EP3271591A1 - Verfahren zum herstellen eines schaumkörpers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines schaumkörpers

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EP3271591A1
EP3271591A1 EP16700798.8A EP16700798A EP3271591A1 EP 3271591 A1 EP3271591 A1 EP 3271591A1 EP 16700798 A EP16700798 A EP 16700798A EP 3271591 A1 EP3271591 A1 EP 3271591A1
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EP
European Patent Office
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foam material
foam
accumulator
pressure accumulator
pressure
Prior art date
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Application number
EP16700798.8A
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English (en)
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EP3271591B1 (de
Inventor
Peter Kloft
Herbert Baltes
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Hydac Technology GmbH
Original Assignee
Hydac Technology GmbH
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Publication date
Application filed by Hydac Technology GmbH filed Critical Hydac Technology GmbH
Publication of EP3271591A1 publication Critical patent/EP3271591A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3271591B1 publication Critical patent/EP3271591B1/de
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/086—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor the gas cushion being entirely enclosed by the separating means, e.g. foam or gas-filled balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
    • F15B2201/315—Accumulator separating means having flexible separating means
    • F15B2201/3152—Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being bladders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/3154—Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being completely enclosed, e.g. using gas-filled balls or foam
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    • F15B2201/41—Liquid ports
    • F15B2201/411—Liquid ports having valve means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/60—Assembling or methods for making accumulators

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a foam body, in particular for a pressure accumulator, such as a hydraulic accumulator whose bubble- or membrane-shaped, elastically compliant separation layer within the memory two media spaces separated from each other, in particular a gas working space of a liquid space.
  • a pressure accumulator such as a hydraulic accumulator whose bubble- or membrane-shaped, elastically compliant separation layer within the memory two media spaces separated from each other, in particular a gas working space of a liquid space.
  • a pressure accumulator is known from WO 2013/056834 A1, comprising at least one storage housing which has at least one connection for a pressure medium, in particular in the form of a fluid, which in the
  • Storage housing can be stored, wherein in the storage housing at least partially a filler material is introduced, which has cavities or at least one cavity for at least partially receiving this pressure medium, wherein the interior of the storage housing is completely filled with the filling material, so that said filling material is a wall the storage enclosure contacted over the entire surface.
  • the filling material is designed as a foam, in particular polyurethane foam
  • density differences within the foam material can be produced by repeated injection or foaming.
  • a gradient-like structure of the foam material would be possible such that on the input side of the memory, a very dense material is used, which then noticeably open-pored or less dense, changes towards the opposite side of the storage enclosure.
  • an increased resistance can then be built up in which the barrier property of the foam or of another filling material is correspondingly increased.
  • WO 2013/056835 A1 discloses a pressure accumulator in the form of a hydraulic accumulator having at least one elastomeric separating element, preferably in the form of a separating membrane or separating bladder, which subdivides the accumulator housing into at least two working spaces, of which one working space is the one pressure medium, in particular in the form of a liquid, and the other working space receives the further pressure medium, in particular in the form of a working gas, such as nitrogen gas, wherein in the storage housing at least partially a foam-like filling material is introduced, which is bounded or enclosed by the separating element.
  • a working gas such as nitrogen gas
  • the filling material which preferably consists of a polyurethane foam material, can be introduced as a massive forming block into the store with a predeterminable degree of volume, the filling material then leaving at least within the storage housing a cavity which is in line with the respective one Working fluid (liquid and / or gas) can be filled.
  • the filler in an already cured, cellular structure in the manner of an open-pored finished foam molding block in the cavity of the respective storage housing of a pressure accumulator.
  • the invention is therefore based on the object to provide a pressure accumulator, which helps to avoid the disadvantages described, while maintaining the advantages of the prior art, such as the increased storage capacity and the temperature and pressure stability, thus So it is technically reliable and functionally reliable design and can be produced with little effort and cost.
  • This object is achieved by a method for producing such a pressure accumulator with the features of claim 1 in its entirety.
  • the method according to the invention in contrast to the prior art, at least the following method steps are used to produce the pressure accumulator:
  • the pressure gradient to be built for widening the separating layer from an initial state in the direction of its final state can be supported by gravity, that is to say the introduced liquid foam material at least partially expands the separating layer owing to its weight; However, this process predominantly takes place by volume increase during Curing the foam material and associated cavity cell formation.
  • the method according to the invention it is provided to dilate the bubble- or membrane-shaped separating layer by means of the hardening foam material introduced into the pressure accumulator as the associated pressure gradient is built up, until a valve present on the liquid side of the accumulator, in particular in shape a poppet valve, is closed. Due to the above functional position of the valve, then an easily verifiable statement can be made as to whether sufficient foam material is in the memory after the curing process, or not yet, which can trigger a further refilling process as described above.
  • the initially flowable, in particular liquid foam material is sprayed or injected into the storage housing with the separating element by means of a lance-shaped insertion device.
  • the one free end of the entry device preferably discharges in the upper half of the pressure accumulator and is guided in the gas working space of the accumulator, wherein the entry device also passes through the gas connection of the accumulator and is connected with its other free end to an admixing device for the foam material. In such a way can be very targeted not yet cured
  • the admixing device which is designed as a dynamically or statically operating mixing head
  • components of the flowable, in particular liquid foam material are fed to it via at least two supply lines connected to the mixing head, in order subsequently to be introduced into a predeterminable mixing ratio via the lance-shaped introduction device into the gas working space of the reservoir to be introduced, which is separated via the separating layer from the liquid space of the memory.
  • the lance-shaped insertion device can also rotate about its longitudinal axis within the storage body, so that a uniform foam material entry in the direction of the separation layer of the memory, wherein at the free opening end of the entry device and a plurality of dispensing nozzles can be arranged at predetermined discrete intervals, so as to allow a comparison of the entry. Furthermore, it is possible to g worn seen in the longitudinal direction of the memory, to change from their effective axial entry length forth in case of need, in order to cover such different memory sizes can. The method according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment according to the drawing.
  • an accumulator in the form of a hydraulic accumulator with a storage bladder in different foam filling and production states.
  • the hydraulic accumulator 10 shown in the figures is designed as a bladder accumulator, wherein the elastically yielding, in particular deformable accumulator bladder 12 within a pressure accumulator housing 14 separates two media spaces, in particular a gas working chamber 16 from a fluid chamber 18, which in the later operating state of the accumulator 10 once the Receiving a working gas, in particular in the form of nitrogen gas, serve or receiving hydraulic oil.
  • the storage housing 14 is formed substantially in one piece and bottle-shaped and preferably consists of a steel material or die-cast material, wherein the storage housing 14 may also be formed from a non-illustrated wound plastic laminate, which is referred to in technical terms as a liner structure.
  • the storage bubble 12 forms the bubble-shaped, elastically flexible separating layer of the memory 10 and is composed according to the illustrations according to FIGS. 1 and 2 of sub-segments, in particular vulcanized together.
  • the structure of the reservoir 12 in subsegments is particularly useful when viewed in the axial length of the hydraulic accumulator 10, the pressure accumulator housing 14 has a correspondingly large length.
  • the storage housing 14 has on its opposite end sides two openings 20, 22, wherein the lower opening 20 of receiving a conventional closing valve, such as a poppet valve 24, is used and the upper orifice 22 is provided with a closing valve means 26 (see FIG. 2 and 3), which serves the later supply of the working gas and, if necessary, allows refilling operations with the working gas.
  • the closing valve device 26 usually remains closed. If the poppet valve 24 is in an open position, as shown in FIGS. 1 and 2, the working fluid, regularly in the form of hydraulic oil, can reach the liquid-space side 18 of the reservoir 10 and be stored there until it is in the hydraulic circuit (FIG. not shown), to which the memory 10 can be connected, the stored pressure and / or capacity is in turn needed.
  • the working method corresponds to the usual memory operation, so that will not be discussed in more detail here at this point. But if in any case the accumulator bladder 12 in its fully elongated or widened state, as shown in Fig. 3, presses the accumulator bladder 12 with its lower end under frictional engagement with the poppet valve 24 and closes the extent the valve.
  • a lancet-shaped entry device 36 is connected to this, which is guided with its one free end in the upper half of the pressure accumulator 10 opening out in the gas working space 16 and with its other end it passes through the upper opening 22 of the Storage housing 1, which is provided for the later inclusion of the closing valve means 26. 1, in the region of the lower end of the lance of the insertion device 36, it is provided with corresponding spray or nozzle openings (not shown in more detail) in order to provide a uniformized foam entry into the interior of the store to reach.
  • the foam components which can be supplied via the respective feed line 34 form in the mixing head 32 a flowable mixture of polyols, isocyanate, catalysts, retarders, crosslinkers and stabilizers and optionally water.
  • catalysts may be amine catalysts or tin catalysts.
  • diglycolamine as crosslinking material.
  • the foam material components can also be supplemented with commercially available flame retardants.
  • the above-mentioned individual components can be added in advance to each other in a meaningful manner via the supply lines 34 to the mixing head 32 for the further entry into the storage bladder 12; However, it is also possible, preferably in succession, to supply the components to the mixing head 32 separately from each other, which then causes the mixture and the entry via the introduction device 36.
  • a polyurethane (PU) soft foam 38 is formed, which is crosslinked via the filler material or the additional component in the form of the crosslinker diglycolamine.
  • the particular polyol used produces substantially the elastic foam behavior and the high resilience of the introduced cured foam 38.
  • the preferably open-ended foam 38 has a resilience of 97% to 98% and the mentioned 3-D structure of the foam 38 provides the optimal heat transfer. As is apparent in particular from FIG. 2, the still liquid
  • a pressure gradient builds up in which the increasingly hardening foam material 28 widens the separating layer in the form of the accumulator bladder 12 from the originally partially filled initial state in the direction of the final state as shown in FIG in which the storage 10 is filled with the hardened foam 38 finally and completely closing the poppet valve 24.
  • the desired volume weight for the finished foam 38 ranges between 50 g / dm 3 to 150 g / dm 3 .
  • the heat capacity of the PU foam 38 should be> 1 J / gK at 20 ° C., more preferably assume a value between 1.4 J / gK to 1.9 J / gK, the latter value of an operating temperature of about 120 ° C. equivalent. If the PU flexible foam 38 added is mixed with a flame retardant, the heat capacity can also be increased in this way, in particular if the flame retardant is introduced into the foam 38 as a solid.
  • the flow resistance which is a measure of the porosity of the foam 38, should preferably be within a value range between 1400 and 3800 Ns / m 3 .
  • the elasticity of the foam 38 is such that the foam 38 can be compressed by 40% of the maximum possible volume of foam volume when the memory 10 is ready for operation. Higher values are possible. If a dry inert gas is used on the gas working space side 16, such as nitrogen, helium, argon, xenon, CF or SFe, with a degree of crosslinking of the PU entry material of> 90% and no volatile constituent, a temperature resistance between -40 ° C to 140 ° C.
  • a dry inert gas such as nitrogen, helium, argon, xenon, CF or SFe

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers, insbesondere für einen Druckspeicher, wie einen Hydrospeicher, dessen blasen- oder membranförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht (12) innerhalb des Speichergehäuses zwei Medienräume voneinander separiert, insbesondere einen Gasarbeitsraum von einem Flüssigkeitsraum (18), mit mindestens den folgenden Herstell- Verfahrensschritten: - Einbringen eines strömungsfähigen, vorzugsweise flüssigen, Schaummateriales in den Druckspeicher, das zumindest teilweise von der Trennschicht (12) umgeben ist, - Aushärten des Schaummaterials im Druckspeicher, und dabei - Aufbauen eines Druckgradienten, bei dem das zusehends aushärtende Schaummaterial die Trennschicht (12) von einem ursprünglich teilbefüllten Ausgangszustand in Richtung eines Endzustandes weitet, bei dem der Speicher mit dem ausgehärteten Schaum (38) abschließend befüllt ist.

Description

Hydac Technology GmbH
Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar
Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers, insbesondere für einen Druckspeicher, wie einen Hydrospeicher, dessen blasen- oder membranförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht inner- halb des Speichers zwei Medienräume voneinander separiert, insbesondere einen Gasarbeitsraum von einem Flüssigkeitsraum.
Durch die WO 2013/056834 A1 ist ein Druckspeicher bekannt, bestehend aus zumindest einem Speichergehäuse, das mindestens einen Anschluss für ein Druckmedium, insbesondere in Form eines Fluids aufweist, das im
Speichergehäuse speicherbar ist, wobei in dem Speichergehäuse zumindest teilweise ein Füllmaterial eingebracht ist, das Hohlräume aufweist oder mindestens einen Hohlraum bildet für die zumindest teilweise Aufnahme dieses Druckmediums, wobei das Innere des Speichergehäuses vollständig mit dem Füllmaterial gefüllt ist, so dass das genannte Füllmaterial eine Wandung des Speichergehäuses vollflächig kontaktiert.
Sofern bei der bekannten Lösung das Füllmaterial als Schaum, insbesondere Polyurethanschaum ausgebildet ist, lassen sich Dichteunterschiede inner- halb des Schaummateriales durch mehrfaches Einspritzen oder Einschäu- men erzeugen. So wäre vorteilhafterweise ein gradientartiger Aufbau des Schaummaterials dergestalt möglich, dass auf der Eingangsseite des Speichers ein sehr dichtes Material zum Einsatz kommt, das dann zusehends offenporiger oder mit weniger Dichte versehen, sich in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Speichergehäuses ändert. An der Stelle des Eintritts des Druckmediums in den Speichergehäusekörper lässt sich dann dergestalt ein erhöhter Widerstand aufbauen in dem die Barriereeigenschaft des Schaums oder eines sonstigen Füllmaterials entsprechend erhöht ist.
Durch die WO 2013/056835 A1 ist ein Druckspeicher in Form eines Hyd- rospeichers bekannt mit mindestens einem elastomer ausgebildeten Trennelement, vorzugsweise in Form einer Trennmembran oder Trennblase, die das Speichergehäuse in mindestens zwei Arbeitsräume unterteilt, von denen ein Arbeitsraum das eine Druckmedium, insbesondere in Form einer Flüssigkeit, und der andere Arbeitsraum das weitere Druckmedium, insbesondere in Form eines Arbeitsgases, wie Stickstoffgas, aufnimmt, wobei in dem Speichergehäuse zumindest teilweise ein schaumartiges Füllmaterial eingebracht ist, das von dem Trennelement begrenzt oder eingeschlossen ist.
Um das Speichervermögen entsprechend im Speichergehäuse einstellen zu können, kann das bevorzugt wiederum aus einem Polyurethan- Schaummaterial bestehende Füllmaterial als massiver Formblock in den Speicher mit einem vorgebbaren Volumengrad eingebracht werden, wobei das Füllmaterial dann zumindest innerhalb des Speichergehäuses einen Hohlraum freilässt, der mit dem jeweiligen Arbeitsmedium (Flüssigkeit und/oder Gas) befüllbar ist. So ist bevorzugt vorgesehen, das Füllmaterial in einer bereits ausgehärteten, zellulären Struktur in der Art eines offenporig fertig gestalteten Schaum-Formblockes in den Hohlraum des jeweiligen Speichergehäuses eines Druckspeichers einzubringen.
In Abhängigkeit der Ausbildung des fertig konzipierten und hergestellten schaumartigen Füllmaterials vor dessen Einbau in den Speicher ist ein hohes Speichervermögen für den derart modifizierten Speicher erreicht und ferner lässt sich die Steifigkeit der Dämpfung im Betrieb des Speichers entsprechend beeinflussen. Darüber hinaus ist im Betrieb des Speichers ein homogener Temperaturverlauf für die jeweils ein- und auszubringenden Arbeitsmedien erreicht. Das Einbringen des bereits fertig geschäumten, also ausgehärteten Schaum- und Füllmaterials, gegebenenfalls zusammen mit der Speicherblase, in den Speicher bereitet jedoch regelmäßig Probleme, da die freien zur Verfügung stehenden Einbringöffnungen des jeweiligen Speichergehäuses systembedingt kleingehalten sind, so dass Beschädigungen am Schaum und/oder am Elastomermaterial der Trennschicht während des Einbringens in das Speichergehäuse nicht vermieden werden können. Insbesondere ist es regelmäßig notwendig, das Speichergehäuse in mehrere Segmente zu unterteilen, um das Einbringen des Schaums zu erleichtern, die später dann miteinander zu verbinden sind, beispielsweise mittels eines Laserverbindungsschweißens, was zum einen arbeitstechnisch aufwendig ist und zum anderen die Homogenität und damit die Druckstabilität der Wand des Speichergehäuses beeinträchtigt. Aufgrund der Vielzahl der damit in Verbindung stehenden Arbeitsgänge ist die Herstellung der bekannten Druckspeicherlösungen aufwendig und mithin kostenintensiv. Auch verbietet die aufwendige Herstellung den jeweiligen Speicher als Wegwerf- bauteil zu konzipieren, eine Anforderung des zusehends sich modernisierenden Marktes, der auf Effizienz ausgelegt ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher zu schaffen, der unter Beibehal- tung der Vorteile im Stand der Technik wie das erhöhte Speichervermögen sowie die Temperatur- und Druckstabilität, die beschriebene Nachteile vermeiden hilft, der sich mithin also technisch verlässlich und funktionssicher konzipieren lässt und der mit geringem Arbeitsaufwand und kostengünstig herstellbar ist. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Druckspeichers mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen in Abkehr zu dem Stand der Technik beim Herstellen des Druckspeichers mindestens die folgenden Verfahrensschritte zur Anwendung:
Einbringen eines strömungsfähigen, vorzugsweise flüssigen, Schaummateriales in den Druckspeicher, das zumindest teilweise von der Trennschicht umgeben ist,
- Aushärten des Schaummaterials im Druckspeicher, und dabei - Aufbauen eines Druckgradienten, bei dem das zusehends aushärtende Schaummaterial die Trennschicht von einem ursprünglich teilbefüllten Ausgangszustand in Richtung eines Endzustandes weitet, bei dem der Speicher mit dem ausgehärteten Schaum abschließend befüllt ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird also in den Druckspeicher mit seiner Trennschicht kein bereits fertig erstellter Schaum blockförmig eingebracht, sondern vielmehr ein strömungsfähiges, vorzugsweise flüssiges Schaummaterial, das nach dessen Einbringen in den Druckspeicher bei während des Aushärtvorganges gleichzeitiger Ausweitung der Trennschicht in ihren maximal ausgelegten, erweiterten Zustand im Speicher in-situ den fertigen Schaumblock bildet, so dass alle wesentlichen Schritte der
Schaumerstellung in Richtung des fertigen Zustandes im Speicher direkt und unmittelbar erfolgen und nicht außerhalb desselben.
Der aufzubauende Druckgradient zum Weiten der Trennschicht von einem Ausgangszustand in Richtung ihres Endzustandes kann Schwerkraft unterstützt erfolgen, das heißt, das eingebrachte flüssige Schaummaterial weitet bereits aufgrund seiner Gewichtskraft zumindest teilweise die Trennschicht; überwiegend erfolgt dieser Vorgang jedoch durch Volumenzunahme beim Aushärten des Schaummateriales und der damit in Verbindung stehenden Hohlraum - Zellenbildung.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen den dahingehenden Schaumma- terialeintrag in stehender Weise also in vertikaler Ausrichtung der Längsachse des Speichers vorzunehmen. Da das Schaummaterial im strömungsfähigen, vorzugsweise flüssigen Zustand in den Speicher gelangt, sind Beschädigungen des Schaummaterials vermieden. Durch das Aufweiten der Trennschicht über das eingebrachte, zusehends fest werdende Schaumma- terial, bei dessen Aushärten lässt sich dieser vollständig mit dem Schaummaterial füllen, so dass ein besonders hohes Speichervermögen an einzubringendem Schaum-Füllmaterial erreicht ist. Sofern es beim Aushärten des Schaummaterials zu einer Blasenbildung zwecks Erstellen der vorzugsweise offenporigen Schaumstruktur kommt, kann etwaig überschüssiges Material aus der Einlassstelle für das Schaummaterial wiederum in die Umgebung verdrängt werden. Somit kommt es weder zu einer Überbeanspruchung der Druckspeicherwand noch der elastisch nachgiebig, insbesondere elastomer ausgebildeten Trennschicht, regelmäßig in Form einer Speicherblase, aber auch in Form einer Trennmembran, wie sie bei Membranspeichern sonst üblich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, die blasen- oder membranförmige Trennschicht mittels des in dem Druckspeicher eingebrachten aushärtenden Schaummateri- als unter Aufbauen des damit verbundenen Druckgradienten solange zu weiten, bis ein auf der Flüssigkeitsseite des Speichers vorhandenes Ventil, insbesondere in Form eines Tellerventiles, geschlossen wird. Aufgrund der genannten Funktionsstellung des Ventiles, lässt sich dann eine leicht verifizierbare Aussage darüber treffen, ob hinreichend Schaummaterial nach dem Aushärtvorgang im Speicher sich befindet, oder eben noch nicht, was einen weiteren Nachfüllvorgang wie vorstehend beschrieben auslösen kann. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird das zunächst strömungsfähige, insbesondere flüssige Schaummaterial mittels einer lanzenförmig ausgebildeten Eintrageinrich- tung in das Speichergehäuse mit dem Trennelement eingesprüht oder eingespritzt. Vorzugsweise mündet dabei das eine freie Ende der Eintrageinrichtung in der oberen Hälfte des Druckspeichers aus und ist insoweit im Gasarbeitsraum des Speichers geführt, wobei die Eintrageinrichtung ferner den Gasanschluss des Speichers durchgreift und mit ihrem anderen freien Ende an eine Zumischeinrichtung für das Schaummaterial angeschlossen wird. Dergestalt lässt sich sehr gezielt das noch nicht ausgehärtete
Schaummaterial in den Druckspeicher einbringen und nach Entfernen der Eintrageinrichtung aus dem Speicher kann der Aushärtvorgang für das Schaummaterial ungestört von statten gehen.
Mittels der Zumischeinrichtung, die als dynamisch oder statisch arbeitender Mischkopf ausgebildet ist, wird über mindestens zwei an den Mischkopf angeschlossene Zuführleitungen, Komponenten des strömungsfähigen, insbesondere flüssigen Schaummaterials diesem zugeführt, um anschließend in entsprechend vorgebbarem Mischungsverhältnis über die lanzenförmig ausgebildete Eintrageinrichtung in den Gasarbeitsraum des Speichers eingebracht zu werden, der über die Trennschicht vom Flüssigkeitsraum des Speichers separiert ist. Insbesondere lässt sich mittels des Mischkopfes die lanzenförmig ausgebildete Eintrageinrichtung innerhalb des Speicherkörpers um ihre Längsachse auch drehen, so dass ein gleichmäßiger Schaummaterialeintrag in Richtung der Trennschicht des Speichers erfolgt, wobei am freien Öffnungsende der Eintrageinrichtung auch mehrere Abgabedüsen in vorgebbaren diskreten Abständen voneinander angeordnet sein können, um dergestalt eine Vergleichsmäßigung des Eintrags zu erlauben. Ferner ist es möglich die Eintra- geinrichtung in Längsrichtung des Speichers gesehen, von ihrer wirksamen axialen Eintraglänge her im Bedarfsfall zu verändern, um dergestalt unterschiedliche Speichergrößen abdecken zu können. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen die
Fig. 1 bis 3 einen Druckspeicher in Form eines Hydrospeichers mit einer Speicherblase in unterschiedlichen Schaumbefül- lungs- und Fertigungszuständen.
Der in den Figuren gezeigte Hydrospeicher 10 ist als Blasenspeicher konzi- piert, wobei die elastisch nachgiebige, insbesondere verformbare Speicherblase 12 innerhalb eines Druckspeichergehäuses 14 zwei Medienräume voneinander separiert, insbesondere einen Gasarbeitsraum 16 von einem Flüssigkeitsraum 18, die im späteren Betriebszustand des Speichers 10 einmal der Aufnahme eines Arbeitsgases, insbesondere in Form von Stickstoff- gas, dienen bzw. der Aufnahme von Hydrauliköl. Das Speichergehäuse 14 ist im Wesentlichen einteilig und flaschenförmig ausgebildet und besteht bevorzugt aus einem Stahl Werkstoff oder Druckgussmaterial, wobei das Speichergehäuse 14 auch aus einem nicht näher dargestellten gewickelten Kunststoff-Laminat gebildet sein kann, was man fachsprachlich als Liner- Aufbau bezeichnet. Die Speicherblase 12 bildet die blasenförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht des Speichers 10 und ist gemäß den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2 aus Teilsegmenten zusammengesetzt, insbesondere zusammenvulkanisiert. Der Aufbau der Speicherblase 12 in Teilsegmenten bietet sich insbesondere dann an, wenn in axialer Länge des Hyd- rospeichers 10 gesehen das Druck-Speichergehäuse 14 über eine entsprechend große Länge verfügt. Das Speichergehäuse 14 weist auf seinen gegenüberliegenden Endseiten zwei Öffnungen 20, 22 auf, wobei die untere Öffnung 20 der Aufnahme eines üblichen Schließventils, wie einem Tellerventil 24, dient und die obe- re Öffnung 22 ist mit einer Schließventileinrichtung 26 versehen (vgl. Fig. 2 und 3), die der späteren Zufuhr des Arbeitsgases dient und im Bedarfsfall Nachfüllvorgänge mit dem Arbeitsgas ermöglicht. Ansonsten bleibt im Betrieb des Speichers die Schließventileinrichtung 26 üblicherweise geschlossen. Ist das Tellerventil 24 in einer geöffneten Stellung, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, kann die Arbeitsflüssigkeit, regelmäßig in Form von Hyd- rauliköl, auf die Flüssigkeitsraumseite 18 des Speichers 10 gelangen und dort solange bevorratet werden, bis im hydraulischen Kreis (nicht dargestellt), an den der Speicher 10 anschließbar ist, die eingespeicherte Druck- und/oder Füllmenge wiederum benötigt wird. Die dahingehende Arbeits- weise entspricht dem üblichen Speicherbetrieb, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Ist aber jedenfalls die Speicherblase 12 in ihrem voll elongierten oder geweiteten Zustand, wie in der Fig. 3 dargestellt, drückt die Speicherblase 12 mit ihrem unteren Ende unter kraftschlüssiger Anlage auf das Tellerventil 24 und schließt insoweit das Ventil. Auf der Fluidseite des Speichers ist dann ein Eintragsdruck des flüssigen Mediums notwendig, der größer als der Gegendruck in der Speicherblase 12 ist, um dergestalt einen Öffnungsvorgang für das Tellerventil 24 bewerkstelligen zu können. Um zu einem betriebsfähigen Hydrospeicher 10 zu gelangen, ist dieser mit einem Schaummaterial entsprechend zu befüllen, was im Folgenden näher erläutert werden wird. Für den Eintrag des strömungsfähigen, insbesondere flüssigen Schaummaterials dient eine als Ganzes mit 30 bezeichnete Zu- mischeinrichtung, die einen statisch oder dynamisch arbeitenden Misch- köpf 32 beinhaltet, der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 über zwei an dem Mischkopf 32 angeschlossene Zuführleitungen 34 verfügt und auf den zu befüllenden Speicher 10 von außen he aufzusetzen ist. Ferner ist auf der Unterseite des Mischkopfes 32 an diesen eine lanzenför- mig ausgebildete Eintrageinrichtung 36 angeschlossen, die mit ihrem einen freien Ende in der oberen Hälfte des Druckspeichers 10 ausmündend im Gasarbeitsraum 16 geführt ist und mit ihrem anderen Ende durchgreift sie die obere Öffnung 22 des Speichergehäuses 1 , die für die spätere Aufnahme der Schließventileinrichtung 26 vorgesehen ist. Für den Eintrag des Schaummaterials ist gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 im Bereich des unteren Endes der Lanze der Eintrageinrichtung 36 diese mit entsprechen- den Sprüh- oder Düsenöffnungen (nicht näher dargestellt) versehen, um dergestalt einen vergleichmäßigten Schaumeintrag in das Innere des Speichers zu erreichen.
Die über die jeweilige Zuführleitung 34 zuführbaren Schaumkomponenten bilden im Mischkopf 32 zusammengeführt eine fließfähige Mischung aus Polyolen, Isocyanat, Katalysatoren, Verzögerern, Vernetzern sowie Stabilisatoren und gegebenenfalls Wasser. Insbesondere kommen langkettige Po- lyether-Polyole zum Einsatz und die Katalysatoren können Amin-Katalysa- toren oder Zinn-Katalysatoren sein. Besonders bevorzugt kommt als Vernet- zermaterial Diglykolamin zum Einsatz. Es können aber auch Aminoverbin- dungen, Butandiol sowie Alkohole verwendet werden. Als Stabilisatoreintragmaterial haben sich Silikonverbindungen bewährt. Die Schaummaterial- Komponenten können auch noch um handelsübliche Flammschutzmittel ergänzt sein. Die vorstehend genannten einzelnen Komponenten können vorab sinnfällig miteinander kombiniert über die Zuführleitungen 34 dem Mischkopf 32 für den weiteren Eintrag in die Speicherblase 12 zugesetzt werden; es besteht aber auch die Möglichkeit, vorzugsweise die Komponenten in Hintereinanderabfolge dem Mischkopf 32 getrennt voneinander zuzuführen, der dann die Mischung und den Eintrag über die Eintragein- richtung 36 veranlasst. Sofern das für den Schaum verwendete Polymerpolyol ausgehärtet ist, entsteht ein Polyurethan(PU)-Weichschaum 38, der über den Zusatzwerkstoff oder die Zusatzkomponente in Form des Vernetzers Diglykolamin vernetzt ist. Das eingesetzte spezielle Polyol erzeugt im Wesentlichen das elastische Schaumverhalten und das hohe Rückstell vermögen des eingebrachten ausgehärteten Schaums 38. Der bevorzugt offenzeliig ausgebildete Schaum 38 weist ein Rückstellvermögen von 97 %bis 98 % auf und die angesprochene 3-D Struktur des Schaums 38 sorgt für den optimalen Wärmeübergang. Wie sich insbesondere aus der Fig. 2 ergibt, wird das noch flüssige
Schaummaterial 28 im unteren Speicherblasenende 40 mit der für den jeweiligen Speichertyp individuell benötigten Eintragmenge angesammelt und dann der Speicher 10 über die Schließventileinrichtung 26 am oberen Ende druckdicht verschlossen. Aufgrund der eingebrachten Komponenten des Schaummaterials 28 härtet dann dieses aus und vergrößert sich dabei im Volumen bis zum Endzustand gemäß der Darstellung nach der Fig. 3, bei der das Tellerventil 24 dann geschlossen ist. Insbesondere kommt es beim Aushärten des Schaummaterials 28 im Druckspeicher 10 zum Aufbau eines Druckgradienten, bei dem das zusehends aushärtende Schaummateri- al 28 die Trennschicht in Form der Speicherblase 12 von dem ursprünglich teilbefüllten Ausgangszustand gemäß der Darstellung nach der Fig. 2 in Richtung des Endzustandes weitet, bei dem der Speicher 10 mit dem ausgehärteten Schaum 38 abschließend und vollständig unter Schließen des Tellerventils 24 befüllt ist. Aufgrund des Rückstellvermögens des Schaums 38 kann dieser bei sich öffnendem Tellerventil 24 über den Fluiddruck des nicht näher dargestellten hydraulischen Kreises, an den der Speicher 10 angeschlossen ist, zurückverdrängt, insbesondere im Hinblick auf die Of- fenporigkeit der Schaumzellen zusammengedrückt werden, so dass der Flüssigkeitsraum 18 im Hydrospeicher 10 von dem Öl-Medium bis zu ei- nem erneuten Abruf befüllt und dergestalt dort unter Druck des verdichteten Schaummaterials gespeichert werden kann. Das angestrebte Raumgewicht für den fertigen Schaum 38 bewegt sich zwischen 50 g/dm3 bis 150 g/dm3. Die Wärmekapazität des PU-Schaums 38 soll bei 20°C > 1 J/gK sein, besonders bevorzugt einen Wert zwischen 1 ,4 J/gK bis 1 ,9 J/gK einnehmen, wobei der letztgenannte Wert einer Betriebstemperatur von etwa 120°C entspricht. Sofern der eingebrachte PU- Weichschaum 38 mit einem Flammschutzmittel versetzt ist, lässt sich dergestalt auch die Wärmekapazität erhöhen, insbesondere wenn das Flammschutzmittel als Feststoff in den Schaum 38 eingebracht ist. Der Strömungs- widerstand, der als ein Maß für die Porosität des Schaums 38 gilt, soll bevorzugt innerhalb eines Wertebereichs zwischen 1400 bis 3800 Ns/m3 liegen. Die Elastizität des Schaums 38 ist aber jedenfalls derart, dass sich der Schaum 38 im betriebsfertigen Zustand des Speichers 10 um 40 % des maximal möglichen Schaumvolumeneintrags komprimieren lässt. Höhere Wer- te sind möglich. Sofern ein trockenes Inertgas auf der Gasarbeitsraumseite 16 eingesetzt ist, wie beispielsweise Stickstoff, Helium, Argon, Xenon, CF oder SFe, ergeben sich bei einem Vernetzungsgrad des PU-Eintrags Werkstoffes von > 90 % und keinem flüchtigen Bestandteil eine Temperaturfestigkeit, die zwischen -40°C bis 140°C liegt.
Da der Schaum 38 in der Speicherblase 12 eingeschlossen ist und dergestalt auch keinen Kontakt mit der Innenwand des Speichergehäuses 14 hat sowie mit einschlägigen Dichtungsmaterialien (TPU, NBR, HR, ECO, FKM), die im Speicherbau üblich sind, kommt es auch zu keinem dahingehenden chemi- sehen Angriff auf das Dichtungsmaterial, was der Langlebigkeit der Speicherkonstruktion zugute kommt. Sollte es im Schadensfall zu einer Zerstörung des ausgehärteten Schaummaterials 38 im betriebsfähigen Zustand des Speichers nach der Fig. 3 kommen, wird der Speicher 10 an sich nicht unbrauchbar, sondern es erfolgt nur ein„Rückfall" auf das Verhalten eines üblichen Speichers ohne Schaumeintrag. Des Weiteren kommt das angesprochene Dichtungssystem des Speichers 10 mit einem verminderten Schmierfilm auf der Gasseite aus und erfüllt somit Trockenlaufeigenschaften. Sollte es wider Erwarten zu einem Übertritt von Schaumpartikeln oder Schaumzellen über die Dichtung oder das Trennschichtmaterial auf die Flüssigkeitsseite 18 des Speichers 10 kommen, führt der dahingehende Ein- trag von Fremdstoffen in die Flüssigkeit nicht zu einer Schädigung des Hydrauliksystems, da insoweit der PU-Schaum keinen erkennbar schädigenden Einfluss hat.
Als weitere, jedoch nicht näher dargestellte und beschriebene Ausführungs- form besteht die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren nebst dem Schaumeintrag bei Druckspeichern anzuwenden, die als Membranspeicher konzipiert sind, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 und 2 der bereits genannten PCT-Veröffentlichung WO 2013/056835 A1 im Stand der Technik aufgezeigt sind.
Mit der erfindungsgemäßen Hydrospeicherlösung unter Anwendung des beschriebenen Herstellverfahrens lassen sich Speicher mit erhöhtem Speichervermögen realisieren bei guter Temperatur- und Druckstabilität, die sich im Betrieb als sehr funktionssicher erweisen und sich mit geringem Arbeits- und Kostenaufwand herstellen lassen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers, insbesondere für einen Druckspeicher (10), wie einen Hydrospeicher, dessen blasen- o- der membranförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht (12) innerhalb des Speichergehäuses (14) zwei Medienräume voneinander separiert, insbesondere einen Gasarbeitsraum (16) von einem Flüssigkeitsraum (18), mit mindestens den folgenden Herstell- Verfahrensschritten:
Einbringen eines strömungsfähigen, vorzugsweise flüssigen,
Schaummateriales (28) in den Druckspeicher (10), das zumindest teilweise von der Trennschicht (12) umgeben ist,
Aushärten des Schaummaterials (28) im Druckspeicher (10), und dabei
Aufbauen eines Druckgradienten, bei dem das zusehends aushärtende Schaummaterial (28) die Trennschicht (12) von einem ursprünglich teilbefüllten Ausgangszustand in Richtung eines Endzustandes weitet, bei dem der Speicher (10) mit dem ausgehärteten Schaum (38) abschließend befüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (12) mittels des in dem Druckspeicher (10) eingebrachten und aushärtenden Schaummateriales (28) unter Aufbau des damit verbun- denen Druckgradienten solange geweitet wird, bis ein im Flüssigkeitsraum (18) des Speichers (10) vorhandenes Ventil, insbesondere in Form eines Tellerventiles (24), geschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsfähige, insbesondere flüssige Schaummaterial (28), mittels einer lanzenförmig ausgebildeten Eintrageinrichtung (36) in den Druckspeicher (10) eingesprüht oder eingespritzt wird, die mit ihrem einen freien Ende in der oberen Hälfte des Druckspeichers (10) ausmündend im Gasarbeitsraum (16) geführt wird und dabei den Gasan- schluss (20) des Speichers (10) durchgreift und mit ihrem anderen freien Ende außerhalb des Druckspeichers (10) an eine Zumischeinrichtung (30) angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das mittels der Zumischeinrichtung (30), die als dynamisch oder statisch arbeitender Mischkopf (32) ausgebildet ist, über mindestens zwei an den Mischkopf (32) angeschlossene Zuführleitungen (34), Komponenten des strömungsfähigen, insbesondere flüssigen Schaummaterials (28) diesem zugeführt werden, um anschließend in entsprechend vorgebbarem Mischungsverhältnis über die lanzenför- mig ausgebildete Eintrageinrichtung (36) in den Gasarbeitsraum (16) des Speichers (10) eingebracht zu werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen für das Erstellen des strömungsfähigen, insbesondere flüssigen Schaummaterials (28) miteinander mittels der Zumischeinrichtung (36) zu mischenden Komponenten wie folgt gewählt werden:
Polyole, insbesondere in Form langkettiger Polyether-Polyole; Treibmittel, insbesondere in Form von Wasser; und
Vernetzer, insbesondere in Form von Diglykolamin,
vorzugsweise ergänzt um:
Katalysatoren, insbesondere in Form von Aminkatalysatoren und/oder Zinn-Katalysatoren;
Verzögerer;
Flammschutzmittel; und Stabilisatoren, insbesondere in Form von Silikonverbindungen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Druckspeicher (10) in-situ ausgehärtete
Schaummaterial (38) offenzellig ausgebildet wird mit einem Rückstellvermögen als 3-D Struktur von 97 bis 98%.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumgewicht des ausgehärteten Schaummaterials (38) zwischen 50 g/dm3 bis 1 50 g/dm3 pro Liter Eintragsvolumen an strömungsfähigem, insbesondere flüssigem Schaummaterial (28) liegend ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekapazität des ausgehärteten Schaummaterials (38) bei 20°C > 1 J/gK liegend gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Schaums (38) zwischen 1400 bis 3800 Ns/m3 liegend gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfestigkeit in einer abgeschlossenen Speicherblase (12) als dem elastisch nachgiebigen Trennelement und unter Einsatz von trockenem Inertgas, als in dem Gasarbeitsraum (16) des Speichers (10) eingebrachten Arbeitsgas zwischen -40°C bis 140°C liegend gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der jeweils gewählten Aufschäumungsge- schwindigkeit unter Einbezug der Druckgradientwerte beim Schau- Ί 6 men Zellen im fertigen Schaum (38) in der Größenordnung von 0,01 mm3 bis 375 mm3 liegend erreicht werden.
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