DE3219530A1 - Membrane for accumulators - Google Patents
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Abstract
Description
Membran für Druckspeicher Membrane for pressure accumulator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran für Druckspeicher, insbesondere für hydropneumatische Druckspeicher mit einem durch die Membran in einen mit Druckmedium und einen mit Gas befüllbaren Raum veränderlichen Volumens unterteilten Gehäuse, bei der Mittel zur Verminderung von Permeation vorgesehen sind.The invention relates to a membrane for pressure accumulators, in particular for hydropneumatic pressure accumulators with one through the membrane into one with pressure medium and a housing of variable volume that can be filled with gas, in which means for reducing permeation are provided.
Bei hydropneumatischen Druckspeichern ist es bekannt, daß während des Betriebes Gas durch die Membran diffundiert und in das Druckmedium gelangt. Dadurch wird der ursprüngliche Gasfülldruck allmählich herabgesetzt, wodurch das Leistungsvermögen des Druckspeichers verlorengeht. Nach einiger Zeit, die wesentlich von der Umgebungstemperatur während des Betriebs abhängt, ist daher eine Neubefüllung des Druckspeichers mit Gas notwendig, da ansonsten eine ordnungsgemäße Druckmittelversorgung der am Druckspeicher angeschlossenen Verbraucher nicht sichergestellt ist. Es ist ferner bekannt, daß der Permeationswiderstand der Membran mit zunehmender Dicke ansteigt; in der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die Membranen nicht beliebig dick bemessen werden können, da die elastische Verformbarkeit der Membranen mit zunehmender Dicke sinkt bzw. die innere Membranreibung mit zunehmender Dicke zunimmt.In hydropneumatic accumulators it is known that during of the operation gas diffuses through the membrane and gets into the pressure medium. This will gradually reduce the original gas filling pressure, which means that the Capacity of the accumulator is lost. After a while that was essential depends on the ambient temperature during operation, is therefore a refilling of Accumulator with gas necessary, otherwise a proper one Pressure medium supply of the consumers connected to the pressure accumulator not ensured is. It is also known that the permeation resistance of the membrane with increasing Thickness increases; in practice, however, it has been found that the membranes do not can be made as thick as desired, because of the elastic deformability of the membranes with increasing thickness, the internal membrane friction decreases with increasing thickness increases.
Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden, durch deren Anwendung auch bei relativ geringen Membrandicken ein akzeptabler Permeationswiderstand erzielbar ist. Beispielsweise ist in der DE-OS 28 52 912 vorgeschlagen, die Membran mit regelmäßig wiederkehrenden und einander berührenden Verdickungen zu versehen, so daß sich an den verdickten Stellen ein erhöhter Permeationswiderstand ergibt, ohne daß dabei die Verformbarkeit der Membran wesentlich herabgesetzt wird.Various proposals have become known through their application An acceptable permeation resistance can be achieved even with relatively small membrane thicknesses is. For example, it is proposed in DE-OS 28 52 912, the membrane with regular recurring and touching thickenings to be provided so that the thickened areas gives an increased resistance to permeation without this the deformability of the membrane is significantly reduced.
Andererseits ist es aus der DE-OS 16 00 621 bekannt, eine Membran für einen hydropneumatischen Druckspeicher mit einer innerhalb des Membranwerkstoffes liegenden Schicht zu versehen, die einen höheren permeationskoeffizienten als der Membranwerkstoff aufweist. Es hat sich allerdings gezeigt, daß auch bei derartig ausgebildeten Membranen die Elastizität der Membran negativ beeinflußt wird. Andererseits ist nicht jeder beliebige Werkstoff für die Sperrschicht einsetzbar, da zumindest die Elastizitätsmoduln aufeinander abgestimmt werden müssen. Ferner besteht bei Membranen mit einer innenliegenden Sperrschicht das Problem, die beiderseits der Sperrschicht angeordneten Membranschichten sicher und haltbar miteinander zu verbinden.On the other hand, it is known from DE-OS 16 00 621, a membrane for a hydropneumatic pressure accumulator with one inside the membrane material to provide lying layer, which has a higher permeation coefficient than the Has membrane material. It has been shown, however, that even with such formed membranes the elasticity of the membrane is adversely affected. on the other hand not any material can be used for the barrier layer, because at least the moduli of elasticity must be matched to one another. Furthermore, there is Membranes With an internal barrier the problem is on both sides of the barrier arranged membrane layers to connect safely and durable with each other.
Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Membran der vorstehend beschriebenen Art derart auszugestalten, daß sich bei sehr guter Verformbarkeit ein hoher Permeationswiderstand einstellt.The present invention has therefore set itself the task of providing a Design membrane of the type described above in such a way that when very good deformability sets a high permeation resistance.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der neutralen Zone der Membran bereichsweise eine permeationsdichte Sperrschicht angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung ist gewährleistet, daß die Verformbarkeit der Membran nur unwesentlich vermindert wird, da die Sperrschicht nur in gewissen Bereichen des Membranwerkstoffes eingebettet ist.This object is achieved according to the invention in that in the neutral Zone of the membrane a permeation-tight barrier layer is arranged in some areas. Such a configuration ensures that the deformability of the Membrane is only insignificantly reduced, since the barrier layer is only in certain areas of the membrane material is embedded.
Trotzdem ergibt sich eine relativ hohe Diffusionsresistenz, die unter anderem davon abhängig ist, wie groß die von der Sperrschicht überdeckten Bereiche sind.Nevertheless, there is a relatively high diffusion resistance, which is below It depends, among other things, on the size of the areas covered by the barrier layer are.
Vorzugsweise ist die Membran in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehreren gummielastischen Schichten zusammengesetzt. Zwischen diesen Membranschichten und der mit Durchbrüchen versehenen Sperrschicht können in einer vorteilhaften Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes Klebeschichten und gegebenenfalls zusätzlich Haftvermittler angeordnet sein. Da die Membranschichten in den nicht von der Sperrschicht überdeckten Bereichen unmittelbar aneinander zur Anlage kommen und gerade an diesen Flächen eine äußerst gute Verbindung zwischen den Membranschichten entsteht, ergibt sich, daß die Membranschichten äußerst haltbar miteinander verbunden sind, wobei sich zwangsläufig auch eine sichere Lagerung der Sperrschicht einstellt. Alternativ zur Verwendung von Klebeschichten besteht die Möglichkeit, die gummielastischen Schichten der Membran durch einen Vulkanisierprozeß zusammenzufügen. Ferner kann zwischen den gummielastischen Schichten der Membran bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt sein. Dieses bedeutet, daß die Membran in den nicht von der Sperrschicht überdeckten Bereichen vollkommen homogen aufgebaut ist, so daß die Sperrschicht absolut sicher in der Membran gelagert ist.The membrane is preferably composed of two or more in a manner known per se composed of several rubber elastic layers. Between these membrane layers and the barrier layer provided with openings can in an advantageous further development of the subject of the application adhesive layers and, if necessary, additional adhesion promoters be arranged. Since the Membrane layers in the not covered by the barrier layer covered areas come to rest directly next to each other and especially to these Surfaces creates an extremely good connection between the membrane layers that the membrane layers are bonded to one another in an extremely durable manner, with a safe storage of the barrier layer is inevitably established. Alternatively to use adhesive layers there is the option of rubber-elastic Joining layers of the membrane together by a vulcanization process. Furthermore can between the rubber-elastic layers of the membrane in some areas a cohesive one Connection must be established. This means that the membrane in the not from that Barrier layer covered areas is completely homogeneous, so that the Barrier layer is stored absolutely securely in the membrane.
Hierbei ist es denkbar, daß die Sperrschicht einen im wesentlichen gewebeartigen Aufbau besitzt, wobei. die vorstehend beschriebenen stoffschlüssigen Verbindungen jeweils in den Gewebefenstern entstehen.It is conceivable that the barrier layer is essentially one has a fabric-like structure, wherein. the cohesive ones described above Connections arise in each case in the fabric windows.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes sieht vor, daß zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht formschlüssige Verbindungen hergestellt sind. Derartige formschlüssige Verbindungen können in verschiedenster Art und Weise realisiert sein. Beispielsweise kann die Sperrschicht so ausgebildet sein, daß auf beiden Seiten mit Hinterschneidungen versehene Noppen angeformt sind. Die mit Hinterschneidungen versehenen Noppen ragen jeweils in die angrenzende Membranschicht und sind durch die Hinterschneidungen daran gehindert, sich von den Membranschichten zu lösen. Desgleichen ist es denkbar, auf beiden Seiten der Sperrschicht mit Hinterschneidungen versehene Vertiefungen auszubilden. Die letztgenannte Maßnahme wird vorzugsweise dann zum Einsatz kommen, wenn vorgesehen ist, den Membranwerkstoff durch einen Gießvorgang mit der Sperrschicht zusammenzubringen. Eine sichere Verbindung zwischen der Sperrschicht und dem Membranwerkstoff entsteht auch dann, wenn die Sperrschicht beiderseits mit im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Sperrschicht stehenden stiftförmigen Noppen versehen ist. Diese Noppen sind in einer Weiterbildung des Anmeldungsgengestandes vorzugsweise derart bemessen, daß die Summe aus ihrer zweifachen Länge und der Dicke der Sperrschicht auf das Sollmaß der Membrandicke abgestimmt ist. Bei dieser Formgebung und einer derartigen Bemessung übernehmen die Noppen gleichzeitig die Funktion als Abstandhalter beim Herstellungsprozeß.An advantageous further development of the subject of the application provides that between the membrane layers and the barrier layer positive connections are made. Such positive connections can be in the most varied Way to be realized. For example, the barrier layer can be designed in this way be that on both sides provided with undercuts knobs are formed. The knobs provided with undercuts each protrude into the adjacent membrane layer and are prevented by the undercuts from moving away from the membrane layers to solve. Likewise it is conceivable on both sides of the barrier to form recesses provided with undercuts. The latter measure the membrane material is preferably used when it is provided brought together with the barrier layer by a casting process. A secure connection between the barrier layer and the membrane material occurs even if the Barrier layer on both sides with substantially perpendicular to the plane of the barrier layer standing pin-shaped knobs is provided. These knobs are in a further training of the registration gengestand is preferably dimensioned such that the sum of their twice the length and the thickness of the barrier layer to the nominal dimension of the membrane thickness is matched. Take over with this shape and such a dimensioning the knobs also function as spacers in the manufacturing process.
Als vorteilhaft im Hinblick auf die Sicherheit der Verbindung zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht ist es ferner zu bezeichnen, wenn zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht sowohl formschlüssige als auch stoffschlüssige Verbindungen hergestellt sind. Zu diesem Zweck sind aus der Sperrschicht Stege herausgebogen, die beispielsweise spitzwinklig zur Trennschichtebene stehen. Auch lassen sich in vorteilhafter Weise laschenartige Ausprägungen in der Sperrschicht vorsehen, die jeweils in den angrenzenden Membranwerkstoff greifen. Bei der Stoffauswahl hinsichtlich der Sperrschicht ist man beim Anmeldungsgegenstand in keiner Weise eingeschränkt. Da der Sperrschichtwerkstoff; bei jeder Ausgestaltung der Membran vollkommen vom Membranwerk- stoff umschlossen ist, lassen sich auch solche Sperrschichtwerkstoffe verwenden, die eine geringe Resistenz gegen die mit dem Membranwerkstoff in Kontakt tretenden Medien haben. Ferner ist keine besondere Abstimmung der Werkstoffe bezüglich der Elastizitätsmoduln notwendig.As advantageous in terms of the security of the connection between the membrane layers and the barrier layer, it is also to be designated if between the membrane layers and the barrier layer both form-fitting and material-locking Connections are made. For this purpose, bars are bent out of the barrier layer, which are, for example, at an acute angle to the interface plane. Can also be used in advantageously provide tab-like features in the barrier layer, which each grip into the adjacent membrane material. When choosing a fabric with regard to the barrier layer is in no way restricted in the subject of the application. Since the barrier material; in every configuration of the membrane completely from Diaphragm If the material is enclosed, such barrier materials can also be used use that have a low resistance to being in contact with the membrane material kicking media. Furthermore, there is no special coordination of the materials with regard to the modulus of elasticity is necessary.
In einer weiteren Ausgestaltung des Anmeldungsgegenstands ist vorgesehen, daß die Sperrschicht einen gewirkten Aufbau besitzt. Derartige Gewirke zeichnen sich durch eine relativ große Elastizität aus, die den Forderungen nach einer guten Verformbarkeit der Membran entgegenkommt.In a further embodiment of the subject of the application it is provided that that the barrier layer has a knitted structure. Draw such knitted fabrics are characterized by a relatively large elasticity that meets the requirements for a good The deformability of the membrane.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von Fig. 1 bis Fig. 9 der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown below with reference to FIG. 1 to 9 of the drawing explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran im Schnitt, Fig. 2 bis Fig. 4 Membranen im Schnitt mit formschlüssigen Verbindungen zwischen Sperrschicht un den Membranschichten, Fig. 5 bis Fig. 7 Membranen mit formund stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht, Fig. 8 eine Membran im Schnitt mit einer gewebeartigen Trennschicht und Fig. 9 eine Trennschicht in der Draufsicht.1 shows an embodiment of the membrane according to the invention in section, Fig. 2 to Fig. 4 membranes in section with form-fitting connections between the barrier layer and the membrane layers, FIGS. 5 to 7 membranes with form and material connections between the membrane layers and the barrier layer, Fig. 8 shows a membrane in section with a fabric-like separating layer; and FIG. 9 shows a separating layer in top view.
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Membran aus gummielastischem Werkstoff bezeichnet, die in der neutralen Zone 2 eine Sperrschicht 3 aufweist. Die Sperrschicht 3 besteht aus einem Marerial mit einem hohen Permeationskoeffizienten und weist in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen Durchbrüche 4 auf. Beiderseits der Sperrschicht 3 sind einzelne Membranschichten 5,6 anangeordnet. Im Bereich der Durchbrüche 4 besteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6.In Fig. 1, 1 denotes a membrane made of rubber-elastic material, which has a barrier layer 3 in the neutral zone 2. The barrier layer 3 is made from a Marerial with a high permeation coefficient and has in more or less regular breakthroughs 4 on. Both sides of the barrier layer 3 individual membrane layers 5, 6 are arranged. In the area of the breakthroughs 4 there is a material connection between the membrane layers 5, 6.
In Fig. 2 sind die Membranschichten 5,6 mittels formschlüssiger Verbindungen mit der Sperrschicht 3 verbunden. Zu diesem Zweck ist die Sperrschicht 3 beiderseits mit Noppen 7 versehen. Die Noppen weisen ihrerseits Hinterschneidungen 8 auf, in die der Membranwerkstoff beim Herstellungsprozeß hineinfließt.In Fig. 2, the membrane layers 5, 6 are by means of form-fitting connections connected to the barrier layer 3. For this purpose, the barrier layer 3 is bilateral provided with knobs 7. The knobs themselves have undercuts 8, in which the membrane material flows into during the manufacturing process.
Gemäß Fig. 3 ist die Sperrschicht 3 mit im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Sperrschicht 3 stehenden stiftförmigen Noppen 9 versehen, die sich bis zur Oberseite der Membranschicht 5 und bis zur UnterseiteX der Membranschicht 6 erstrecken.According to Fig. 3, the barrier layer 3 is substantially perpendicular to the level of the barrier layer 3 standing pin-shaped knobs 9 provided, which to the top of the membrane layer 5 and to the bottom X of the membrane layer 6 extend.
In Fig. 4 ist die Sperrschicht 3 der Membran 1 mit Vertiefungen 10 versehen, die derart geformt sind, daß Hinterschneidungen 11 entstehen.In FIG. 4, the barrier layer 3 is the membrane 1 with depressions 10 provided, which are shaped such that undercuts 11 arise.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Membranschichten 5,6 sowohl formschlüssiy als auch stoffschlüssig mit der Sperrschicht 3 verbunden. In regelmäßigen Abständen sind aus der Ebene der Sperrschicht 3 Stege 12 herausgebogen, die beispielsweise im spitzen Winkel zur Ebene der Sperrschicht 3 stehen, Die Stege 12 greifen in die in der Darstellung obere Membranschicht 5 ein und sorgen auf diese Weise für eine formschlüssige Verbindung zwischen der Sperrschicht 3 und der oberen Membranschicht 5. Durch die abgewinkelten Stege 12 sind zwischen der oberen Membranschicht 5 und der unteren Membranschicht 6 Durchbrüche 13 freigegeben,.durch die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6 entsteht.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the membrane layers are 5, 6 both positively and cohesively connected to the barrier layer 3. In 3 webs 12 are bent out of the plane of the barrier layer at regular intervals, which are, for example, at an acute angle to the plane of the barrier layer 3, the webs 12 engage in the upper membrane layer 5 in the illustration and take care of this Way for a positive connection between the barrier layer 3 and the upper one Membrane layer 5. The angled webs 12 are between the upper membrane layer 5 and the lower membrane layer 6 openings 13 released, .by the one cohesive Connection between the membrane layers 5, 6 is created.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weicht von dem in Fig. 5 dargestellten lediglich dadurch ab, daß die Sperrschicht 3 neben in die in der Darstellung obere Membranschicht 5 greifenden Stegen 12 auch solche Stege 14 aufweist. die eine formschlüssige Verbindung-zwischen der unteren Membranschicht 6 und der Sperrschicht herbeiführen.The embodiment shown in Fig. 6 differs from that in Fig. 5 shown only from the fact that the barrier layer 3 in addition to in the Representation of webs 12 engaging upper membrane layer 5 also has such webs 14. a form-fitting connection between the lower membrane layer 6 and the Create a barrier.
Die innerhalb der Membranschichten 5,6 liegende Sperrschicht 3 ist gemäß Fig. 7 mit laschenartigen Ausprägungen 15 versehen, die einerseits eine form- schlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6 herbeiführen und andererseits Durchbrüche 16 freigeben, durch die die Membranschichten 5,6 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.The barrier layer 3 lying within the membrane layers 5, 6 is according to FIG. 7 with tab-like impressions 15, which on the one hand have a shape conclusive Bring a connection between the membrane layers 5, 6 and, on the other hand, breakthroughs 16 release by means of which the membrane layers 5, 6 are materially connected to one another are.
In Fig. 8 ist eine Membran mit einer Gewebeschicht aus einem Material mit einem hohen Permeationskoeffizienten dargestellt. Die in der Schnittebene liegenden Gewebeteile sind mit 17 bezeichnet, während die senkrecht zur Schnittebene liegenden Gewebeteile das Bezugszeichen 18 tragen. Das Gewebe 17,18 ist derart ausgebildet, daß zwischen den Gewebeteilen 17,18 Zwischenräume 19 entstehen, die mit dem Membranwerkstoff gefüllt sind.In Fig. 8 is a membrane with a fabric layer made of a material shown with a high permeation coefficient. Those lying in the cutting plane Tissue parts are denoted by 17, while those lying perpendicular to the cutting plane Fabric parts bear the reference number 18. The fabric 17, 18 is designed in such a way that that between the tissue parts 17,18 spaces 19 arise, which with the membrane material are filled.
Schließlich ist in Fig. 9 eine Sperrschicht 3 mit einem gewirkten Aufbau in der Draufsicht dargestellt.Finally, in Fig. 9 there is a barrier layer 3 with a knitted Structure shown in plan view.
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