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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung eines Druckmediums und findet insbesondere für die Bereitstellung von Druckluft in Brems- und Hilfssystemen Anwendung.
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Druckbehälter für Kraftfahrzeuge werden mit starren Hüllen aus meist metallischen Werkstoffen gebaut, die dem Innendruck standzuhalten vermögen. Standardmäßig finden hier Stahl oder Alu, aber auch Kunststoff Anwendung.
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Diese besetzen am Fahrzeug einen definierten Bauraum und werden dort als Komponente befestigt und verschlaucht.
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Ein Druckbehälter mit einer flexiblen Hülle ist aus der Druckschrift
DE 10 2014 017 726 A1 bekannt. Es wird ein Druckluftspeicher offenbart, der ein veränderliches Volumen und bei Druckluftfüllung und Druckluftentnahme einen wenig verändernden Druck aufweist. Der Druckluftspeicher ist beispielsweise für Druckluftbremsanlagen in Fahrzeugen vorgesehen. Um die speicherbare Druckluftmenge bei gleichem Volumen des Druckluftspeichers erhöhen zu können oder den Druckluftspeicher bei gleicher Druckluftmenge verkleinern zu können, weist der Druckluftspeicher ein vorgespanntes, elastisch verformbares, abgedichtetes Wandelement auf, das auf die Druckluftfüllung einen Gegendruck ausübt, der sich bei der Füllung und Entnahme von Druckluft nur wenig verändert. Die drucktragende Hülle wird von einer Membran gebildet, wobei diese weiterhin als separate Komponenten am Fahrzeug befestigt werden muss, wodurch zusätzlicher Bauraum am oder im Fahrzeug in Anspruch genommen wird.
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Aus der Druckschrift
US 2014/0299215 A1 ist ein mit Druck beaufschlagbarer Druckbehälter bekannt, wobei der Druckbehälter ein erstes Endelement und ein zweites Endelement aufweist, das in Längsrichtung im Abstand zu dem ersten Endelement angeordnet ist. Zwischen dem ersten und zweiten Ende des Druckbehälters ist ein flexibles Reservoirelement angeordnet und mit dem ersten und zweiten Ende des Druckbehälters verbunden. Das flexible Reservoirelement bildet die Kammer, in der das unter Druck stehende Gas gespeichert wird. In Abhängigkeit des in der Kammer herrschenden Druckes dehnt sich das flexible Reservoirelement aus oder zieht sich zusammen. Die Enden sind als starre Bauteile ausgebildet. Der Druckbehälter wird als zusätzliches Bauteil in einem Kraftfahrzeug verbaut und benötigt daher zusätzlichen Bauraum.
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In der Druckschrift
EP 2 646 735 B1 wird ein Sicherheitssystem für einen pneumatischen Akkumulator und eine Anlage mit einem solchen System beschrieben. Das System umfasst eine pneumatische Blase zur Aufnahme eines Hochdruckgases und Strömungsverteilungsmittel, die mit der ersten Verbindungsröhre und der zweiten Verbindungsröhre mit dem pneumatischen Akkumulator und der pneumatischen Blase verbunden sind. Die Strömungsverteilungsmittel können mittels eines Befehls von einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition wechseln.
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In der ersten Betriebsposition verbinden die Strömungsverteilungsmittel die erste und zweite Verbindungsröhre mit dem pneumatischen Akkumulator. In der zweiten Betriebsposition verbinden die Strömungsverteilungsmittel die erste und zweite Verbindungsröhre mit der pneumatischen Blase, um diese mit Gas aufzublasen und funktional den pneumatischen Akkumulator zu ersetzen. Die pneumatische Blase ist derart in ihren Abmessungen gestaltet, dass sie im entfalteten Zustand im Wesentlichen das gesamte interne Volumen des pneumatischen Akkumulators belegt. Das System findet vorzugsweise als Bremsvorrichtung in einem Fahrzeug Anwendung.
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Des Weiteren sind Anwendungen bekannt, bei denen Hohlräume in Fahrzeugbauteilen zur Speicherung von Druckluft genutzt werden, zum Beispiel für die Bereitstellung von Druckluft für Luftfederungen in der A-Säule eines Personenkraftwagens.
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Es ist auch die Verwendung von Hohlräumen im Inneren einer Nutzfahrzeug-Achse bekannt, um die Druckluft dort zu speichern.
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Die Druckschrift
US 3,689,054 B offenbart ein kombiniertes Fahrzeugchassis mit einer Luftfederung, wobei längliche Luftkammer mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt physisch in umgekehrten, U-förmigen Chassiselementen angeordnet sind. Unter Lastbedingungen legen sich die Luftkammern an die Chassiselemente nur an einem Teil des Umfangs an, wobei mit zunehmender Last die Kontaktfläche zwischen den Luftkammern und den Chassiselementen zunimmt, wodurch die Federsteifigkeit erhöht wird. Die Seitenabschnitte der umgedrehten U-förmigen Chassisteile sind im Leerlauf von den Seiten der Luftkammern beabstandet. Bei schwerer Last und wenn sich das Auto um eine Kurve bewegt, verhindern die Seitenteile der U-förmigen Elemente ein seitliches Pendeln des Fahrzeugs.
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Der Nachteil dieser Speichermethoden ist, dass die Kavitäten im Zuge ihrer Herstellung gasdicht ausgeführt werden müssen. Dies ist mit den normalerweise für die Bauteile verwendeten Fertigungsverfahren nicht immer möglich und führt zu hohen Zusatzaufwänden.
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Viele Bauteile werden im Karosseriebau beispielsweise durch Punktschweißen oder Kleben hergestellt. Achsträger und Achsbauteile werden unter anderem als Guss- oder Schweißkonstruktion ausgeführt. Da hierbei die mechanische Belastbarkeit im Vordergrund steht, ist die Gewährleistung der Gasdichtheit meist nur durch zusätzliche Maßnahmen möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Speicherung eines Druckmediums zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und die, in einem Kraftfahrzeug vorhandene Kavitäten nutzt, ohne Anforderungen an die Gasdichtheit der Hohlräume zu stellen.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ausführung vorgeschlagen, die neben der bekannten Kavität, zur Aufnahme der Druckluft eine separate gasdichte Hülle in ihrem Inneren vorsieht.
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Die Vorrichtung dient der Speicherung eines Druckmediums insbesondere für Nutzfahrzeug-Brems- und Hilfssysteme, wobei die Vorrichtung eine Kavität aufweist, wobei die Kavität ein von einem Bauteil des Fahrzeuges gebildeter Hohlraum ist. Die Kavität ist in Form einer druckstabilen äußeren Hülle ausgebildet, in der eine innere Hülle angeordnet ist, die einen Druckraum bildet und an der Innenseite der Kavität anliegt und sich an dieser abstützt, wobei die innere Hülle gasdicht ausgebildet ist.
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Durch das Anliegen der inneren Hülle an der Innenwand der Kavität kommt es bei Erschütterungen zu keiner Relativbewegung zwischen beiden Partnern. Damit ist eine Beschädigung der Trennschicht durch betriebsbedingte Belastungen vermeidbar.
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Die innere Hülle kann derart ausgebildet sein, dass sie sich erst unter Druckbeaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Medium an die Innenseite der äußeren Hülle anlegt.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung erfolgt eine Funktionstrennung. Die Aufnahme der Innendruck-Belastung erfolgt weiterhin durch die Wände der Kavität, die Funktion der Gasdichtheit wird durch die innere Hülle übernommen. Die innere Hülle übernimmt die Funktion einer Trennschicht.
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Vorzugsweise weist die äußere Hülle eine Einrichtung zum Druckausgleich auf, sodass der Zwischenraum zwischen der inneren Hülle und der Innenwand der äußeren Hülle bei Ausdehnung der inneren Hülle evakuierbar und/oder entlüftbar ist.
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Die Kavität ist in Form eines Hohlprofils in einem Nutzfahrzeug ausgebildet derart, dass die Innendruckbelastung über das Hohlprofil und die Gasdichtheit über die innere Hülle gewährleistet wird.
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Das Druck-Volumen-Produkt der inneren Hülle beträgt zwischen 0,06 I x 8 bar bis zu 120 I x 12,5 bar.
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Die innere Hülle ist derart ausgebildet, dass sie in der äußeren Hülle vorhandene Öffnungen überspannt und eine Gasdichtheit sicherstellt. Dafür kann die innere Hülle/Trennschicht beispielsweise in Form einer flexiblen ballonartigen Membran oder einer auf der Innenwand aufgebrachten Sperrschicht vorliegen, die geeignet ist, kleine, in den Wänden der Kavität vorliegende Gasundichtheiten selbsttragend zu überspannen und damit zu verschließen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die innere Hülle in Form einer Membran ausgebildet, die in einem unbefüllten Zustand den Druckraum nicht vollständig ausfüllt. Erst unter Druckbeaufschlagung legt sich die Membran an die äußere Hülle an.
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Der Anschluss des Druckraumes an das Pneumatiksystem des Nutzfahrzeuges erfolgt über eine in der äußeren Hülle vorliegende Öffnung, die mit einer Öffnung in der inneren Hülle deckungsgleich ist.
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In einer Form der Ausgestaltung ist die innere Hülle eine Sperrschicht, die auf der Innenwand der äußeren Hülle liegt und auch im drucklosen Zustand dort verbleibt.
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Die innere Hülle ist erfindungsgemäß eine dünnwandige Membran in Form einer Blase, die dem Innendruck nicht allein standhalten kann. Diese wird in einen Hohlraum/Kavität am Fahrzeug in drucklosem Zustand eingebaut. Bei der Befüllung mit Druckluft schwillt die Blase/innere Hülle an und legt sich an die Wände des Hohlraumes/der Kavität an. Aufgabe der inneren Hülle ist die Sicherstellung der Gasdichtheit.
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Der bei der Befüllung entstehende Innendruck wird durch die Wände des Hohlraums getragen. Diese können auch eine poröse Struktur aufweisen.
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Somit nimmt der Druckraum keinen zusätzlichen Bauraum am Fahrzeug in Anspruch, sondern nutzt einen ohnehin vorhandenen Bauraum im Inneren eines anderen Bauteils. Dieses den Hohlraum bildende Bauteil muss natürlich für die Kombination seiner bestimmungsgemäßen Belastung und der Innendruck-Belastung konzipiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung mit einer inneren Hülle in einem nicht befüllten Zustand,
- 2 eine Vorrichtung mit einer mit einem Druck beaufschlagten inneren Hülle,
- 3 eine Detailansicht eines Randbereichs gemäß 2.
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In 1 ist eine Vorrichtung mit einer Kavität in Form einer äußeren Hülle 1 und einer darin angeordneten inneren Hülle 2 dargestellt.
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Die innere Hülle 2 ist gemäß 1 in Form einer flexiblen ballonartigen Membran ausgebildet, die geeignet ist, kleine, in den Wänden der äußeren Hülle 1 vorliegende Gasundichtheiten selbsttragend zu überspannen und damit zu verschließen. Die innere Hülle 2 liegt im drucklosen Zustand erschlafft vor legt sich erst unter Druckbeaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Medium an die Innenseite 1.1 der äußeren Hülle 1 an. Die Befüllung der inneren Hülle 2 erfolgt über eine in der äußeren Hülle 1 vorliegende Öffnung 3, die mit einer Öffnung 4 in der inneren Hülle 2 deckungsgleich ist.
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Erst durch die Beaufschlagung mit Innendruck wird die innere Hülle 2 in Form gebracht und legt sich an die Innenwände 1.1 der äußeren Hülle an. Dabei wird der Innendruck erst voll aufgebaut, wenn die innere Hülle 2 vollständig durch die Innenwände der Kavität 1 abgestützt wird.
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Der Zwischenraum 5 zwischen der inneren Hülle 2 und der Innenwand 1.1 der äußeren Hülle 1 kann dabei evakuiert sein oder über eine geeignete Druckausgleich-Einrichtung entlüftet werden. So kann eine gleichmäßige Ausdehnung der inneren Hülle 2 gewährleistet werden.
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Die vollständig an der äußeren Hülle 1 anliegende innere Hülle 2 ist in 2 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Kavität in Form einer äußeren Hülle 1 auf, in der eine innere Hülle 2 angeordnet ist. Die innere Hülle 2 ist eine dünnwandige Membran in Form einer Blase, die dem Innendruck nicht allein standhalten kann. Bei der Befüllung mit Druckluft schwillt die Blase/innere Hülle 2 an und legt sich an die Wände 1.1 des Hohlraumes/der Kavität 1 an. Aufgabe der inneren Hülle 2 ist die Sicherstellung der Gasdichtheit. Die Befüllung erfolgt über die Öffnung der äußeren und inneren Hülle 3,4. Die äußere Hülle 1 dient der Aufnahme der Innendruckbelastung.
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Die innere Hülle 2 in Form der flexiblen ballonartigen Membran ist geeignet, kleine, in den Wänden der äußeren Hülle 1 vorliegende Gasundichtheiten selbsttragend zu überspannen und damit zu verschließen. Derartige Öffnungen 6 in der äußeren Hülle 1 sind in der 3 dargestellt, welche eine Detaildarstellung Z gemäß 2 ist. Der bei der Befüllung entstehende Innendruck wird somit durch die Wände 1.1 der äußeren Hülle 1, beziehungsweise durch den Hohlraum getragen. Diese können auch eine poröse Struktur aufweisen, da die Gasdichtheit von der inneren Hülle 2 gewährleistet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Äußere Hülle
- 1.1
- Innenseite
- 2
- Äußere Hülle
- 3
- Äußere Öffnung
- 4
- Innere Öffnung
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Öffnung
- Z
- Detailansicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014017726 A1 [0004]
- US 2014/0299215 A1 [0005]
- EP 2646735 B1 [0006]
- US 3689054 [0010]
