DE19848042C2

DE19848042C2 - Gleichdruckspeicher aus Gummi

Info

Publication number: DE19848042C2
Application number: DE1998148042
Authority: DE
Inventors: Siegfried Helmenstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-17
Filing date: 1998-10-17
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2018-10-18
Also published as: DE19848042A1

Abstract

Der Gleichdruckspeicher besteht aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten, bevorzugt kugelförmigen Hüllen aus hochelastischem Werkstoff (siehe Schnittzeichnung 1-3). Die Durchmesser der Hüllen werden von innen nach außen deutlich größer. Nur die Innenhülle (1) ist gasdicht, die übrigen Hüllen legen sich beim Laden des Speichers nacheinander an die Innenhülle an und dienen ausschließlich der Aufnahme der Zugspannung in der Behälterwand. DOLLAR A Der Speicherbleibt trotz größerer Ladekapazität formstabil, weil die äußerste Hülle (3) durch ein reißfestes Netzt in ihrer Dehnung begrenzt ist. DOLLAR A Die Wahl der Hüllendurchmesser, ihrer Wanddicken und Materialeigenschaften ermöglicht die Einhaltung eines nahezu konstanten Speicherdrucks bei einer Volumenzunahme von etwa 1 zu 8. DOLLAR A Die Gummihüllen und der Verbindungsschlauch (5) sind durch die Verschlußplatte (4) druckfest miteinander verbunden. DOLLAR A Der Speicher eignet sich wegen seines geringen Gewichts für Energiesparmaßnahmen im Fahrzeug- und Motorenbau, z. B. für die Bevorratung von Ladeluft und die Nutzung von Brems- und Gefälleenergie.

Description

Geschlossene Speicherbehälter aus dehnbaren Werkstoffen wie Gummi oder gummiähnlichen Kunststoffen sind bekannt und werden in einer Vielzahl von Ausführungen als Sammel-, Vorrats- und Ausgleichsgefäße von Fluiden eingesetzt. Die Festigkeit des Werkstoffes erlaubt zwar nicht seine Verwendung bei hohen Drücken, dafür bieten aber sein geringeres Gewicht und seine höhere Dehnfähigkeit gegenüber Stahlbehältern Vorteile. Beim Laden des Speichers steigt der Druck weniger stark an. Höhere Fluiddrücke als für den Prozess erforderlich bedeuten aber in der Regel zusätzliche Anlage- und Betriebskosten. Dies gilt besonders dann, wenn der Speicher ständig ge- und entladen wird und die dafür benötigte Zusatzenergie nicht mehr vernachlässig bar ist.

Die hier nach dem Stand der Technik beschriebenen Gleichdruck speicher aus Gummi unterscheiden sich wesentlich von den häufig in hydraulischen Systemen verwendeten Gummimembranen oder -bla sen, wie sie beispielsweise in den Patentschriften DE 886 249 B, DE 196 08 364 A1 oder DD 272 897 A1 beschrieben werden. Die in diesen Druckschriften dargestellten Gummiblasen trennen die Flüssigkeit eines hydraulischen Systems von dem im Windkessel vorhandenen Gas, indem so die Absorbtion des Gases durch die Flüssigkeit verhindert wird. Kennzeichnend für diese Druck speicher ist, daß

1. der hydraulische Systemdruck durch Behälter und Rohre aus Stahl aufgenommen wird und der Druck auf beiden Seiten der Gummimembrane nahezu gleich ist.
2. das Volumen der Gasblase sich bei steigendem Betriebs druck vermindert.

Bei den in Absatz 1 beschriebenen Gummispeichern trifft hingegen zu, daß

1. Der Systemdruck durch den Gummispeicher selbst aufgenom men wird und die Gummiblase infolgedessen stark gedehnt wird
2. das Speichervolumen sich bei steigendem Systemdruck ver größert

Nun haben aber Blasenspeicher aus gummiartigen Werkstoffen nach heutigem Stand der Technik den Nachteil einer mangelhaften Form stabilität oberhalb eine r bestimmten Dehngrenze, sodaß der Volumenzuwachs solcher Speicher stark eingeschränkt ist. Diesem Mangel begegnet in gewissem Maß die vorliegende Erfindung.

Nach Patentanspruch 1 soll erreicht werden, daß ein Druck speicher aus Gummi oder einem gummiähnlichen Kunststoff über einen weiten Betriebsbereich einen nahezu gleichen Innendruck beibehält. Dieser sogenannte Gleichdruckspeicher ist dadurch gekennzeichnet, daß dessen Wand aus mehreren voneinander unab hängigen Gummihüllen besteht. Von der Innenhülle beginnend hat die nächste Hülle einen deutlich größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der nächstinneren Hülle. Dabei wird der Durchmesser der größeren Gummihülle so gewählt, daß beim Laden des Speichers die kleinere Hülle sich erst durch ihre Dehnung an die nächstgrößere Hülle anlegt, wenn der Betriebsdruck bereits erreicht ist. Durch die zunächst noch unbelastete zweite Gummihülle erfährt die Innenhülle beim weiteren Laden eine Sta bilisierung, und beide Hüllen lassen eine weitere Aufladung des Speichers im stabilen Dehnungsbereich zu. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei Verwendung der dritten und jeder weiteren Hülle.

Für die Konstanthaltung des Innendrucks bei wachsendem Speicher durchmesser stehen als weitere Einflußgrößen die Wanddicken und die Materialzusammensetzungen der einzelnen Hüllen zur Verfü gung. Es spricht grundsätzlich nichts dagegen, die Zahl der Gummihüllen solange zu erhöhen, bis die maximale Dehnbarkeit einer Hülle erreicht ist. Die Formstabilität des Speichers wird hauptsächlich durch die äußere Hülle gewährleistet.

Zur Absicherung gegen Überdehnung wird der Speicher mit einem reißfesten Netz umgeben. Wie bei Druckgefäßen üblich, wird ein Sicherheitsventil gegen Überschreitung des höchstzulässigen Be triebsdrucks vorgesehen.

Die Innenhülle ist mit einer Druckleitung für die Befüllung des Speichers versehen, die notwendig die übrigen Hüllen durch dringen muß. Da alle Hüllen außer der inneren ausschließlich der Druckfestigkeit des Speichers dienen, würden die Schlauchdurch dringungen eine Schwächung der Außenwand bedeuten.

Dieses Problem wird durch die Ausführung der Schlauchdurch dringung gemäß Anspruch 2 dieser Anmeldung gelöst. Die freie Dehnbarkeit der einzelnen Gummihüllen wird nicht beeinträch tigt, wenn diese an einer einzigen Stelle der Speicherwand mit einander verbunden sind. Diese feste Verbindung aller Hüllen kann als mechanische Verschraubung ähnlich der früher üblichen Befestigung von Ventilen an Schläuchen für Fahrzeugreifen oder als Vulkanisierung zusammen mit dem Füllschlauch ausgeführt werden.

Zum spannungsarmen Anlegen der Hüllen beim Aufladen des Spei chers kann die Verwendung eines Gleitmittels in Form eines Pulvers, einer Paste, Flüssigkeit oder eines Gewebes um die einzelnen Hüllen von Vorteil sein. Es genügt, diese Hilfsmittel einmal bei der Herstellung des Speichers vorzusehen.

Nachstehend werden die Abbildungen auf den beiliegenden Zeich nungsblättern 1 und 2 erläutert. Zum einfacheren Verständnis wird bei der vorliegenden Beschreibung von einem kugelförmigen Speicher ausgegangen. Andere Formen sind durchaus denkbar, zum Beispiel ein schlauchförmiger Speicher, der sich u. U. besser in einer gegebenen Konstruktion unterbringen läßt. Im Prinzip ändert sich durch andere Formen des Speichers nichts an den Patentansprüchen.

In Abb. 1 ist als Beispiel ein Gleichdruckspeicher, bestehend aus drei Hüllen, in vier Ladezuständen dargestellt. Drucklose Hüllen sind als Freihandlinien, unter Druck stehende Hüllen als Kreislinien dargestellt. An der Stelle der Einmündung des Druck schlauchs in die Innenhülle sind alle Hüllen mit dem Schlauch zusammenvulkanisiert. Es zeigen

Zustand a den leeren Speicher

Zustand b den Speicher bei Betriebsdruck in der Innenhülle

Zustand c den Speicher bei Betriebsdruck in Innen- und Mit telhülle

Zustand d Speicher voll geladen

In Abb. 2 ist in einem Schaubild der Innendruck eines Speicher behälters aus Stahl und aus Gummi in Abhängigkeit der Speicher gasmenge aufgetragen. Während bei Stahl als Werkstoff der Druck steil ansteigt und deshalb die Anlage- und Betriebskosten in die Höhe treibt, hält sich bei Gummi der Druck in Grenzen. Aller dings zeigt das Diagramm auch im Prinzip die Instabilität des Drucks in einer einzelnen Gummiblase. Der fallende Druck beim weiteren Füllen führt letzlich zum Reißen der Blase.

Abb. 3 zeigt im gleichen Diagramm wie Abb. 2 das Zusammenwirken von beispielsweise drei Gummiblasen gemäß dem Patentanspruch 1. Der Betriebsdruck bleibt praktisch über einem erweiterten Betriebsbereich konstant, indem sich die mittlere und äußere Gummiblase beim Laden des Speichers zeitlich nacheinander an der Aufnahme des Innendrucks beteiligen.

Für die Verwendung von Gleichdruckspeichern aus Gummi werden drei Beispiele genannt.

Beim Radfahren liegt es nahe, die bei Talfahrt freiwerdende Gefälleenergie als Zusatzenergie für die nächste Steigung zu speichern. Bei Verwendung eines Druckluftmotors wäre der vorge schlagene Gleichdruckspeicher wegen seiner leichten Bauart das ideale Bauelement zur Verwirklichung eines solchen Antriebs.

Personenkraftwagen sind durch Verkehrsdichte und den Wechsel von Steigungen und Gefällestrecken zu ständigem Bremsen und Wieder beschleunigen gezwungen. Es liegt nahe, als erste Stufe des Bremsvorgangs die Bewegungsenergie in Form aufgeladener Ansaug luft zu speichern und diese bei der nächsten Beschleunigung dem Motor wieder zuzuführen. Zusätzlich müßte lediglich ein auskup pelbares Ladegebläse und ein Gleichdruckspeicher der vorgeschla genen Bauweise installiert werden.

Stadtomnibusse müssen fortwährend halten und wiederanfahren. Die Bremsenergie könnte in Form von Druckluft gespeichert und zum Wiederanfahren verwendet werden. Ein kombiniertes Druckluft- Pump- und Motoraggregat sowie ein Gleichdruckspeicher der vorge schlagenen Bauart wären zusätzlich zu installieren.

Claims

1. Gleichdruckspeicher aus Gummi, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innendruck aufnehmende Außenwandung aus mehreren kon zentrisch angeordneten Hüllen besteht, deren Durchmesser, Wand dicken und Materialzusammensetzungen so gewählt werden, daß sich beim Aufladen des Speichers die Hüllen von innen nach außen zeitlich nacheinander zu dehnen beginnen und dabei der Betriebs druck im Speicher bei wachsendem Speicherinhalt nahezu konstant bleibt.

2. Gleichdruckspeicher aus Gummi nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Außenwandung bildenden Hüllen an der Durchtrittsstelle der Füll- und Entleerungsleitung zur Innen hülle miteinander druckfest verbunden sind.