JP2018511009A - フォーム体を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

特に油圧アキュムレータなどの蓄圧器のためのフォーム体を製造するための方法であって、ブラダ状又はダイヤフラム状の弾性的に可撓な分離層（１２）が蓄圧器ハウジングの内部で２つの媒体チャンバを互いに、特に作動気体チャンバを液体チャンバ（１８）から分離し、少なくとも次の製造方法ステップを有する。流動可能な、好ましくは液状のフォーム材を少なくとも部分的に分離層（１２）によって包囲されている蓄圧器内に投入する。フォーム材が蓄圧器内で硬化し、圧力勾配が形成されて目に見えて硬化するフォーム材が分離層（１２）を、最初に部分的に充填された初期状態から、蓄圧器が硬化したフォーム（３８）で最終的に充填された最終状態に向かって拡張する。【選択図】図３

Description

本発明は、特に油圧アキュムレータなどの蓄圧器のためのフォーム体を製造するための方法であって、蓄圧器のブラダ状又はダイヤフラム状の弾性的に可撓な分離層が蓄圧器ハウジングの内部で２つの媒体チャンバを互いに、特に作動気体チャンバを液体チャンバから分離するものに関する。

ある特許文献において公知の蓄圧器は、蓄圧器ハウジング内に蓄積可能な、特に流体の形態の圧力媒体のための少なくとも１つの接続部を有する少なくとも１つの蓄圧器ハウジングからなり、蓄圧器ハウジング内に当該圧力媒体を少なくとも部分的に受容するために中空部を有する、又は少なくとも１つの中空部を形成する充填材が少なくとも部分的に投入されており、蓄圧器ハウジングの内部は充填材で完全に満たされていて、上記の充填材は蓄圧器ハウジングの壁面と全面的に接触する（例えば、特許文献１参照。）。

公知の解決において充填材がフォーム材、特にポリウレタンフォーム材として形成されている場合は、何度も噴射又は発泡させることによりフォーム材の内部に密度差が形成される。そのため有利にはフォーム材の勾配状の構造が可能であり、蓄圧器の入口側では非常に密な材料が投入され、これは次いで目に見えて連続気泡状になり又は密度が小さくなって蓄圧器ハウジングの反対側に向かって変化する。このようにして圧力媒体が蓄圧器ハウジング内に進入する箇所では高められた抵抗が形成され、そこではフォーム又はその他の充填材のバリア特性が相応に高められている。

別の特許文献において公知の油圧アキュムレータの形態の蓄圧器は、少なくとも１つのエラストマ状に形成された、好ましくは分離ダイヤフラム又は分離ブラダの形態の分離部材を有しており、この分離部材は蓄圧器ハウジングを少なくとも２つの作動チャンバに区分し、そのうち１つの作動チャンバは特に液体の形態の一方の圧力媒体を受容し、他方の作動チャンバは特に窒素などの作動気体の形態の別の圧力媒体を受容し、蓄圧器ハウジング内には少なくとも部分的にフォーム状の充填材が投入されており、この充填材は分離部材によって限定又は包囲されている（例えば、特許文献２参照。）。

蓄積能力を蓄圧器ハウジング内で相応に調整できるようにするために、好ましくはやはりポリウレタンフォーム材からなる充填材を中実成形ブロックとして蓄圧器内に設定可能な容積度で投入でき、充填材は少なくとも蓄圧器ハウジングの内部に中空部を残し、ここにそれぞれの作動媒体（液体及び／又は気体）を充填できる。したがって好ましくは連続気泡として完成されたフォーム成形ブロックの形態で既に硬化した構造の充填材を、蓄圧器のそれぞれの蓄圧器ハウジングの中空部に投入するようになっている。

蓄圧器内に組み入れる前に設計及び製造が完了したフォーム状充填材の構成に依存して、そのように変容された蓄圧器のために高い蓄積能力が達成され、さらに蓄圧器の運転時に減衰の剛性に相応に影響できる。そのうえ蓄圧器の運転時にその都度注入及び排出される作動媒体に対して均一な温度経過が達成される。しかしながら既に発泡が完了した、つまり硬化したフォーム材及び充填材を、場合によっては蓄圧器ブラダと一緒に蓄圧器内に投入すると原則的に問題を引き起こす。なぜならそれぞれの蓄圧器ハウジングの利用できる投入開口部はシステムに制約されて小さく抑えられているため、蓄圧器ハウジング内に投入する間に分離層のフォーム及び／又はエラストマ材料の損傷を避けることができないからである。特にフォームの投入を容易にするために、蓄圧器ハウジングを複数のセグメントに区分し、後で例えばレーザ溶接によって互いに接合することが原則的に必要であるが、これは一方では作業技術的に煩雑であり、他方では蓄圧器ハウジングの壁の均一性、ひいては圧力安定性を損ねる。これと関連する多数の作業工程のために、公知の解決の蓄圧器は手間がかかり、したがってコストが高い。また製造に手間がかかるために、それぞれの蓄圧器を使い捨て部品として設計することはできないが、これは効率を重視して急速に近代化が進んでいる市場の要求でもある。

国際公開第２０１３／０５６８３４号 国際公開第２０１３／０５６８３５号

それゆえ、本発明の課題は、上記の先行技術から出発して、高められた蓄積能力並びに温度安定性及び圧力安定性など先行技術における利点を維持しながら、上述した問題点を回避するのを助け、したがって技術的な信頼性が高く機能的に安定して設計でき、少ない労力で廉価に製造可能な蓄圧器を提供することである。上記の課題は、特許請求項１の特徴をその全体において有する蓄圧器を製造するための方法によって解決される。

本発明による方法は、先行技術から転向し蓄圧器の製造において少なくとも次の方法ステップが適用される。即ち、
流動可能な、好ましくは液状のフォーム材を少なくとも部分的に分離層によって包囲されている蓄圧器内に投入し、
前記フォーム材が蓄圧器内で硬化し、
圧力勾配が形成されて目に見えて硬化するフォーム材が分離層を、最初に部分的に充填された初期状態から、蓄圧器が硬化したフォームで最終的に充填された最終状態に向かって拡張する。

したがって公知の方法と異なり分離層を有する蓄圧器内に既に完成したフォームがブロック状に投入されるのではなく、むしろ流動可能な、好ましくは液状のフォーム材が投入される。フォーム材は蓄圧器内に投入された後、硬化過程で同時に分離層をその設計された最大限拡張した状態に広げて、直接蓄圧器内で完成したフォームブロックを形成する。したがってフォーム形成のすべての本質的なステップは蓄圧器の外部ではなく直接蓄圧器の中で完成した状態に向かって進むのである。

分離層を初期状態からその最終状態に向かって拡張するための圧力勾配の形成は、重力に助長されて行われることができる。即ち、投入された液状フォーム材は既にその重力に基づいて少なくとも部分的に分離層を拡張するが、この過程はフォーム材が硬化する際の容積増加及びそれと関連している中空部、つまりセル形成によって行われる。

このようなフォーム材投入は縦型に、つまり蓄圧器の長手方向軸心の垂直の向きで行うことが特に有利であることが分かった。フォーム材は流動可能な、好ましくは液状の状態で蓄圧器内に達するので、フォーム材の損傷は避けられる。投入されて目に見えて固まるフォーム材によって分離層を拡張し、フォーム材が硬化して蓄圧器を完全に満たすことにより、投入されるフォーム充填材の特に高い蓄積能力が達成される。フォーム材が硬化する際に好ましくは連続気泡フォーム材構造を作成する目的で気泡の形成が行われる場合は、万一余分になった材料はフォーム材の注入箇所から再び周囲に押し出されることができる。これにより原則的に蓄圧器ブラダの形態、しかしまたダイヤフラム蓄圧器で慣用的な分離ダイヤフラムの形態において、蓄圧器の壁にも、弾性的に可撓な、特にエラストマ状に形成された分離層にも過負荷を招くことはない。

本発明による方法の好適な実施形態では、ブラダ状又はダイヤフラム状の分離層は、蓄圧器内に投入されて硬化するフォーム材によって、これに伴う圧力勾配を形成して、蓄圧器の液体側にある、特にポペット弁の形態のバルブが閉じられるまで拡張するようになっている。バルブの上記の機能位置に基づいて、硬化過程の後で蓄圧器内にフォーム材が十分あるか、或いはまだ十分ではないかについて容易に検証可能な判断を下すことができ、十分でない場合はさらに上述した要領で補給過程を開始させることができる。

本発明による方法の特に好適な実施形態では、最初は流動可能な、特に液状のフォーム材が、ランス状に形成された投入装置によって分離部材を有する蓄圧器ハウジング内に噴霧又は噴射される。ここで好ましくは投入装置は一方の自由端が蓄圧器の上半部内に開口し、その限りで蓄圧器の作動気体チャンバ内で案内され、投入装置はさらに蓄圧器の気体接続部を貫入し、投入装置の他方の自由端はフォーム材のための混合装置に接続される。このようにしてまだ硬化していないフォーム材は非常に的確に蓄圧器内に投入され、投入装置を蓄圧器から取り外した後でフォーム材の硬化過程が妨げられることなく開始できる。

動的又は静的に作動する混合ヘッドとして形成された混合装置により、混合ヘッドに接続された少なくとも２本の供給管を通して、流動可能な、特に液状フォーム材の成分がこの混合ヘッドに供給され、次いで相応に設定可能な混合比でランス状に形成された投入装置を通して、分離層を介して蓄圧器の液体チャンバから分離されている蓄圧器の作動気体チャンバ内に投入される。

特に混合ヘッドによりランス状に形成された投入装置は蓄圧体の内部でその長手方向軸心を中心に回転できるので、蓄圧器の分離層に向かって均一なフォーム材投入が行われ、投入装置の自由な開口端には複数の放出ノズルを設定可能な間隔で互いに離して配置することにより、投入の均一化を可能にできる。さらに必要な場合には投入装置を蓄圧器の長手方向に見て有効な軸方向投入長さを変えることにより、種々異なる蓄圧器のサイズに対応できるようにすることが可能である。

以下に本発明による方法を実施形態に基づき図面に従って詳しく説明する。

蓄圧器ブラダを有する油圧アキュムレータの形態の蓄圧器を種々異なるフォーム充填状態及び完成状態で示した図。 蓄圧器ブラダを有する油圧アキュムレータの形態の蓄圧器を種々異なるフォーム充填状態及び完成状態で示した図。 蓄圧器ブラダを有する油圧アキュムレータの形態の蓄圧器を種々異なるフォーム充填状態及び完成状態で示した図。

図に示した油圧アキュムレータ１０はブラダ型蓄圧器として設計されており、弾性的に可撓な、特に変形可能な蓄圧器ブラダ１２が蓄圧器ハウジング１４の内部で２つの媒体チャンバを互いに、特に作動気体チャンバ１６を液体チャンバ１８から分離している。これらのチャンバは蓄圧器１０の後の運転状態において一方は特に窒素の形態の作動気体を受容し、他方は油圧油を受容する働きをする。達成される蓄圧器ハウジング１４は実質的に一体型で瓶状に形成されており、好ましくは鋼材又はダイカスト材からなり、蓄圧器ハウジング１４は詳細に示さない巻き付け成形されたプラスチック積層体から形成されてもよく、これは専門用語でライナ構造と呼ばれる。蓄圧器ブラダ１２は蓄圧器１０の空気袋状の弾性的に可撓な分離層を形成し、図１及び図２に従う表現では部分セグメントから構成されており、特に加硫成形されている。部分セグメントからなる蓄圧器ブラダ１２の構造は、油圧アキュムレータ１０の軸方向長さで見て蓄圧器ハウジング１４が相応の大きさの長さを有する場合に提供される。

蓄圧器ハウジング１４はその対抗する端部側に２つの開口部２０、２２を有しており、下側開口部２０はポペット弁２４など通常の閉鎖弁を受容する働きをし、上側開口部２２は閉鎖弁装置２６を備えており（図２及び図３参照）、これは後で作動気体を供給する働きをし、必要な場合は作動気体の補給過程を可能にする。閉鎖弁装置２６はそれ以外の蓄圧器の運転時には通常閉じたままである。ポペット弁２４が図１及び図２に示すように開いた位置にある場合は、原則的に油圧油の形態の作動液体は蓄圧器１０の液体チャンバ側１８に達することができ、蓄圧器１０が接続可能な油圧回路（図示せず）で蓄積された圧力及び／又は充填量が再び必要とされるまでそこに貯蔵され得る。そのような作動方式は通常の蓄圧器運転と同様であるため、ここではこれ以上詳述しない。しかしいずれにせよ蓄圧器ブラダ１２は図３に示すように完全に伸長若しくは拡張した状態にあると、蓄圧器ブラダ１２はその下端部でポペット弁２４と圧入当接して、その限りでバルブを閉じる。この場合、ポペット弁２４の開放過程を引き起こすことができるためには、蓄圧器の液体側で蓄圧器ブラダ１２内の対圧より大きい液状媒体の投入圧力が必要である。

運転可能な油圧アキュムレータ１０に達するにはフォーム材を相応に充填しなければならないが、これについて以下に詳しく説明する。流動可能な、特に液状フォーム材の投入のために全体を３０で表す混合装置を用いる。この混合装置は静的又は動的に作動する混合ヘッド３２を含んでおり、この混合ヘッド３２は図１に示す実施形態に従い混合ヘッド３２に接続された２本の供給管３４を有しており、充填される蓄圧器１０に外から装着される。さらに混合ヘッド３２の下側ではこれにランス状に形成された投入装置３６が接続されている。投入装置３６は一方の自由端が上半部内で蓄圧器１０内に開口するように作動気体チャンバ１６内に案内されており、他方の端部は後で閉鎖弁装置２６を受容するために設けられている蓄圧器ハウジング１の開口部２２に貫入する。フォーム材を投入するために図１の表現に従い、投入装置３６のランスはその下側に相応の噴霧開口部若しくはノズル開口部（詳細に図示せず）を備えており、それにより蓄圧器の内部への一様なフォーム投入を達成する。

それぞれの供給管３４を通して供給可能なフォーム材の成分は混合ヘッド３２内で一緒にされてポリオール、イソシアネート、触媒、遅延剤、架橋剤及び安定剤、並びに場合によっては水からなる流動可能な混合物を形成する。特に長鎖ポリエーテルポリオールが使用され、触媒はアミン触媒又はスズ触媒であってよい。特に好ましくは架橋剤としてジグリコールアミンが用いられる。しかし他のアミン化合物、ブタンジオール及びアルコールも使用できる。安定剤として投入される材料としてシリコーン化合物が定評がある。フォーム材の成分にさらに市販の防炎剤が補足されてもよい。上記の個々の成分を事前に明確に互いに組み合わせて供給管３４を通して混合ヘッド３２に送り、さらに蓄圧器ブラダ１２内に投入することができる。しかしまた好ましくは各成分を互いに別々に混合ヘッド３２に順番に供給し、それから混合して投入装置３６を介して投入する可能性もある。

フォームに使用するポリマポリオールが硬化したら、架橋ジグリコールアミンの形態の添加材料若しくは添加成分によって架橋されてポリウレタン（ＰＵ）軟質フォーム３８が発生する。この使用される特殊なポリオールが、実質的に弾性的なフォーム特性と投入される硬化したフォーム３８の復元力を生み出す。好ましくは連続セルとして形成されたフォーム３８は、９７〜９８％の復元力を有し、フォーム３８に要求される３次元構造が最適な熱伝導をもたらす。

特に図２から明らかなように、まだ液状のフォーム材２８が蓄圧器ブラダ端部４０にそれぞれの蓄圧器タイプに対して個々に必要される投入量で集められ、それから蓄圧器１０は上端部で閉鎖弁装置２６によって圧密に閉じられる。次いでフォーム材２８は投入された成分に基づいて硬化し、そのとき体積が拡大して図３の表現に従う最終状態に至り、このときポペット弁２４は閉じられている。特に蓄圧器１０内でフォーム材２８が硬化して圧力勾配が形成され、そこにおいて目に見えて硬化するフォーム材２８は蓄圧器ブラダ１２の形態の分離層を図２の表現に従う最初に部分的に充填された初期状態から、最終状態に向かって拡張し、この最終状態でポペット弁２４が閉じて蓄圧器１０は硬化したフォーム３８によって最終的に完全に満たされている。蓄圧器１０が接続されている油圧回路（詳細に図示せず）の流体圧によってポペット弁２４が開くと、フォーム３８はその復元力に基づいて押し戻され、特にフォームセルの連続気泡に関して圧縮されて油圧アキュムレータ１０内の液体チャンバ１８は次に要求されるまで油媒体で満たされ、このようにしてそこで濃縮されたフォーム材の圧力下で蓄積され得る。

完成したフォーム３８に対して求められる容積重量は、５０ｇ／ｄｍ³〜１５０ｇ／ｄｍ³である。ＰＵフォーム３８の熱容量は２０°Ｃで１Ｊ／ｇＫを超えるべきであり、特に好ましくは１．４Ｊ／ｇＫ〜１．９Ｊ／ｇＫの値とし、最後に挙げた値は約１２０°Ｃの運転温度に対応している。投入されるＰＵ軟質フォーム３８に防炎剤を添加した場合、特に防炎剤が固体としてフォーム３８に投入された場合、それによって熱容量が高められる。フォーム３８の多孔性の尺度と見なされる流動抵抗は、好ましくは１４００〜３８００Ｎｓ／ｍ³の値の範囲内にあるべきである。しかしフォーム３８の弾性はいずれの場合も、蓄圧器１０が完全に運転可能な状態でフォーム３８が最大可能なフォーム投入容積の４０％圧縮できるようになっている。これより高い値も可能である。作動気体チャンバ側１６で乾燥した不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ＣＦ₄又はＳＦ₆が使用される場合、ＰＵ投入材料の架橋度９０％で揮発成分がない場合に−４０°Ｃ〜１４０°Ｃの耐温度性が生じる。

フォーム３８は蓄圧器ブラダ１２内に包囲されており、そのため蓄圧器ハウジング１４の内壁と、並びに蓄圧器製作で慣用的な関連するシーリング材（ＴＰＵ、ＮＢＲ、ＨＲ、ＥＣＯ、ＦＫＭ）と接触しないので、シーリング材に対する化学的作用を招くこともないが、このことは蓄圧器構成の長寿命にとって好都合である。図３に示す蓄圧器の運転可能な状態で故障時に硬化したフォーム３８の破壊を来しても、蓄圧器１０自体は使用不能にならず、フォーム投入のない通常の蓄圧器の特性への「逆戻り」が生じるだけである。さらに蓄圧器１０に要求されるシーリングシステムは気体側の潤滑膜が少なくて済み、それにより乾燥運転特性を満たす。たとえフォーム材粒子又はフォームセルがシーリング又は分離層材料を通して蓄圧器１０の液体側１８に移行しても、ＰＵフォームが明らかに有害な影響を持たない限り、それによって不純物が液体に持ち込まれても油圧システムの損傷を招くことはない。

詳細に図示及び説明されない他の実施形態として、本発明による方法をフォーム投入と並んで、例えば既に先行技術において挙げたＰＣＴ公開国際特許出願ＷＯ２０１３／０５６８３５Ａ１号の図１及び図２に示されているようにダイヤフラム蓄圧器として設計された蓄圧器に応用する可能性がある。

上述した製造方法を適用した本発明による油圧アキュムレータの解決策により、良好な温度安定性及び圧力安定性を有しながら蓄積能力が高められた蓄圧器を実現できる。これらの蓄圧器は運転において非常に確実に機能することが証明され、少ない労力とコストで製造できる。これに相当するものは先行技術には存在しない。

Claims (11)

1. 特に油圧アキュムレータなどの蓄圧器（１０）のためのフォーム体を製造するための方法であって、前記蓄圧器（１０）のブラダ状又はダイヤフラム状の弾性的に可撓な分離層（１２）が蓄圧器ハウジング（１４）の内部で２つの媒体チャンバを互いに、特に作動気体チャンバ（１６）を液体チャンバ（１８）から分離する、方法において、
   前記方法は、
   流動可能な、好ましくは液状のフォーム材（２８）を少なくとも部分的に分離層（１２）によって包囲されている蓄圧器（１０）内に投入する製造方法ステップと、
   前記フォーム材（２８）が蓄圧器（１０）内で硬化する製造方法ステップと、
   圧力勾配が形成されて目に見えて硬化するフォーム材（２８）が分離層（１２）を、最初に部分的に充填された初期状態から、蓄圧器（１０）が硬化したフォーム（３８）で最終的に充填された最終状態に向かって拡張する製造方法ステップとを少なくとも有する方法。
2. 前記分離層（１２）は、蓄圧器（１０）内に投入されて硬化するフォーム材（２８）によって、これに伴う圧力勾配を形成して、蓄圧器（１０）の液体チャンバ（１８）内にある、特にポペット弁（２４）の形態のバルブが閉じられるまで拡張することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 流動可能な、特に液状のフォーム材（２８）はランス状に形成された投入装置（３６）によって蓄圧器（１０）内に噴霧又は噴射され、前記投入装置（３６）は一方の自由端が蓄圧器（１０）の上半部内で作動気体チャンバ（１６）内に開口するように案内され、蓄圧器（１０）の気体接続部（２０）を貫入し、他方の自由端が蓄圧器（１０）の外部で混合装置（３０）に接続されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 動的又は静的に作動する混合ヘッド（３２）として形成された混合装置（３０）により、前記混合ヘッド（３２）に接続された少なくとも２本の供給管（３４）を通して、流動可能な、特に液状フォーム材（２８）の成分が前記混合ヘッド（３２）に供給されて、次いで相応に設定可能な混合比でランス状に形成された投入装置（３６）を通して蓄圧器（１０）の作動気体チャンバ（１６）内に投入されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 流動可能な、特に液状フォーム材（２８）を調製するために混合装置（３６）によって互いに混合される個々の成分は、
   特に長鎖ポリエーテルポリオールの形態のポリオールと、
   特に水の形態の発泡剤と、
   特にジグリコールアミンの形態の架橋剤とを選択され、さらに好ましくは、
   特にアミン触媒及び／又はスズ触媒の形態の触媒と、
   遅延剤と、
   防炎剤と、
   特にシリコーン化合物の形態の安定剤とを補足されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 直接蓄圧器（１０）内で硬化したフォーム材（３８）は連続セルとして形成され、３次元構造として９７％〜９８％の復元力を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 硬化したフォーム材（３８）の容積重量は、流動可能な、特に液状のフォーム材（２８）の投入量１リットル当り５０ｇ／ｄｍ³〜１５０ｇ／ｄｍ³となるように選択することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 硬化したフォーム材（３８）の熱容量は２０°Ｃで１Ｊ／ｇＫを超えるように選択することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. フォーム材（３８）の流動抵抗は１４００Ｎｓ／ｍ³〜３８００Ｎｓ／ｍ³となるように選択することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 弾性的に可撓な分離部材として完結した蓄圧器ブラダ（１２）内の耐温度性は、蓄圧器（１０）の作動気体チャンバ（１６）内に投入される作動気体として乾燥した不活性ガスを使用した場合に−４０°Ｃ〜１４０°Ｃとなるように選択することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 発泡時の圧力勾配値を考慮に入れてその都度選択する発泡速度に基づき、完成したフォーム（３８）内のセルは０．０１ｍｍ³〜３７５ｍｍ³のオーダーで達成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。

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