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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zur Herstellung eines Hüllköpers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bereits in der gattungsbildenden
DE 198 35 222 A1 wird ein Druckbehälter für einen Schwingungsdämpfer beschrieben, der ein Gasvolumen kammert und eine mehrlagige Sperrschicht mit einer Metallfolie aufweist. Die Metallfolie reduziert die Gaspermeabilität beträchtlich im Vergleich zu bisher verwendeten Trennmitteln, die aus einem Elastomervollmaterial bestanden. In der
DE 198 35 222 A1 wird der Einsatz einer Polyamid-Folie vorgeschlagen. Dieser Folienwerkstoff ist höher thermisch und mechanisch belastbar, jedoch deutlich schwieriger zu verarbeiten.
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Die
DE 102 28 021 B4 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit einem ringförmigen Ausgleichsraum, in dem ein Druckbehälter angeordnet ist. Der Druckbehälter umfasst einen Hüllkörper aus einem Folienmaterial, das am äußeren Rand zu einer Kissenform verschweiß ist. Durch eine Prägung des Kissenrohlings soll erreicht werden, dass sich der Druckbehälter mit einer möglichst geringen Faltenbildung im ringförmigen Ausgleichsraum des Schwingungsdämpfers montieren lässt.
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Die
EP 2 186 629 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Prägung des Kissenrohlings. Dabei wird der Kissenrohling wird einem Arbeitsmedium gefüllt, dass den Druckbehälter aufbläht und gegen eine Matrize presst. Dabei wird die Wandung des Druckbehälters mit der charakteristischen Kissenprägung erzeugt.
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Versuche mit einer Polyamid-Beschichtung haben gezeigt, dass sich der Druckbehälter bei dem bisher eingesetzten Herstellungsprozess nicht mehr so einfach füllen lässt. Dieser Effekt zeigt sich u. a. an dem geringeren Füllvolumen des Druckbehälters.
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Diesen Nachteil könnte man dadurch kompensieren, indem man den Druckbehälter einfach größer dimensioniert. Häufig bestehen jedoch Bauraumrestriktionen und durch die Vergrößerung muss ein Kostennachteil in Kauf genommen werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters bereitzustellen, mit dem das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zumindest reduziert wird.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst,
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Eingeschlossene Gasmasse in einem Schwingungsdämpfer
- 2. Schnitt durch den Schwingungsdämpfer zur 1
- 3 Schnitt durch die Wandung des Hüllkörpers
- 4 Ansicht der eingeschlossene Gasmasse
- Fig. 5 Füllanschluss der eingeschlossene Gasmasse als Einzelteil
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Die 1 zeigt einen an sich bekannten Schwingungsdämpfer 1 in Zweirohrbauweise, 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.
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Das Druckrohr 7 wird von einem Behälterrohr 15 eingehüllt, wobei die Innenwandung des Behälterrohres und die Außenwandung des Druckrohres einen Ausgleichsraum 17 bilden, der vollständig mit Dämpfmittel und einer eingeschlossenen Gasmasse 19 bis an eine Kolbenstangenführung 21 gefüllt ist. Am unteren Ende des Arbeitsraums 11 ist ein Boden angeordnet, der ggf. ein Rückschlagventil 23 und ein Dämpfventil 25 aufweist.
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Bei einer Kolbenstangenbewegung wird das verdrängte Kolbenstangenvolumen durch eine Volumenänderung der eingeschlossene Gasmasse ausgeglichen.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch den Schwingungsdämpfer 1 im Bereich der eingeschlossenen Gasmasse 19. Die eingeschlossene Gasmasse besteht aus einem Hüllkörper 27 mit einer Wandung 29, die mit einem Gas, insbesondere Stickstoff druckgefüllt ist. Die eingeschlossene Gasmasse 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 Schnittdarstellung sind in Reihe angeordnete Kammern der eingeschlossenen Gasmasse erkennbar. Die Kammern werden durch parallel zur Achse des Schwingungsdämpfers 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 komprimiert. 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 Außenwandung aufeinander zu gedrückt werden.
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Die eingeschlossenen Gasmasse wirkt mit einem Füllanschluss 31 zusammen, der über eine Füllöffnung 33 im Behälterrohr zugänglich ist. Bei der Montage des Schwingungsdämpfers wird der ungefüllte Hüllkörper 27 in das Behälterrohr 15 eingelegt, wobei der Füllanschluss 31 in die Füllöffnung 33 eingeknöpft wird. Danach führt man das Druckrohr 7 ein. Anschließend wird der gesamte Schwingungsdämpfer 1 mit Öl gefüllt, wobei sich das Volumen der Ölfüllung nach dem späteren Betriebsdruck richtet, der bei Stillstand der Kolbenstange 3 durch die eingeschlossene Gasmasse bestimmt wird. Ist der Schwingungsdämpfer 1 geschlossen, kann über eine nicht dargestellte Fülleinheit z.B. Injektionsnadel die eingeschlossene Gasmasse zugeführt werden. Wird die Injektionsnadel entfernt, so verschließt sich die Einstichöffnung selbsttätig. Die Füllöffnung 33 kann nach dem Befüllen durch eine eingedrückte Kugel 35 verschlossen werden.
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In der 3 ist ein Schnitt durch die Wandung 29 dargestellt, wobei die Innenwandung 29i und die Außenwandung 29a aus demselben Werkstoff bestehen bzw. denselben Aufbau aufweisen. Kernstück der Wandung ist eine Aluminiumfolie 29AI, die nur wenige µm dick ist. Vornehmlich 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.
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Nach innen verfügt die Wandung über eine verschweißbare Beschichtung 29V, z. B. Polypropylen. Die verschweißbare Beschichtung kann auch mehrlagig, beispielsweise zweilagig ausgeführt sein und etwa die vier- bis fünffache Materialstärke der Aluminiumfolie aufweisen. Bei einer mehrlagigen Beschichtung 29 V werden die einzelnen Lagen gereckt und kreuzweise zueinander aufgetragen. Dadurch erreicht man eine hohe Festigkeit und Formstabilität, insbesondere innere Spannungen werden kompensiert.
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In der 4 ist ein abgewickeltes Gaskissen 19 dargestellt. Am Rand sind Schweißnähte 37 ausgeführt, die aus der Innenwandung 29i und der Außenwandung 29a einen geschlossenen Körper werden lassen. Für die Schweißnähte 37 wird die verschweißbare Beschichtung 29V, siehe 3, benötigt. Aus der 4 ist auch ersichtlich, warum man eine Innen- und eine Außenwandung 29i; 29a verwendet. Man könnte auch eine einzige Wandung einsetzten und an dem oberen und den seitlichen Rändern verschweißen. An den unteren Ecken am Übergang zu den seitlichen Schweißnähten 37 würde das extrem dünne Material aber sehr hoch belastet, da es einerseits einen Bogen von 180° ausführen muss, der durch die seitlichen Schweißnähte 37 zwangsläufig mit einem sehr kleinen Biegeradius erfolgen müsste. Durch eine untere Schweißnaht in Kombination mit einer Innen- und einer Außenwandung können diese Schwierigkeiten umgangen werden.
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Des Weiteren sind in dieser Ansicht die besagten Verbindungen 27V erkennbar. Die Verbindungen 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.
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Der Füllanschluss 31 besteht im Wesentlichen aus einem Flansch 39, der an der Innenwandung anliegt. Der Füllkanal 31 kann offen, verschließbar oder als Ventil ausgeführt sein. Man kann auch auf einen Füllanschluss verzichten, wenn man z. B. gefrorene Gaskörper in den Hüllkörper einlegt. Bei Raumtemperatur bildet sich dann eine exakt bestimmte Gasmenge. Alternativ kann man auch Mittel in den Hüllkörper einlegen, die als Reaktionsergebnis einer chemischen Reaktion ein Gas bilden. Der Vorteil liegt darin, dass man auf den Füllanschluss verzichten kann.
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Für die Herstellung des Hüllkörpers 27 als Halbzeug wird eine Wandung hergestellt, die sämtliche Wandungsarten des Hüllkörpers 27 bereits vollständig aufweist. Von einer Rolle wird ein Wandungsabschnitt abgewickelt (5.1) und auf halber Breite gefaltet (5.2), so dass zwei gegenüberliegenden Wandungen vorliegen. Danach wird die Folie geschnitten und in einem weiteren Arbeitsschritt erfolgt eine Verschweißung von zwei parallelen Außenkanten und der Faltkante des Hüllkörpers 27 (5.3). Danach wird der Füllanschluss 31 in die noch offene Außenkante eingeführt und gehalten (5.4). Abschließend erfolgt die Verschweißung des noch offenen Randes 37. Zwischen den einzelnen Arbeitsschritten können noch Qualitätskontrollen vorgesehen sein. Durch Einbringen von Gas und unter Aussetzung von Matrizen werden die einzelnen Kammern geprägt. Die Füllung des Hüllkörpers 27 wird vielfach erst nach der Montage des Hüllkörpers 27 im Aggregat vorgenommen. Der nun räumlich fertiggestellte Hüllkörper 27 wird mit Gamma- oder Betastrahlen bestrahlt. Die Bestrahlung 39 bewirkt eine Vernetzung der Kunststoffmoleküle innerhalb der Wandungen 29, indem chemische Bindungen aufgespaltet werden und die dadurch entstandenen freien Moleküle neue Bindungen eingehen. Die einzusetzende Energiemenge lässt sich einfach durch Versuche ermitteln. Aufgrund der neuen Verbindungen wird der Vernetzungsgrad innerhalb der Wandungen soweit erhöht, dass ein einfacherer Folienwerkstoff wie z. B. Polypropylen die Festigkeitswerte von Polyamid erreicht. Die höheren mechanischen Festigkeitswerte führen auch zu einer größeren Temperaturbeständigkeit. Nachteile hinsichtlich eines Verzugs des Hüllkörpers 27 sind nicht feststellbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Verfahrensschritt 5.6 den Verfahrensschritten 5.1 - 5.5 zur räumlichen Herstellung des Hüllkörpers 27 nachgeschaltet ist. Folglich kann ein identischer Hüllkörper 27 für zwei Belastungsstufen hergestellt werden und durch den weiteren Arbeitsschritt 5.6 der Strahlenvernetzung wird die zweite Qualitätsstufe oder Ausbaustufe erreicht. Die Strahlenvernetzung lässt sich hinsichtlich der Arbeitstaktung sehr schnell und bei identischen Folienwerkstoffen exakt wiederholgenau ausführen. Ein weiterer Vorteil in der Werkstoffveredelung ist darin zu sehen, dass sich qualitativ einfacherer Werkstoffe vielfach einfacher verarbeiten lassen, wie ein Vergleich der Folienwerkstoffe PP und PA gezeigt hat. Aufgrund der Strahlenvernetzung kann ein für die Herstellung des Hüllkörpers besser geeigneter Folienwerkstoff PP verwendet werden, um nach der Strahlenvernetzung die Eigenschaften eines Werkstoffs wie PA zu nutzen.
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Die beschriebene Anwendung beim Schwingungsdämpfer 1 ist nur beispielhaft zu bewerten. Selbstverständlich können auch die Federkräfte der eingeschlossenen Gasmasse genutzt werden. Denkbar ist zum Beispiel der Einsatz als Gasfeder, teil oder volltragend, wie es beispielsweise in der Fahrwerktechnik zur Niveauregelung und hydraulischen Federelementen eingesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Kolbenstange
- 5
- Kolben
- 7
- Druckrohr
- 9
- oberer Arbeitsraum
- 11
- unterer Arbeitsraum
- 13
- Dämpfventile
- 15
- Behälterrohr
- 17
- Ausgleichsraum
- 19
- eingeschlossene Gasmasse
- 21
- Kolbenstangenführung
- 23
- Rückschlagventil
- 25
- Dämpfventil
- 27
- Hüllkörper
- 27 v
- Verbindung
- 29
- Wandung
- 29 i
- Innenwandung
- 29 a
- Außenwandung
- 29 AL
- Aluminiumfolie
- 29 S
- Schutzfolie
- 29 V
- Beschichtung
- 31
- Füllanschluss
- 33
- Füllöffnung
- 35
- Kugel
- 37
- Schweißnaht
- 39
- Bestrahlung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19835222 A1 [0002]
- DE 10228021 B4 [0003]
- EP 2186629 A1 [0004]
