，而是附加地可弯曲。
具体地，代替圆形的、椭圆形的或圆柱形的承压体套的横截面，现在考虑具有多个成凸形的区段4的横截面。分别一个区段4包括比承压体套的半径(从承压体套的外直径中得到)更小的半径。区段4彼此相接并且显然由第一半壳2以及同样由第二半壳的塑料材料形成。在一个区段4与相邻的区段4的交点中，在内侧附接着加强肋5。加强肋5径向地向第一半壳2的内部汇聚到加强元件6处。由此，加强元件6给出用于所有与加强肋5的中心锚固点，这些加强肋从区段4的交点开始向内延伸。如加强肋5那样，加强元件6也由第一半壳2的塑料材料形成。
为了在图1的示例的承压体1中作为空气弹簧盖接纳减振器轴承接纳部8，设置加强元件6。多边形地成型的加强元件6用于省去通常在盆形的减振器轴承接纳部的壁上通入的加强肋5的连接。作为用于内部的支撑结构的形状，由多个或一个圆弧组成的外形对于加强元件6来说是不适宜的，因为在支撑在加强肋5中的应力时，在加强元件6中仅仅出现拉应力。因此，其设计成多边形。
图2以横截面示出了第二示例性的承压体1。
除了用于减振器轴承接纳部8的加强元件6，承压体还包括附加环7，空气接头9可定位在附加环7中。此外，以11示出示出了空气弹簧盖的规则的横截面，以更好地示出凸形的区段4的弯曲。在图2中，分别代表性地，仅仅一个区段4和仅仅一个加强肋5设有附图标记。
在该变型方案中，结合了可变的区段分布角，区段曲率和加强肋5，以实现更好地适应外轮廓并且实现对组件，例如气体接头9的接纳。所有这些都用于材料节省。
通过每个附加的区段4，在加强肋5中的膜片负载减小，对此，用于加强肋5的材料投入与其数量一起增加。由此，从在承压体套中确定数量的区段4开始可能出现的是，不再适宜每个区段件4都通过自己的加强肋5支撑。此外，与制造相关地，在加强肋5中常常也不能低于最小壁厚。于是，例如适宜的是，以Y形的形式或风扇形地将多个加强肋5的支撑结合成一个共同的加强肋5，随后该加强肋与内部支撑结构(加强元件6)相连接，例如这可在图2中看出。
该改进方案可串联地先后连接并且相互组合。例如，尤其是为了将单个区段4或者承压体套的非圆形的外轮廓的加强肋5的结合更好地与相应的或其它功能元件(空气接头9)集成，可不同地选择区段4的曲率。
例如，加强肋5分别设计成直线的并且在膜片套的拉应力方向上定向。由此，减小了加强肋5的负荷并且附加地节省材料。
图3示出了承压体的包套结构的示例的结构原理。
通常，用于压缩空气系统的承压体的包套结构在横截面中成圆柱形。这可以11看出。根据可供使用的结构空间，承压体的该圆形的外结构定义了包套结构的最大可能的外直径。
承压体套的主要几何结构通过半径R和壁厚tR确定。通过连续地布置的具有ρ＜R的较小的曲率半径ρ和tρ＜tR的较小的壁厚tR的凸形的区段4，实现了示例的包套结构。这种造型的优点在于，在包套结构的更小的局部曲率半径ρ时，应力σ也减小，并且整体可以更小的壁厚tρ＜tR应对。
通常，在承压体套直径的更或半径更大时，壁厚增加，也就是说变厚。为了在相同的内压力负载下将材料中的应力保持恒定，随着外直径增大，承压体套的壁厚也必须成比例地一起增大，以便在材料中的应力不超过材料强度。
可任意地继续具有多个剧烈弯曲的薄壁且通过加强肋5支撑的区段4的方法，直至通过越来越多的区段4彼此相接，显著降低套的负载，使得承压体套的剩余所需壁厚低于其可制造的最小壁厚(例如tρmin＝2mm)，因为由于材料的流动性能，在注塑时在物理方面限制了该壁厚。
在图4中，以从下方示出的立体视图示出了用于空气弹簧支柱的以空气弹簧盖的形式的承压体1。
承压体1包括第一半壳2和第二半壳3。在第一半壳2的下侧上，设置用于连接上部的卷动折叠部端部的卡紧底部10。
通过示例的凸形的区段4实现作为空气弹簧盖的承压体1的外部的包套结构。通过加强肋5和加强元件6给出位于内部的加强结构。在所示出的实施方案中，加强元件6由第一半壳2的塑料材料形成。内部的加强结构实现了扩大的造型和半壳2和3。
作为半壳2和3中的塑料材料，优选地使用热塑性的塑料。通过对相应的盖部件的个性化的强度要求并且通过对于连接优选的接合方法，确定材料选择。
因此，也可为半壳2和3使用不同的热塑性塑料，尤其是具有相似的熔点但是不同纤维填充物(例如PA6GF30和PA6.6GF50)的材料。该材料可良好地焊接并且更好地与特殊的要求匹配。备选地，也可为一个半壳使用热塑性塑料并且为另一半壳使用热固性塑料。
为了相应于膜片机械的结构原理，优选地以薄壁的实施方案制造空气弹簧盖的外壁。外壁具有以均匀的曲率表现的外部的结构形状，以由此在尽可能小的材料厚度下承载内压力。外壁接纳空气弹簧盖的功能性接口。例如，功能接口是减振器轴承壳体，锁环座或者用于固定减振器轴承壳体的封闭盖的螺纹，用于与卷动折叠部相连接的卡紧轮廓的几何结构，用于根据需要连接波纹折叠部的造型元件，用于根据需要连接气动的附加元件(附加容积、空气接头、剩余压力保持阀)的开口。
引入竖直延伸的加强肋5，带来整个空气弹簧盖的焊接性能的提高。优选地，第一和第二半壳2和3可通过焊接，粘接，形状配合或螺栓连接(最后两个选项与O型圈密封部相结合)气密地相互连接。
首先，在附加的接合过程中使两个半壳2和3相互连接成空气弹簧盖。作为高效的接合过程，考虑热塑性的焊接，因为除了部分外壳的材料配合且固定的接合之外，同时实现接合面的可靠的且气密的密封。如果没有足够的焊接面可供使用，那么在内压力过高时盖部件的焊接失效。
在纤维加强的塑料时，焊接连接的特殊的强度始终小于无干扰的材料区域的强度。其原因是由于焊缝而没有采用加强纤维，从与原理相关地，焊缝强度仅仅可位于聚合体的基础材料的强度的数量级。
现在，据此考察将上部的半壳3与下部的半壳2竖直地彼此撕开的内压力的基础负载。对于焊接的性能决定性的是焊接面的大小，因为可仅仅通过该面的大小平衡更小的特殊的焊缝强度。作为焊接面，没有内部肋部的盖套仅仅提供盖套的外轮廓在上部的和下部的盖部件2和3之间的分离平面中的环形截面。
此时增大焊接面的传统的方式在于使盖套的壁厚变厚。然而这是不利的。通过更厚的壁厚，损失内容积。盖套要求更高的材料投入，由此其更重且更贵。较厚的壁厚使注塑过程中的周期变长，并且由此附加地使制造成本变高。此外，较厚的壁厚更易于缩孔的形成。
此外，在给定结构空间时，局部向外的加厚需要将盖套缩进加厚的量，结果是更小的盖容积。局部向内的加厚在模具中产生倒凹部，并且使制造过程成本变高或进而妨碍制造过程。
由于该缺点，追寻在彼此贴靠并且相互焊接的第一和第二半壳2和3中形成具有竖直的定向的面的加强肋5的方式。由此，由第一和第二半壳2和3形成的加强肋5给出焊缝面的增大并且提高空气弹簧盖的强度。
在压缩空气系统的其它承压体中，也可应用空气弹簧盖的示例的结构原理。例如，压力蓄存器作为储备容器并且作为根据这种类型形成的可施加到空气弹簧支柱上的附加容积。
以立体图并且以截面图从图5中得到这种作为压缩空气系统的压力蓄存器/空气蓄存器的示例性的承压体1。
穿过承压体1的横截面示出了形成压力蓄存器的周向壁的区段4的凸形的弯曲以及向内汇聚到环绕的加强元件6处的加强肋5。仅仅单次使用的附图标记4和5代表多个可见的区段4和加强肋5。
附图标记清单
1 压力蓄存器
2 第一半壳
3 第二半壳
4 区段
5 加强肋
6 加强元件
7 附加环
8 减振器轴承接纳部
9 空气接头
10 卡紧底部
11 横截面

Claims (10)

1.一种用于机动车的压缩空气系统的承压体(1)，该承压体由塑料材料制成，其中，所述承压体(1)包括外部的包套结构(4)和内部的加强结构(5、6)，其特征在于，所述包套结构包括多个并排布置的且成凸形的区段(4)，所述区段形成所述承压体(1)的壁的一部分。
2.根据权利要求1所述的承压体(1)，其特征在于，由区段形成的壁在周向上围绕承压体(1)的纵轴线构造。
3.根据权利要求1或2所述的承压体(1)，其特征在于，所述加强结构至少包括多个向内指向的加强肋(5)和至少一个加强元件(6)。
4.根据权利要求3所述的承压体(1)，其特征在于，所述加强肋(5)分别一方面与由区段形成的壁的内侧相连接，另一方面与加强元件(6)相连接。
5.根据权利要求4所述的承压体(1)，其特征在于，所述加强肋(5)分别连接在区段(4)与相邻区段(4)的连接区域中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的承压体(1)，其特征在于，成凸形的区段(4)的半径小于包套结构的外半径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的承压体，其特征在于，所述承压体(1)是空气弹簧支柱的空气弹簧盖。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的承压体，其特征在于，所述承压体(1)是连接在空气弹簧支柱上的附加蓄存器。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的承压体，其特征在于，所述承压体(1)是压缩空气系统的压缩空气蓄存器，尤其是空气弹簧设备或压缩空气制动设备的压缩空气蓄存器。
10.一种压缩空气系统，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的承压体。
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