HU225012B1

HU225012B1 - Hydraulic and/or pneumatic pressure accumulator

Info

Publication number: HU225012B1
Application number: HU0202510A
Authority: HU
Inventors: Gerhard Thurow; Christoph Bank; Paul Cerny
Original assignee: Contitech Luftfedersyst Gmbh
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2006-05-29
Also published as: DE10136674A1; HUP0202510A3; DE50205165D1; EP1279837B1; ATE312290T1; HU0202510D0; EP1279837A1; HUP0202510A2

Description

A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 4 lap ábra)Scope of description 8 pages (including 4 pages)

HU 225 012 Β1EN 225 012 Β1

A találmány tárgya membrán típusú hidraulikus és/vagy pneumatikus nyomástároló, amelynek nyomásálló hengeres tartálya, és abban elrendezett palack alakú, elasztomer anyagú membránja van. Mind a nyomásálló tartály belső tere, mind az elasztikus membrán belső tere külső csatlakozón keresztül nyomás alá helyezhető. A membrán elasztomer anyaga és a falvastagsága úgy van megválasztva, hogy a membrán nyúlása a két belső térben uralkodó nyomáskülönbséggel arányos legyen, miközben az atmoszferikusnál nagyobb nyomással előfeszített membrán fala az atmoszferikus nyomáson lévő tartály belső felületén nem fekszik fel.The present invention relates to a membrane type hydraulic and / or pneumatic pressure reservoir having a pressure-resistant cylindrical container and a bottle-shaped elastomeric membrane arranged therein. Both the interior of the pressure vessel and the interior of the elastic membrane can be pressurized through an external connector. The membrane elastomeric material and wall thickness are selected such that the membrane stretch is proportional to the pressure difference between the two interior spaces, while the wall of the diaphragm preloaded at atmospheric pressure does not lie on the inner surface of the container at atmospheric pressure.

A fentiekben bemutatott nyomástároló ismerhető meg az US 3 442 292 szabadalmi leírásból.The pressure reservoir described above can be found in U.S. Pat. No. 3,442,292.

A DE 28 01 224 C2 számú szabadalmi leírásból ismert nyomástároló nyomásálló, merev hengeres fémtartályból áll, amely felső végén fedél alakú sapkával és alsó végén fenékkel van lezárva. A tartály belsejében természetes anyagú vagy műanyag zsákszerű elválasztóelem (membrán) van elhelyezve. A zsákszerű elválasztóelem lefelé nyitott. A nyílás széle a hengeres tartály fenékperemével tömítőkapcsolatban áll. Ilyen módon két, egymástól elválasztott tér képződik, éspedig egy első tér a zsákszerű elválasztóelemen belül és egy második tér a zsákszerű elválasztóelemen kívül, de a hengeres tartályon belül. Az első tér a fenéksapkában levő nyíláson keresztül hozzáférhető. A második tér a tartály felső fedelében levő szelepen át helyezhető nyomás alá. Ha ez a tartály felső fedelén levő szelepre ható nyomás nagyobb, mint a fenéknyíláson ható nyomás, akkor az első, a zsákszerű elválasztóelemben levő tér nullára zsugorodik, miközben a zsákszerű elválasztóelem belső túlnyomásnál gyakorlatilag teljesen kitölti a tartály belső terét. Vagyis a mindenkori tér kialakulásánál kizárólag a membrán belső nyomásából és a membrán külső nyomásából (tartály-belsőnyomás) származó erők érvényesülnek.DE 28 01 224 C2 consists of a pressure-bearing rigid cylindrical metal container known at the top end with a cap-shaped cap and a bottom end at the bottom end. A separator (membrane) of a natural material or plastic bag is placed inside the container. The bag-like separator is open downwards. The edge of the aperture is in sealing relationship with the bottom edge of the cylindrical container. In this way, two spaced apart spaces are formed, namely a first space inside the bag-like separator and a second space outside the bag-like separator, but within the cylindrical container. The first space is accessible through the opening in the bottom cap. The second space can be pressurized through the valve in the upper lid of the container. If the pressure acting on the valve on the top lid of the container is greater than the pressure at the bottom opening, the first space in the bag-like separator will shrink to zero, while the bag-like separator will substantially fill the inner space of the container at internal overpressure. That is to say, only the forces from the internal pressure of the membrane and the external pressure of the membrane (tank-pressure) are applied to the formation of the respective space.

A zsákszerű membrán rugalmas visszaállító erői elhanyagolhatóan csekélyek. Ennek az a következménye, hogy a membrán a membránon belüli túlnyomás esetén felfekszik a tartály belső falán, és ezzel gyakorlatilag az egész tartályt kitölti. Ha viszont a membránon a külső nyomás nagyobb, mint a membrán-belsőnyomás, akkor a membrántér nullára zsugorodik össze. Vagyis a membrán gyakorlatilag csak két állapotot ismer: V(membrán)=nulla, és V(membrán)=V(tartály). A hatás egy szeleppel kapcsolható fix póttárolóhoz hasonló.The resilient force of the bag-like membrane is negligible. The consequence of this is that the membrane rests on the inner wall of the container when the pressure inside the diaphragm is pressed and thus practically fills the entire container. On the other hand, if the membrane pressure is greater than the membrane internal pressure, the diaphragm space shrinks to zero. That is, the membrane knows only two states: V (membrane) = zero, and V (membrane) = V (tank). The effect is similar to a fixed replacement valve with valve.

A DE 10 92 262 B szabadalmi leírásban nyomástárolót írnak le, amelynek erős háza nyújtható anyagból készült hajlítható közfallal egy gáztérre és egy folyadéktérre van osztva. A közfal mint egy ernyedt zsák van kialakítva. Meghatározott nyújtási helyzetben a közfal a házban rögzített, áttörésekkel ellátott támasztótagon fekszik fel. A támasztótag a közfalat legalább részben körülveszi, és meghatározott szilárdságú, hálós vagy fonott testként van kialakítva. A támasztótag maga nem annyira rugalmas, mint a membránt képező közfal. A támasztótag méretétől és rugalmasságától függ a membrán mérete, amelyet a belső nyomás megnyújt. Vagyis különösen annak az alapján, hogy a közfal és a támasztótag két egymástól független, külön elem, egy kétfokozatú p/V jelleggörbe adódik. Első fokozat: a rugalmas membrán megnyújtása a támasztótag eléréséig; második fokozat: a membrán és a lényegében rugalmatlan támasztótag megnyújtása. Ezzel sem egy egyenletesen folyamatos p/V jelleggörbe, sem egy folyamatosan változtatható póttároló nem valósítható meg. Gyakorlatilag csak két helyzet van: 1. ernyedt, lecsüngő membrán, 2. a támasztótagon felfekvő membrán. Folyamatosan változtatható póttároló így nem valósítható meg.DE 10 92 262 B discloses a pressure reservoir having a strong housing with a bendable wall made of stretchable material divided into a gas space and a fluid space. The wall is a soft bag. In a particular stretching position, the wall lies in a housing with fixed breakthrough support. The support member surrounds the wall at least partially and is formed as a defined strength, mesh or braided body. The support itself is not as flexible as the membrane-forming wall. The size and elasticity of the support member depend on the size of the diaphragm, which is exerted by the internal pressure. That is, especially based on the fact that the wall and the supporting member are two separate, separate elements, a two-stage p / V characteristic curve is obtained. First stage: elongation of the elastic membrane until reaching the support member; second stage: elongation of the membrane and substantially inflexible support member. With this, neither a steady p / V curve nor a continuously variable substitution can be achieved. There are practically only two situations: 1. a sloping, falling diaphragm; 2. a support membrane. Continuously variable substitution is not feasible.

A cél azonban nem egy konstans nagyságú, légrugókhoz vagy hidraulikus rugókhoz alkalmazható póttároló, hanem egy változtatható póttároló kialakítása. Az atmoszferikus nyomásig terjedő tárolási funkció esetén a p/V jelleggörbe lépcsőzöttségét el kell kerülni.However, the aim is not to create a constant-size replacement for air springs or hydraulic springs, but to create a variable replacement. In the case of a storage function up to atmospheric pressure, the p / V characteristic curve should be avoided.

Az 1. igénypont szerint ez a feladat nyomótartályba integrált membrán segítségével oldható meg. A már ismert nyomástároló elválasztóeleméhez hasonlóan a membrán fala elasztomer anyagból van. A találmány szerint az új membrán azonban nem tetszőlegesen nyújtható és nem tetszőlegesen alakítható, hanem a membrán falvastagsága és egyéb anyagtulajdonságai úgy vannak megválasztva, hogy rugalmas visszaállító erő érvényesüljön a belső túlnyomás általi térnagyobbodáskor. Ez a rugalmas visszaállító erő annál nagyobb, minél erősebb a térnagyobbodás, vagyis minél jobban eltér a tér a nyomástöbblet nélküli kiinduló tértől. A nyomás alatt megnyúlt és/vagy nyírásnak kitett fal rugalmas visszaállító ereje hatására a p/V jelleggörbe lépcsőzöttsége elkerülhető (4. ábra). A találmány szerint a membrán teherviselő szerkezetet tartalmaz. Ez a teherviselő szerkezet gyakorlatilag nem nyújtható kordszálakból áll vagy olyan kordszálakból, amelyeknek a nyithatósága jelentősen kisebb, mint a membránfal elasztomer anyagának a nyújthatósága.According to claim 1, this task can be solved by means of a membrane integrated into a pressure vessel. Similarly to the separation element of the known pressure reservoir, the membrane wall is made of elastomeric material. However, according to the invention, the new membrane is not arbitrarily stretchable and may not be shaped arbitrarily, but the wall thickness and other material properties of the membrane are selected such that an elastic restorative force is exerted upon spatial expansion by internal overpressure. This resilient resetting force is greater the stronger the spatial magnification, ie, the more the space differs from the starting space without the pressure surplus. Due to the resilient force of the retracted and / or sheared wall under pressure, the steppedness of the p / V curve can be avoided (Figure 4). According to the invention, the membrane comprises a load-bearing structure. This load-bearing structure consists of virtually non-extensible cord fibers or cord threads with a significantly lower opening capacity than the elastomeric material of the membrane wall.

Egy előnyös kiviteli alak szerint a kordszálak a membránfalra vagy a membránfalba átlósan vannak vulkanizálva. Az átlós kialakítás miatt a membránon belüli túlnyomásnál nyíróhatás mellett fokozatos térnagyobbodás áll elő. Vagyis a membrán nyúlása a teherviselő szerkezet szövetszálainak szögétől és nyúlásától/nyújthatóságától függ. Mindkét tényező befolyásolja a térváltozást már kis nyomáskülönbségeknél is. Ennek az alkalmazásnak a fontossága a membrántér működésbe lépési viselkedésében rejlik a kis nyomástól az atmoszferikusig terjedő nyomásoknál. A hagyományos tárolók, melyeknél a membrán felfekszik a tartályfalon, csak akkor lépnek működésbe, ha elérik az előzetesen beállított előnyomást (lásd 4. ábra).According to a preferred embodiment, the cord fibers are vulcanized to the membrane wall or to the membrane wall. Due to the diagonal design, a gradual overgrowth occurs at the diaphragm overpressure with a shear effect. That is, the elongation of the membrane depends on the angle and elongation / extensibility of the fabric fibers of the load bearing structure. Both factors influence spatial change at low pressure differences. The importance of this application lies in the activation behavior of the membrane space from low pressure to atmospheric pressures. Conventional containers where the diaphragm rests on the container wall will only operate if they reach the preset pre-set pressure (see Figure 4).

A membrán csavarvonalszerű gyűrődésének elkerülése érdekében az átlósan rá- vagy belevulkanizált erősítő kordszálak egymást keresztezve lehetnek elrendezve. Ha az így erősített membrán belső túlnyomásnak van kitéve, nyíróerők léphetnek fel. A nyíróerők azonban a bal/jobb szimmetriának megfelelően kiegyenlítődnek, aminek a kordszálak elrendezése (laposan kereszteződve vagy meredeken kereszteződve)In order to avoid the diaphragm of the diaphragm being wrinkled, the diagonally or in-vulcanized reinforcing strands may be crossed. If the membrane so reinforced is subjected to internal overpressure, shear forces may occur. However, the shear forces are equalized according to the left / right symmetry, the arrangement of the strands (crossed or steeply crossed).

HU 225 012 Β1 szerint a membrán csavarodás nélküli hosszabbodása vagy csavarodás nélküli szélesedése lesz az eredménye.EN 225 012 Β1 will result in a non-twisted expansion of the membrane without twisting or twisting.

Átlósan vagy kereszteződően elrendezett kordszálak helyett szöveterősftés is alkalmazható.Tissue reinforcement may also be used instead of diagonal or cross-linked cord threads.

Az elasztomer keverék, a falvastagság és a teherviselő szerkezet alkalmas megválasztásával a p/V jelleggörbét a kívánt módon lehet befolyásolni.With the appropriate choice of elastomeric mixture, wall thickness and load bearing structure, the p / V curve can be influenced as desired.

Az alapállapotban meredeken kereszteződő kordszálakkal kialakított membrán csavarodás nélküli szélesedése egy hosszirányban elrendezett, nyújthatatlan, axiális kötőelemmel érhető el.The diaphragm, which is formed with steeply crossed cord fibers, can be widened without torsion by a longitudinally extending, non-extensible, axial fastener.

A találmány szerinti nyomástároló továbbfejlesztése szerint a membrán belső nyomással is vezérelhető. A membrán összehúzódó hengerként! kiképzése esetén a szerkezeti magasság előnyösen befolyásolható.According to the further development of the pressure accumulator according to the invention, the membrane can be controlled by internal pressure. The membrane is a contraction roller! in the case of training, the height of the structure can be influenced advantageously.

A találmány szerinti nyomástároló nemcsak póttárolónak alkalmas légrugók és hidraulikus rugók számára. Elképzelhetők más hidraulikai alkalmazások is. Ezeknél a nyomástárolóban folytonos nyomás/tér jelleggörbe alakítható ki az atmoszferikustól a maximális nyomásig.The pressure accumulator according to the invention is not only suitable for an alternate for air springs and hydraulic springs. Other hydraulic applications are possible. In these pressure vessels, a continuous pressure / space curve can be formed from atmospheric to maximum pressure.

A következőkben a találmány szerinti nyomástárolót egy kiviteli példa segítségével világítjuk meg közelebbről. AzIn the following, the pressure accumulator according to the invention is illuminated by means of an exemplary embodiment. The

1. ábra nyomástároló perspektivikus ábrája, részben hosszmetszetben, aFig. 1 is a perspective view of a pressure vessel, partly in longitudinal section, a

2. ábra ugyanazt a nyomástárolót mutatja, részben hosszmetszetben; aFigure 2 shows the same pressure reservoir, partly in longitudinal section; the

3. ábra ugyanazt a nyomástárolót mutatja hosszmetszetben; és aFigure 3 shows the same pressure reservoir in longitudinal section; and the

4. ábra p/V diagramot mutat hagyományos nyomástároló, és egy találmány szerinti, szöveterősítéses nyomástároló esetében.Fig. 4 shows a p / V diagram for a conventional pressure vessel and a tissue reinforced pressure vessel according to the invention.

Mint az látható az ábrákból, a találmány szerinti 2 nyomástároló 6 hengeres falú, nyomásálló 4 tartályból áll, integrált 8 fenékkel és 10 csavarokkal ráerősített karimás kötésű 12 fedéllel. A 12 fedél 14 csatlakozóval van ellátva. Elegendő nyomásstabilitás céljából a 4 tartály fémből vagy egy alkalmas műanyagból készül.As can be seen from the figures, the pressure accumulator 2 according to the invention consists of a pressure cylindrical container 4 of 6 cylindrical walls with an integral flange 12 with flanges 8 attached to the bottom and 10 screws. The cover 12 is provided with a connector 14. For sufficient pressure stability, the container 4 is made of metal or a suitable plastic.

A nyomásálló 4 tartály belsejébe palack alakú, rugalmas 18 falú, 16 membrán van behelyezve. Ez a palack alakú 16 membrán lefelé nyitott. A nyílás széle a 4 tartály 8 fenekén nyomászáróan van rögzítve. A 4 tartály 8 fenekén levő 20 csatlakozón keresztül a palack alakú 16 membrán nyomás alá helyezhető.The pressure-resistant container 4 is provided with a bottle-shaped, resilient wall 18 having a wall 18. This bottle-shaped membrane 16 is open downward. The edge of the aperture is fastened on the bottom 8 of the container 4 by a seal. The bottle-shaped membrane 16 can be pressurized through the connector 20 on the bottom of the container 4.

A 16 membrán membránszerű 18 fala elasztomer anyagból van és 22 teherviselő szerkezettel meg van erősítve. A 22 teherviselő szerkezetet kordszálak vagy szövet képezik. A kordszálak, illetve a szövet szálai átlósan kereszteződően vannak elrendezve, úgyhogy 24 rombusz alakú minta adódik. A 16 membrán nyomásmentes állapotában a 24 rombuszok a csúcsukon állnak, azaz fenn és lenn hegyesszögekkel rendelkeznek, és tompaszögekkel mindkét oldalukon. A palack alakú 16 membránon belül axiálisan 26 kötőelem van rögzítve.The membrane-like wall 18 of the membrane 16 is made of an elastomeric material and is secured with a load bearing structure 22. The load-bearing structure 22 is a cord or fabric. The strand fibers or the fibers of the fabric are arranged diagonally crosswise so that there are 24 diamond-shaped patterns. When the diaphragm 16 is depressurized, the diamonds 24 are at their apex, i.e. they have upright angles and down angles, and oblique angles on both sides. Within the bottle-shaped membrane 16, a fastener 26 is fixed axially.

Előfeszített membránnál (a belső nyomás nagyobb az atmoszféra nyomásánál) és a 4 házban atmoszferikus nyomásnál a 16 membrán 18 fala nem fekszik fel a ház 6 hengeres falának belső felületén. A 16 membrán 18 falának 22 teherviselő szerkezete meggátolja a 18 fal további nyúlását. A 2 nyomástároló ház 28 belső terének nyomás alá helyezésekor már csekély nyomásnál bekövetkezik a 16 membrán deformálódása (tércsökkenés). A ház belső nyomása és a 16 membrán belső nyomása közötti csökkenő különbség a 22 teherviselő szerkezet nyírásának csökkenését és a 18 fal nyúlásának csökkenését idézi elő. A ház belső nyomásának további emelkedésekor a 22 teherviselő szerkezet tovább tehermentesül, míg egyenlővé nem lesz a membrán belső nyomása és a ház belső nyomása.At the prestressed membrane (the internal pressure is greater than atmospheric pressure) and at the atmospheric pressure in the housing 4, the wall 18 of the membrane 16 does not lie on the inner surface of the cylindrical wall of the housing. The load-bearing structure 22 of the wall 18 of the membrane 16 prevents further stretching of the wall 18. When the pressure chamber 28 is pressurized, the diaphragm 16 undergoes deformation (space reduction) at low pressure. The decreasing difference between the internal pressure of the housing and the internal pressure of the membrane 16 results in a shrinkage of the load bearing structure 22 and a decrease in the elongation of the wall 18. As the internal pressure of the housing rises further, the load-bearing structure 22 is further relieved until the internal pressure of the membrane and the internal pressure of the housing are equal.

A 4 házban további térnövekedésnél (nyomásemelkedésnél) csak a 16 membrán belső nyomása hat még rugózóelemként.In the housing 4, only the internal pressure of the diaphragm 16 acts as a spring element for additional space increase (pressure increase).

Claims

PATENT CLAIMS

A diaphragm-type hydraulic and / or pneumatic pressure accumulator (2) having a pressure-resistant cylindrical container (4) and a cylindrical elastomeric membrane (16) arranged therein, both in the interior (28) and in the pressure-resistant container (4). the inner space (30) of the elastic membrane (16) is pressurized through an outer connector (14, 20), and the elastomeric material and wall thickness of the membrane (16) are selected such that the elongation of the membrane (16) be proportional while the wall (18) of the membrane (16) biased above atmospheric pressure does not lie on the inner surface of the vessel (4) at atmospheric pressure, characterized in that the wall (18) of the membrane (16) is made of cord fibers or is reinforced with a load-bearing structure (22) consisting of fabric.

Pressure accumulator according to claim 1, characterized in that the cord strings are arranged diagonally within the wall (18) of the membrane (16).

Pressure accumulator according to Claim 1 or 2, characterized in that the strands of the load-bearing structure (22) are intersected diagonally, i.e. they are arranged in the shape of a rhombus (24) within the wall (18) of the diaphragm (16).

Pressure accumulator according to Claim 3, characterized in that the rhombs (24) of the load-bearing structure (22) are at their apex in the unpressurized state of the diaphragm (16), i.e. they have sharp angles in the axial direction and obtuse angles in the other direction.

5. A pressure accumulator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the load-bearing structure (22) is extensible and that the load-bearing structure (22) has a significantly lower extensibility than the elastomeric material of the wall (18).

6. A pressure accumulator according to any one of the preceding claims, characterized in that a fastener (26) is disposed between an upper and a lower attachment point in the longitudinal axis of the diaphragm (16) to prevent pressure-dependent elongation.

HU 225 012 Β1

Pressure accumulator according to Claim 6, characterized in that the fastener (26) is elastic and can be stretched when the pressure accumulator (2) is pressurized.

8. A pressure accumulator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the diaphragm (16) is controlled by an internal pressure.

9. A pressure accumulator according to any one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm (16) is formed as a shrinkable cylinder.

10. A pressure accumulator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is designed as an additional accumulator for an air spring or a hydraulic spring.