EP3271591B1

EP3271591B1 - Verfahren zum herstellen eines schaumkörpers

Info

Publication number: EP3271591B1
Application number: EP16700798.8A
Authority: EP
Inventors: Peter Kloft; Herbert Baltes
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-01-15
Also published as: CN107407295A; EP3271591A1; JP2018511009A; US10641295B2; WO2016150535A1; JP6756723B2; US20180038391A1; DE102015003673A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers für einen Druckspeicher, wie einen Hydrospeicher, dessen blasen- oder membranförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht innerhalb 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 innerhalb des Schaummateriales durch mehrfaches Einspritzen oder Einschäumen 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 Hydrospeichers 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 Wegwerfbauteil zu konzipieren, eine Anforderung des zusehends sich modernisierenden Marktes, der auf Effizienz ausgelegt ist.
Die DE 29 47 258 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers für einen Druckspeicher, dessen blasenförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht innerhalb des Speichergehäuses zwei Medienräume voneinander separiert, mit mindestens den folgenden Herstell-Verfahrensschritten: Einbringen eines strömungsfähigen, vorzugsweise flüssigen, Schaummateriales in den Druckspeicher, das zumindest teilweise von der Trennschicht umgeben ist; und Aushärten des Schaummaterials im Druckspeicher.
Die DE 1 240 264 offenbart einen Schaumkörper.Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher zu schaffen, der unter Beibehaltung 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 vollständig 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 Schaummaterialeintrag 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 Schaummaterial, 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 Schaummaterials 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 Eintrageinrichtung 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 Eintrageinrichtung 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 Schaumbefüllungs- und Fertigungszuständen.

Der in den Figuren gezeigte Hydrospeicher 10 ist als Blasenspeicher konzipiert, 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 Stickstoffgas, dienen bzw. der Aufnahme von Hydrauliköl. Das Speichergehäuse 14 ist im Wesentlichen einteilig und flaschenförmig ausgebildet und besteht bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff 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 Hydrospeichers 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 obere 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 Hydrauliköl, 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 Arbeitsweise 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 Zumischeinrichtung, die einen statisch oder dynamisch arbeitenden Mischkopf 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 her aufzusetzen ist.
Ferner ist auf der Unterseite des Mischkopfes 32 an diesen eine lanzenförmig 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 14, 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 entsprechenden 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 Polyether-Polyole zum Einsatz und die Katalysatoren können Amin-Katalysatoren oder Zinn-Katalysatoren sein. Besonders bevorzugt kommt als Vernetzermaterial Diglykolamin zum Einsatz. Es können aber auch Aminoverbindungen, 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 Eintrageinrichtung 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 Rückstellvermögen des eingebrachten ausgehärteten Schaums 38. Der bevorzugt offenzellig 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 Schaummaterial 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 Offenporigkeit der Schaumzellen zusammengedrückt werden, so dass der Flüssigkeitsraum 18 im Hydrospeicher 10 von dem Öl-Medium bis zu einem 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 Strömungswiderstand, 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 Werte sind möglich. Sofern ein trockenes Inertgas auf der Gasarbeitsraumseite 16 eingesetzt ist, wie beispielsweise Stickstoff, Helium, Argon, Xenon, CF₄ oder SFe, ergeben sich bei einem Vernetzungsgrad des PU-Eintragswerkstoffes 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, IIR, ECO, FKM), die im Speicherbau üblich sind, kommt es auch zu keinem dahingehenden chemischen 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 Eintrag 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 Ausführungsform 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

Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers für einen Druckspeicher (10), wie einen Hydrospeicher, dessen blasen- oder membranförmige, elastisch nachgiebige Trennschicht (12) innerhalb des Speichergehäuses (14) zwei Medienräume voneinander separiert, 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 vollständig befüllt ist.
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 verbundenen Druckgradienten solange geweitet wird, bis ein im Flüssigkeitsraum (18) des Speichers (10) vorhandenes Ventil, insbesondere in Form eines Tellerventiles (24), geschlossen wird.
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 Gasanschluss (20) des Speichers (10) durchgreift und mit ihrem anderen freien Ende außerhalb des Druckspeichers (10) an eine Zumischeinrichtung (30) angeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 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 lanzenförmig ausgebildete Eintrageinrichtung (36) in den Gasarbeitsraum (16) des Speichers (10) eingebracht zu werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen für das Erstellen des strömungsfähigen, insbesondere flüssigen Schaummaterials (28) miteinander mittels der Zumischeinrichtung (30) 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 150 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 Aufschäumungsgeschwindigkeit unter Einbezug der Druckgradientwerte beim Schäumen Zellen im fertigen Schaum (38) in der Größenordnung von 0,01 mm³ bis 375 mm³ liegend erreicht werden.