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Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eingeschlossene Gasmassen werden u. a. dort eingesetzt, wo ein Medium unter Druck gesetzt und gehalten werden soll, aber keine Vermischung mit einem offenen Druckfluid eingehen darf. Eine verbreitete Anwendung liegt bei Kolben-Zylinderaggregaten wie Schwingungsdämpfer vor. Ein solcher Schwingungsdämpfer mit einer eingeschlossenen Gasmasse ist beispielsweise aus der
US 3 294 391 bekannt. Die eingeschlossene Gasmasse dient zur Kompensation des Volumens der in den Schwingungsdämpfer eintauchenden Kolbenstange bzw. des Kolbens.
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Ein Problem bei einer solchen eingeschlossenen Gasmasse ist darin zu sehen, dass das Gas aus dem Hüllkörper in das Dämpfmedium des Schwingungsdämpfers durch die Wandung des Hüllkörpers diffundiert. Wird ein bestimmter Gasaustritt erreicht, so ist z. B. der Schwingungsdämpfer in seiner Funktion eingeschränkt oder gar untauglich. Eine Möglichkeit die geschilderte Fehlfunktion zu vermindern liegt darin, dass bestimmte Füllgase wie Stickstoff verwendet werden. Aber auch Stickstoff diffundiert durch die üblichen Hüllkörper, die häufig aus einem Gummimaterial oder Elastomer bestehen, insbesondere bei höheren Temperaturen.
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In der
DE 198 35 222 A1 wird ein Druckbehälter beschrieben, der mit einem mindestens einem 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 stehen des Gas eingeschlossen ist, wobei die Wandung des Hüllkörpers zumindest teilweise aus einer gasdichten Sperrschicht gebildet wird und die Wandung mehrlagig aufgebaut ist.
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Der Hüllkörper soll möglichst flexibel sein. Dafür wird eine dünne Metallfolie eingesetzt. Zum Ausgleich für die reduzierte Festigkeit der Metallfolie kommt eine Tragschicht zur Anwendung, die der Metallfolie beigeordnet ist. Die Tragschicht ist zwischen der Metallfolie und der innenliegenden Werkstofflage angeordnet. Die innenliegende Werkstofflage wird u. a. für den Schweißvorgang benötigt. Als mögliche Werkstoffe kommen beispielsweise PE, PP und PA in Frage. Dabei kann die Tragschicht als Schutzschicht für die Metallfolie dienen. Für das Schweißen wird ein Siegelschweißverfahren vorgeschlagen.
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In den verschweißten Rand des Hüllkörpers ist ein Füllkörper eingelegt, wie z. B. aus der
DE 10 2004 005 196 B4 bekannt ist. Darin wird die Verschweißbarkeit des Füllkörpers mit dem Hüllkörper vornehmlich über eine besondere Formgebung des Füllkörpers im Bereich der Kontaktfläche mit dem Rand des Körpers erreicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Druckbehälter zu realisieren, der auch bei höheren Temperaturen eine ausreichende Festigkeit aufweist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
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1 Gesamtdarstellung eines Druckbehälters
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2 Füllkörper als Einzelteil
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3 Schnittdarstellung durch den Druckbehälter im Bereich des Füllkörper
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4 Detaildarstellung zur 3
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Die 1 zeigt vereinfacht einen Druckbehälter 1, wie er z. B. in einem Speicher oder Ausgleichsraum verwendet wird. Eine beispielhafte Anwendung besteht in einem Kolbenzylinder-Aggregat in einem Fahrwerk als Schwingungsdämpfer oder auch als Verstellaggregat, um die Niveaulage eines Fahrzeugaufbaus statisch oder auch dynamisch anzupassen.
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Der Druckbehälter 1 umfasst einen Hüllkörper 3 und einen Füllkörper 5. Der Füllkörper 5 verfügt über einen Füllanschluss 7 an eine Gasfüllanlage und einen Anschlussbereich 9, der in einem umlaufenden Rand 11 des Hüllkörpers eingelegt ist. Strichpunktierte Linien in Längsrichtung zum Füllkörper verlaufend stehen für Biegelinie 13 des Druckbehälters 1. Der umlaufende Rand 11 wird von einem Schweißbereich gebildet, der auch den Anschlussbereich 9 des Füllkörpers 5 abdeckt.
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Zum besseren Verständnis ist der Füllkörper 5 in der 2 in perspektivischer Darstellung gezeigt.
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Aus der Zusammenschau der 3 und 4 ist ersichtlich, wie der Füllkörper 5 in den Hüllkörper 3 eingesetzt ist und mit einer inneren Lage 11 Hüllkörpers 3 in Kontakt steht. Die Wandung des Hüllkörpers 3 ist in diesem Fall vierlagig ausgeführt. Die innerste Lage 11 wird von einer Kunststofffolie gebildet, die im Hinblick auf eine Schweißbarkeit optimiert ist. Bevorzugt kommt ein sogenanntes Blend zur Anwendung, z. B. eine Kunststoff-Materialmischung aus PA6 und PA66. Der Vorteil besteht darin, dass diese Materialkombination einerseits für Folien besonders geeignet ist und über einen Schmelzpunkt verfügt, der höher ist als Spitzentemperaturen in einem Kolbe-zylinder-Aggregat.
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Eine zweite Folie 17 des Hüllkörpers 3 wird von einem metallischen Werkstoff gebildet, z. B. Aluminium. Zwischen den verschiedenen Folien 15; 17 ist bevorzugt eine Kleberschicht ausgeführt. Die metallische Folie 17 verhindert wirksam den Übertritt von Gas aus dem Inneren des Druckbehälters 1.
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Eine dritte Folie 19 wird von einem Polyamid gebildet, das in mindestens eine Richtung gereckt ist, um die Dehnung des Materials zu reduzieren. Dieses sogenannte orientierte Polyamid bildet eine mechanische Stützschicht für die Metallfolie 17. Stützschicht ist in dem Sinn zu verstehen, dass eine Dehnungsbelastung, die z. B. von der inneren Schweißfolie 15 ausgeht, von der Stützschicht 19 aufgenommen wird, so dass die Metallschicht 17 keinesfalls überlastet wird.
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Eine äußere Folie 21 wird ebenfalls bevorzugt aus Polyamid gebildet und dient als Schutzschicht gegen die Betriebstemperatur außenseitig am Druckbehälter 1, aber auch als eine mechanische Schutzschicht, z. B. aufgrund einer Reibungsbelastung zwischen der äußeren Schicht 21 und einem den Druckbehälter aufnehmenden starren Behälter.
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Der Füllkörper 5 besteht ebenfalls aus Polyamid oder Copolyamid oder Copolymer.
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Die Idee besteht darin, dass die innere Folie 15, die die Schweißverbindung bildet und deren Materialauswahl auf die Folienherstellung ausgelegt ist, also einen vergleichsweise zähen Grundwerkstoff bevorzugt. Der Füllkörper 5, der mittels eines Spritzverfahrens hergestellt wird, soll bevorzugt aus einem leicht fließenden Grundwerkstoff besteht, damit das Spritzverfahren optimal abläuft und ein Spritzwerkzeug nur einer vergleichsweise geringen Belastung ausgesetzt ist.
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Anderseits sollen die Materialien für den Füllkörper 5 und die innere Folie 15 aus Kunststoffen bestehen, die einen vergleichbaren Schmelzpunkt haben. Mit der vorstehend beschriebenen Materialkombination des Füllkörpers 5 und der innere Folie 15 wird dieses Ziel erreicht. Da beide Materialien auf einem Polyamid basieren, liegt der Schmelzpunkt bei beiden Materialien oberhalb von ca. 130 °C, der maximalen Betriebstemperatur des Kolbenzylinder-Aggregats.
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Die Schweißbereich 11 wird durch ein Ultraschallschweißverfahren erzeugt. Dazu verfügt der Füllkörper über Anschmelzstege 23, die in Längsrichtung des Schweißbereichs 11 verlaufen. Diese Anschmelzstege 23 dienen dazu, mit einem überschaubaren Energieeinsatz eine Schmelze zu erzeugen, die den Hüllkörper 3 mit dem Füllkörper 5 verbindet. Grundsätzlich könnte man auf die Anschmelzstege 23 verzichtet, doch müsste dann die Schmelze aus dem vollen Körper des Füllkörpers 5 erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckbehälter
- 3
- Hüllkörper
- 5
- Füllkörper
- 7
- Füllanschluss
- 9
- Anschlussbereich
- 11
- Rand
- 13
- Biegelinie
- 15
- innere Folie
- 17
- zweite Folie
- 19
- dritte Folie
- 21
- äußere Folie
- 23
- Anschmelzstege
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3294391 [0002]
- DE 19835222 A1 [0004]
- DE 102004005196 B4 [0006]
