CN1650108A - 流体储蓄器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体储蓄器，该流体储蓄器包括壁(2)，该壁围绕容纳流体的储存器(1)。壁的一部分是可以弹性变形的。流体储蓄器的壁(2)包括：第一壁部(2A)，用第一可弹性变形的复合材料制成，此复合材料具有以第一密度施加的纤维增强材料；和第二壁部(2B)，用第二复合材料制成，此材料具有以第二密度施加的纤维增强材料，其弹性变形能力与第一壁部的弹性变形能力相同或者不相同，第一和第二壁部(2A，2B)中的纤维增强材料密度不同。

Description

流体储蓄器
本发明涉及一种流体储蓄器，该流体储蓄器包括被壁包围的储存器，壁的一部分可以弹性变形，正如在第一条权利要求的前序中所叙述的那样。
从EP-A-197.911可了解到一种气锤钻(pneumatic hammer drill)，此气锤钻包括一种形状为液压缸的液压储蓄器，此液压缸的部分高度上环绕一个同轴的活塞。液压缸由弹性玻璃纤维增强的环氧树脂制成，由此保证了液压缸具有所要求的弹性特征和储蓄能力。
从GB-A-2.134.984可了解到一种压力容器，例如一种气液储蓄器，该储蓄器包括：壳体；和储存器，其中容纳设置在壳体内的压力介质。双层壁壳体保证了压力容器的机械强度。安装在壳体内的储存器用人造橡胶制成，并用以容纳气体。在储存器与壳体之间的空间是设置以容纳液体的。增加储存器内气体的压力，使储存器向外膨胀，并使受压的液体压出壳体。壳体由衬里构成，衬里用纤维增强。
但是，GB-A-2.134.984所介绍的液气储蓄器，其压力储存器的容量取决于壳体的容积。
其它已知的储蓄器均类似于例如中央加热用的膨胀容器，这种储蓄器包括一种用隔膜分为两部分的容器。隔膜的一侧容纳处于压力下的气体。隔膜另一侧的空间，构成所述封闭储存器，隔膜构成弹性变形壁部。这些储蓄器的结构比较昂贵。此外，容器可能生锈，而薄膜可能失去弹性，或者随着时间的过去而出现泄漏，从而导致这些储蓄器的预期生命周期有限。
本发明的目的在于提供一种流体储蓄器(fluid accumulator)，该流体储蓄器可以比较容易地制造，并具有长的使用寿命。
此目的是通过根据具有第一权利要求的技术特征的本发明实现的。
本发明的流体储蓄器包括储存器，该储存器被壁包围以容纳流体，至少壁的一部分可以弹性变形。为了允许压力增强，储存器是封闭的或者是可以封闭的。此壁包括第一壁部，由第一可弹性变形的复合材料制成，即优选为柔性的，并设置成在压力下可以延伸。纤维增强材料以第一密度施加。流体储蓄器还包括第二壁部，由具有纤维增强材料的第二复合材料制成，该纤维增强材料以第二密度施加，其所具有的可弹性变形性和可膨胀性，与第一壁部的可弹性变形性相同或者不同。第一和第二壁部(2A，2B)的纤维增强材料的密度不同。
在第一和第二壁部中纤维增强材料的密度，调节到所讨论的壁部所希望的可膨胀性，可膨胀性较高的壁部，纤维增强材料的密度较低，可膨胀性较低的壁部，纤维增强材料的密度较高。
可弹性变形的壁部膨胀或者变化的结果是，此储蓄器可以容纳可变量的流体，通常是气体或液体。这样的储蓄器可以是压力缸的一部分，或者与压力缸连接，例如与液压悬架的压力缸连接，以收集被活塞压出液压缸的液体，或者当活塞返回其起始位置时，迫使此液体返回液压缸。
第一可膨胀壁部优选只是壁或者缸壳的一部分。
储蓄器的第一可膨胀壁部，例如可以是具有封闭端的缸的一部分，活塞可以在缸内在其最小插入位置与最大插入位置之间，朝向或者远离端壁而运动。在这种情况下，第一壁部推荐在封闭端和活塞的最小插入位置之间整个距离延伸。
所述流体储蓄器适用于具有内置储蓄器或者补偿器的液压或气压悬架、吸振器、缓冲运动的液压缸等。
第一壁部所使用的纤维增强材料与第二壁部所使用的纤维增强材料可以相同，或者不相同。纤维增强材料本身可以具有较大或者较小的可逆弹性。第一壁部的膨胀可以在拉伸或者不拉伸纤维增强材料的情况下发生。纤维增强材料的弹性，可以通过以一个或者几个事先决定的方向施加纤维而获得。在实践中，这是通过将增强纤维相对于储存器纵向轴线以小于90°的角度定向而获得的。
第一和第二壁部的可膨胀性可以进一步这样控制：使在第一壁部中的纤维相对于纵向轴线以第一角度定向；使第二壁部中的纤维相对于纵向轴线以与前者不同的第二角度定向。
所使用纤维增强材料的种类，对本发明而言不是关键，通常可以由本领域的技术人员考虑所希望的应用进行选择。合适的纤维增强材料，其中包括：金属纤维、矿物纤维，例如玻璃纤维、碳纤维、棉纤维、亚麻等；合成纤维，例如由聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺，或者所述材料的两种或者几种的混合物制成的纤维。不过，由于其高的致断延伸比，优选用聚酯纤维。所用纤维增强材料的形式，将通常由本领域的技术人员，考虑所希望应用中所希望的弹性和压力阻抗进行调节。为此可以使用席子或薄纱织物，或者非织制材料，搓成的或者编织的纤维，以便保证其致断延伸比得到改进。
第一和第二壁部所使用的纤维增强材料，可以相同或者不相同，不过优选不相同。例如，具有高可膨胀性的第一壁部使用玻璃纤维，而具有较低可膨胀性的第二壁部，则优选其纤维具有更大的刚性和强度，例如使用碳纤维或者聚酯纤维。
流体储蓄器所使用塑料的种类，对本发明而言不是关键，通常可以由本领域技术人员根据所希望的应用进行调节。合适的塑料其中包括：热塑性塑料或者两种或更多种热塑性塑料的混合物；热固树脂，或者两种或者更多种热固树脂的混合物；人造橡胶，或者两种或更多种人造橡胶的混合物；或者两种或更多种热塑性塑料、热固树脂、或者人造橡胶的混合物。不过，推荐使用人造橡胶和热塑性塑料，这是因为它们的柔性及其可膨胀性的最优可逆特性。
合适的热塑性塑料的例子有非结晶体、结晶体和半结晶体材料。合适的热塑性塑料为下列材料组中一种或者更多种材料，此材料组包括：聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯基-丙烯共聚物、聚丁二烯橡胶；或者这些物质中两种物质或更多种物质的混合物。合适的热固树脂为亚乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂；或者这些材料中两种或更多种材料的混合物。合适的人造橡胶的例子为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯基-丙烯共聚物、聚丁二烯橡胶，或者这些材料两种或更多种的混合物。这些材料根据所希望的应用可以是非结晶体、结晶体和半结晶体材料。
推荐使用亚乙烯基树脂或者聚氨酯人造橡胶。
第一和第二壁部可以用相同的材料制成，不过推荐用不同的塑料制造，以便能更好地控制各个壁部的可膨胀性。
通过调节在第一和第二壁部内纤维增强材料和塑料的类型，以达到所希望的可膨胀性，第一和第二壁部可膨胀性的优化控制可以保证。
本发明还涉及制造上述流体储蓄器的方法。
根据这种方法，缸壳包括由一种壁包围的储存器，缸壳设置了第一可膨胀壁部，用纤维增强复合材料不同的塑料材料制成，纤维增强材料，或者纤维增强材料和塑料两者用在活塞上，在活塞上，第一可膨胀壁部转化成第二可膨胀壁部，在此第二可膨胀壁部具有较小或者几乎没有任何可膨胀性，而缸壳由端壁封闭。
端壁其中之一可以制造成活塞，可以滑动地安装在缸壳内，缸壳的可膨胀部设置在固定的端壁与活塞的最大插入位置之间。
流体储蓄器的壁可以用几种方式制造。最合适的方式将由本领域的技术人员考虑所希望的应用选择。
例如可以用“纤维缠绕(filament winding)”法制造。固定端壁或者两个端壁也可以用“纤维缠绕”法与缸壳制造成一体。纤维缠绕是这样一种技术，根据这种技术，将纤维或者纤维绳在塑料中浸湿，并缠绕在一种具有所希望形状的旋转芯轴或者圆筒上，此后，塑料固化。
在另一个实施例中，缸壳用“编织(braiding)”法制成，根据这种技术，将一种织成的套在塑料中浸湿，通常是真空状态下在模具中固化。“编织”法在美国专利出版号260.143和No.4.326.905中有说明。
在又一个实施例中，缸壳用“纤维缠绕”法与“拉挤(pultrusion)”法相结合制造，即通过所谓“拉缠(pulwinding)”或者通过“编织”与“拉挤”相结合。“拉挤”是一种普通的现有技术，根据这种技术，将金属丝或者席用可固化树脂浸湿，将其经过模具拉出，此后，使树脂固化。“拉缠”是拉挤的一种变型，在这种方法中，将一层或者更多层增强纤维缠绕上，这种增强纤维层在缠绕之前或在缠绕后均用塑料浸湿。然后，将其经过挤压机拉出，此后，塑料固化。在这些采用“拉挤”的实施例中，缸壳的固定端必须单独制造，推荐也用复合材料制成，可以用可弹性变形塑料制造。
本发明通过附图及其说明进一步阐明，其中，
图1示出了根据本发明的流体储蓄器的横截面示意图；
图2示出了类似于图1所示横截面的示意图，不过这是涉及储蓄器的另一个实施例，即作为悬架。
图1所示的流体储蓄器包括储存器1，该储存器用于容纳流体，例如容纳气体或者液体。储存器被侧壁2纵向环绕，侧壁的相反两端为第一和第二端壁3和4。储存器可以是任何所希望的形状，例如可以是圆柱形或者梁形，或者根据所希望的用途具有任何其它形状。
侧壁2和端壁3和4用复合材料制成，即用一种纤维增强塑料制成。
侧壁2包括第一可膨胀壁2A。第一壁部推荐用一种可弹性变形的、能可逆膨胀的塑料材料制成。侧壁2还包括第二壁部2B，此第二壁部的可膨胀性较小。第二壁部可以用相同的材料制成，不过将通常用较低的可弹性变形性和可膨胀性的材料制成。
在生产过程中，例如用“纤维缠绕”过程中，在要求较低可膨胀性的部分，采用具有较低弹性和变化性的塑料和/或较高的纤维施加密度。柔性和弹性还可以通过使非可膨胀部2B具有比第一可膨胀部2A更大的厚度来控制。可以通过在第一和第二壁部使用不同的纤维增强材料来控制弹性。还可以在“纤维缠绕”过程中，以相对于储存器2的轴线小于90°的角度交叉施加纤维，并在第一部和第二部使用不同的缠绕方法。
在本发明的另一个实施例中，储存器的整个壁是弹性的。
端壁3和4可以用非弹性变形塑料制造，例如用设置了纤维增强材料的环氧树脂或者聚酯在模具中制造。塑料和纤维增强材料两者可以与制造储存器壁2所用的材料相同，也可以与之不同。端壁可以用几种方法设置在壁2上，例如借助于一种环氧树脂胶粘结，或者端壁就是其一部分。这通常取决于所使用的技术。
不过，在一个方案中，端壁3和4之一或者两个端壁，也可以用可弹性变形材料例如聚氨酯人造橡胶制造。
端壁3也可以设置一种连接器5以与供给管6连接。
在一个替换实施例中，缸壳2是具有端壁3和4的一件，或者不具有端壁，用“编织”法取代“纤维缠绕”法制造。在又一个替换实施例中，缸壳2用纤维缠绕与拉挤相结合制造，即，用所谓拉缠或者用编织与拉挤相结合制造。在这些方案中，端壁3和4通常单独制造。
图2示出了上述流体储蓄器，此流体储蓄器用作一种具有内置储蓄器的液压悬架。在这种液压悬架中，端壁3被活塞7取代，此活塞可以朝向对面的端壁4运动，或者远离该端壁运动。活塞杆8固定在活塞7上。在这个实施例中，非可膨胀壁部2B制成更长，并在整个活塞7的行程上延伸。可膨胀壁部2A设置在端壁4与活塞7最大插入位置之间。
如果希望活塞7与活塞杆8制成一件，用复合材料在模具中制成，不过，它也可以用纤维缠绕法或者编织法制造。
缸壳2上的活塞杆8从其中穿过向外延伸的端部，是开式的或者部分封闭的，例如采用具有开口10的壁9，此开口构成活塞杆8的引导部。优选壁9也用复合材料制成，并粘结在缸壳2上，或者用“纤维缠绕”法和“编织”法与缸壳2制成整体。
当活塞杆被推入，压力作用在储存器1内的流体上，导致缸壳的壁部2A膨胀。当活塞杆7被拉出，流体的压力降低，可膨胀壁部2A整个地或者部分地恢复到其初始形状，这取决于压力下降的大小。
本发明的储蓄器适用于使用各种流体，例如水、油或者各种其它液体，或者适于气体。在最后的情况下，第一壁部2A的可膨胀性服从较低的要求。
此悬架可以用于车辆，作为一种吸振器或者阻尼器以吸收机器中的冲击，或者用于起重机的调节运动。
本发明决不局限于附图所示并如上所述的实施例，这种流体储蓄器及其制造方法可以用几种方案实现，而这并不超出本发明的范围。

Claims (14)

1.流体储蓄器，该流体储蓄器包括壁(2)，此壁包围容纳流体的储存器(1)，壁的一部分是可以弹性变形的，其特征在于，壁(2)包括：第一壁部(2A)，用第一可弹性变形复合材料制成，该复合材料具有以第一密度施加的纤维增强材料；和第二壁部(2B)，用第二复合材料制成，该复合材料具有以第二密度施加的纤维增强材料，其可弹性变形性与第一壁部的可弹性变形性相同或者不相同，在第一和第二壁部(2A，2B)的纤维增强材料的密度彼此不同。
2.如权利要求1所述流体储蓄器，其特征在于，壁(2)整个用纤维增强复合材料制成，此复合材料包括塑料材料，第一壁部(2A)的塑料材料是一种弹性塑料材料，设置以延长压力下的可逆性。
3.如权利要求1或2所述流体储蓄器，其特征在于，第一壁部的复合材料包括第一塑料，而第二壁部包括第二塑料，此第二塑料具有不同的可弹性变形性。
4.如权利要求1至3其中之一所述流体储蓄器，其特征在于，在第一壁部和第二壁部(2A，2B)中的纤维增强材料中的纤维，相对于储存器(1)纵向轴线指向不同的方向。
5.如权利要求4述流体储蓄器，其特征在于，该角度小于90°。
6.如权利要求1至5中之一所述流体储蓄器，其特征在于，施加在第一壁部(2A)中的纤维增强材料是玻璃纤维。
7.如权利要求1至6中之一所述流体储蓄器，其特征在于，施加在第二壁部(2B)中的纤维增强材料是碳纤维或聚酯纤维，推荐用芳族聚酸胺纤维。
8.如权利要求1至7中之一所述流体储蓄器，其特征在于，第一和/或第二复合材料包括亚乙烯基树脂。
9.如权利要求1至8中之一所述流体储蓄器，其特征在于，储存器(1)包括第一和第二端壁(3，4)，彼此面对设置，其中，在彼此面对设置的两壁之间设置了活塞(7)，活塞设置成可以朝向和远离端壁(4)运动，第一壁部(2A)设置在第二端壁与处在第二端壁(4)的方向具有最大位移的位置的活塞(7)之间。
10.如权利要求9所述流体储蓄器，其特征在于，第一或第二端壁(3，4)制成活塞(7)，可膨胀壁部(2A)设置在第二固定端壁(4)与处于最大插入位置的活塞(7)之间。
11.如权利要求10所述流体储蓄器，其特征在于，活塞(7)用纤维增强复合材料制成。
12.如权利要求1至11其中之一所述流体储蓄器，其特征在于，壁(2)用纤维缠绕法、编织法、纤维缠绕法与拉挤法结合、拉缠法、编织法与拉挤法结合的方法制造。
13.如权利要求1至12其中之一所述流体储蓄器，其特征在于，第一和第二壁部(2A，2B)用不同的技术制造。
14.在具有内置储蓄器或补偿器的液压或气压悬架或者吸振器或液压缸中，使用如权利要求1至13其中之一所述流体储蓄器，以抑制运动。
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