NL1012830C2 - Isotensono´de gewikkeld gasveerelement. - Google Patents

Description

Isotensonoïde gewikkeld gasveerelement

De uitvinding heeft betrekking op een veerelement voorzien van een eerste en een tweede poolplaat en van een flexibele wand die met een eerste en een tweede zijrand 5 grenst aan een respectieve poolplaat, en die zich in een omtrekrichting ringvormig om de poolplaten uitstrekt, welke wand is voorzien van een fluïdumdichte binnenwand en een versterkende buitenwand.

Dergelijke veerelementen zijn bekend uit de stand van de techniek en zijn momenteel commercieel verkrijgbaar. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt voor het 10 afveren van zware machines of constructies. Omdat de flexibele wand grote krachten moet kunnen weerstaan, worden deze van sterke, vormgeperste, en derhalve vaak ook stugge, materialen gemaakt. Bijvoorbeeld worden meerlaags constructies uit rubber gebruikt, die samen met de versterkende vezel lagen in een vulkanisatie mal zijn gevulkaniseerd.

15 Het nadeel van de bekende veerelementen is dat ze complex te vervaardigen zijn.

Dit geldt in het bijzonder ook voor de verbinding tussen de zijwand en de poolplaten. Deze verbinding wordt in het algemeen gevormd door een kraaldraad die verbonden is met de zijwand en die in een uitsparing in de poolplaat aangrijpt Een verder nadeel van deze wijze van verbinden is dat bij toenemende druk in het veerelement de kracht op 20 de kraaldraad toeneemt waardoor deze in het uiterste geval kan losraken. Bovendien is de verbinding niet geheel gasdicht.

Verder wordt de maximale interne druk in het veerelement begrensd door de druk waarbij de mate van weglekken van het gas nog een acceptabele waarde heeft. Door het relatief makkelijk weglekken van het gas wordt dus de maximale last die het 25 veerelement kan dragen beperkt. Het technisch niet of nauwelijks haalbaar om dergelijke elementen te gebruiken bij een werkdruk van meer dan 0.8 MPa, terwijl dit voor zware machines en installaties wenselijk kan zijn.

Door de hoge buigstijöieid van de zijwanden van conventionele veerelementen worden de veereigenschappen van die element nadelig beïnvloed. Dit uit zich vooral bij 30 lage werkdrukken in een geringe mate van lineairiteit van de veerkarakteristiek. Deze zal namelijk met het toenemen van de vervorming van de zijwand progressief verlopen, waardoor de veer stugger wordt en meer trillingen worden doorgegeven.

1012830 2

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een veerelement dat eenvoudig kan worden vervaardigd en waarbij de gasdichtheid en de sterkte kunnen worden gevarieerd. Het is een verder doel te voorzien in een veerelement dat over het gehele drukbereik daarvan een lineaire veerkarakteristiek 5 vertoont Het is tevens een doel een veerelement te verschaffen dat, afhankelijk van de precieze uitvoeringsvorm, hoge werkdrukken van minimaal 0.8 MPa en bij voorkeur hoger kan weerstaan.

Dit doel wordt bereikt doordat de buitenwand een gewikkeld draad- of bandvormig element omvat dat zich in een aantal wikkelingen telkens vanaf de eerste 10 poolplaat onder een hoek met de omtrekrichting naar de tweede poolplaat, en van daar weer terug naar de eerste poolplaat uitstrekt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het draad- of bandvormige element in hoofdzaak op isotensoïde wijze tussen de poolplaten is gewikkeld. Door deze manier van wikkelen ontstaat een veerelement waarvan het gewikkelde draad- of bandvormig 15 element gelijkmatig en in hoofdzaak op trekspanning wordt belast. Hierdoor worden alle vezels van de draad- of bandvormig elementen identiek belast en treden er geen lokale piekbelastingen op. De draad- of bandvormig elementen hoeven derhalve niet te worden overgedimensioneerd om deze pieken op te vangen, waardoor ze relatief dim kunnen worden uitgevoerd. Er kan derhalve met een relatief dim en dus soepel garen 20 worden gewikkeld, waardoor de zijwand relatief flexibel kan blijven. De wand is verder flexibel omdat bij een isotensoïde wikkelwijze de vezel versterking op de neutrale lijn ligt, waardoor een maximale buigflexibiliteit wordt verkregen.

Door de wand flexibel uit te voeren wordt de veerwerking niet langer door de stugheid van de wand gedomineerd, maar zijn de veereigenschappen van het ingesloten 25 gas, bijvoorbeeld lucht, bepalend voor de veerkarakteristiek. De veerkarakteristiek zal, omdat de wand ook bij hoge drukken flexibel blijft, ook dan relatief lineair zijn.

Tevens wordt door deze manier van wikkelen bewerkstelligd dat de koppeling tussen de wand en de poolplaten sterker wordt naar mate de druk binnen in het veerelement toeneemt. Dit komt doordat de wikkelingen zo om de polen zijn gewonden 30 dat trekkracht die in de draden ontstaat de windingen tegen de polen aantrekken. Hierdoor zullen de windingen om de polen worden vastgesnoerd.

Om er voor te zorgen dat bij het indrukken van het veerelement de windingen niet van de poolplaten af worden getrokken, heeft het de voorkeur dat de poolplaten zijn 1012830 3 voorzien van een omtrekssleuf waarin het band- of draadvormige element langs de zijwand van de flexibele wand is opgenomen. Hierdoor zullen de windingen bij toenemende druk stevig in de omtrekssleuf worden getrokken. Anderzijds zullen, als het veerelement niet in gebruik is, de poolplaten niet makkelijk door externe krachten 5 van de zijwand los raken.

Het heeft de voorkeur dat de verhouding van de diameter van de poolplaten en een maximale omtreksdiameter van de buitenwand groter of gelijk is aan 1:5, bij voorkeur groter of gelijk aan 1:2, bij grotere voorkeur groter of gelijk aan 1:1,5.

Door de poolplaat relatief groot uit te voeren zal het veerelement, in de richting 10 haaks op de poolplaten, relatief grote krachten kunnen opnemen zonder dat de buitenwand te zeer wordt vervormd. Dit komt in hoofdzaak doordat een geringe relatieve beweging van de poolplaten naar elkaar toe leidt tot een relatief grote volume-en dus druktoename in van het veerelement. Een gevolg hiervan is dat de buitenwand slechts in geringe mate vervormt, waardoor de veerkarakteristiek in hoofdzaak bepaald 15 wordt door het opgesloten gas en deze relatief lineair blijft.

In een andere toepassing wordt het veerelement in een leiding opgenomen. Door de poolplaten respectievelijk aan een eerste en een tweede leidingstomp te bevestigd worden de trillingen in de beide stompen ontkoppeld. Hierbij maakt het volume in het veerelement dus deel uit van het inwendige van het leidingenstelsel en moet de 20 binnenkant van het veerelement van materiaal dat niet door de stof die door de leidingen loopt aangetast wordt.

Om het element aan de leidingen te bevestigen heeft het de voorkeur dat tenminste één van de poolplaten voorzien is van koppelmiddelen. Om de doorstroom door het veerelement mogelijk te maken, kunnen de koppelmiddelen buisvormig zijn, 25 waarbij de poolplaten ieder zijn voorzien van een met de buisvormige koppelmiddelen in fluïdumverbinding gelegen opening.

Het veerelement kan ook worden gebruikt in een richting parallel aan het vlak van de poolplaten waardoor het element als het ware een wiel of band vormt. Hierbij heeft het de voorkeur dat de poolplaten onderling verbonden zijn en dat de omtrek van 30 de buitenwand voorzien is van een loopvlak. Het verbinden van de poolplaten heeft als voordeel dat de poolplaten dan een velg vormen.

De hierboven beschreven veerelementen kunnen bijvoorbeeld vervaardigd worden door de poolplaten te verbinden met een ringvormige kem, waarna het draad- 1012830 4 of bandvormige element op de kern tussen de poolplaten wordt gewikkeld. Het kan daarbij wenselijk zijn dat de ringvormige kern samendrukbaar is en dat ten minste één van de poolplaten is voorzien van een opening waardoorheen de kern na het wikkelen wordt verwijderd. De samendrukbare kern kan bijvoorbeeld een ballon zijn, maar kan 5 ook een bol van bijvoorbeeld gips of ander broos materiaal zijn. Door het gips kapot te maken, kan de kern vervolgens door de relatief kleine openingen worden verwijderd.

Het heeft de voorkeur dat bij de gebruikte wikkelmethode het draad- of bandvormige element zonder of met een geringe spanning om de kern wordt gewikkeld. Dit heeft als voordeel dat de ringvormige kern tijdens het vervaardigen van 10 het veerelement geen grote krachten hoeft op te nemen. Hierdoor hoeft de kern niet erg sterk te zijn en kan deze, zoals gezegd, bijvoorbeeld opblaasbaar zijn. In het nu volgende zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van tekeningen, waarin:

Figuur 1 schematisch een veerelement volgens de onderhavige uitvinding toont; 15 Figuur 2 schematisch het verloop van de windingen toont, en

Figuur 3 een gedeeltelijke doorsnede van een veerelement toont, als deze tussen twee leidingen op een trillingdempende wijze is bevestigd.

Figuur 1 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van het veerelement volgens de onderhavige uitvinding. De zijwand 1 grijpt aan zijn ene zijde aan op de poolplaat 2 en 20 aan de andere zijde op poolplaat 3. Poolplaat 2 is voorzien van een opening 4 die kan worden gebruikt voor het bijvoorbeeld met een gas vullen van het veerelement. De opening 4 kan bijvoorbeeld doormiddel van een, niet in de figuur getoond, ventiel worden afgesloten. Om de kern waarom gewikkeld is te kunnen verwijderen kan het wenselijk zijn dat de opening 4 is aangebracht in de plaat 5. Bij het fabriceren van het 25 veerelement wordt dan de plaat 5 verwijderd, waardoor de kem relatief simpel naar buiten kan. Door de plaat 5 vervolgens gasdicht in de poolplaat 2 te bevestigen, wordt de, voor het gebruik gewenste, opening verkregen.

In figuur 2 is een voorbeeld getoond van het verloop van de wikkelingen 6. Door de hoek α tussen het gedeelte van de wikkelingen 6 nabij de poolplaat en de poolplaten 30 te variëren, kunnen verschillende wikkelpatronen ontstaan. Door de booglengte van het gedeelte van de wikkelingen 6 dat langs aan de omtrek van de poolplaten loopt te variëren, kan het wikkelpatroon eveneens worden aangepast. Bijvoorkeur wordt een isotensonoïde wikkel methode toegepast. Het bedrijf Adanced Lightweight Engineering 1 y Ί fci d 3 0 5 (ALE) uit Delft past deze techniek toe voor onder andere de bouw van gastanks. Informatie over deze toepassing is te vinden op internetsite http://www.lightweight.nl. Algemene informatie over de techniek zelf kan onder andere worden gevonden in: Haldenwanger, L. "Plastic in Automotive Engineering", Carl Hanser Verlag, Munich 5 (1994), Hansen, H.J.F. and Nieuwenhuizen E., "Lightweight LPG containers for automotive purposes", Proceedings of IS ATA 29th International Symposium, Vol. 1, pp 559-564; Florence, Italy (1996) en Nieuwenhuizen, E., Composite LPG fuel containers for motor vehicles, Thesis report Delft University of technology, Faculty of Aerospace Engineering, Structures en Materials Laboratory, Delft, The Netherlands 10 (August 1995).

Om het veerelement gasdicht te maken, is het noodzakelijk aan de binnenzijde van de drukbestendige wikkelingen 6 een gasdichte laag aan te brengen. Dit kan bijvoorbeeld een latex, chloropreen-, siliconenrubber- of een polyurethaanlaag zijn. De windingen zelf kunnen bijvoorbeeld van supersterke polyalkeen vezels zoals Dyneema 15 zijn ook kunnen ze van ultra high density polyetheleen vezels, carbonvezels, aramidevezels of glasvezels zijn. Bij voorkeur worden de wikkelingen aan de buitenzijde beschermd tegen invloeden van buiten af door middel van een laag, bijvoorbeeld van kunststof. De poolplaten kunnen uit elk geschikt metaal, zoals staal of een aluminium legering worden gedraaid, maar ook kunnen ze uit kunststof of elk 20 ander geschikt materiaal worden vervaardigt. Dit is in sterke mate afhankelijk van de toepassing.

De in figuren 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm is vooral geschikt om als veerelement te dienen in de richting die is aangegeven met de pijl A. Zoals boven beschreven kunnen, door de poolplaten 2, 3 onderling te verbinden, de veerelementen 25 ook als wiel worden gebruikt. In dat geval ligt de as van het wiel langs de met A aangegeven richting en werkt het veerelement in de richting die is aangegeven met de pijl B. In deze variant heeft het de voorkeur de zijwand, in het bijzonder nabij zijn maximale diameter, in figuur 3 aangegeven met D, te voorzien van een loopvlak.

De in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm is speciaal geschikt voor het dempen 30 van trillingen in leidingen. Hiertoe is de poolplaat 2 voorzien van koppelmiddelen 5 en poolplaat 3 van koppelmiddelen 6. In de tekening is getoond hoe de invoerleiding 7 met het koppelmiddel 5 is verbonden en de afvoerleiding 8 met het koppelmiddel 6.

10-12 3 3 0 6

Hierdoor is een gasstroom vanuit de invoerleiding 7 door de openingen 10 in het veerelement naar de afvoerleiding 8 mogelijk.

In figuur 3 is verder goed te zien hoe de wikkelingen 1 tot in de sleuf 9 in de poolpiaten doorlopen. Het is duidelijk dat een trekkracht in de windingen, in figuur 2 5 schematisch aangegeven met C en C', de windingen dieper in de sleuf 9 zal trekken. Zonder de sleuf 9 zou de kans bestaan dat de component van de trekkracht, haaks op het vlak van poolpiaten 2,3, de windingen van de platen 2,3 af zou kunnen trekken.

Een dergelijk veerelement voor leidingen kan bijvoorbeeld tussen de uitlaat van een motor en een motorblok worden geplaatst, om deze trillingsvrij te verbinden. In een 10 dergelijke toepassing moeten alle materialen van het veerelement afdoende hittebestendig zijn. Zo kunnen bijvoorbeeld de polen uit staal worden gemaakt. De wikkelingen 6 kunnen bijvoorbeeld van staaldraad zijn en de gasdichte laag kan uit een metalen folie bestaan, zoals bijvoorbeeld aluminiumfolie, wat ook gebruikt kan worden om de windingen aan de buitenzijden te beschermen.

ί y I iL Ιί 3 0

Claims (11)

1. Veerelement voorzien van een eerste en een tweede poolplaat en van een flexibele wand die met een eerste en een tweede zijrand grenst aan een respectieve 5 poolplaat, en die zich in een omtreksrichting ringvormig om de poolplaten uitstrekt, welke wand is voorzien van een fluïdumdichte binnenwand en een versterkende buitenwand, met het kenmerk, dat de buitenwand een gewikkeld draad- of band vormig element (6) omvat dat zich in een aantal wikkelingen telkens vanaf de eerste poolplaat (2) onder een hoek (a) met de omtreksrichting naar de tweede poolplaat (3), en van 10 daar weer terug naar de eerste poolplaat (2) uitstrekt.

2. Veerelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het draad- of bandvormige element (6) in hoofdzaak op isotensoïde wijze tussen de poolplaten (2,3) is gewikkeld. 15

3. Veerelement volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de poolplaten (2,3) zijn voorzien van een omtrekssleuf (9) waarin het band- of draadvormige element (6) langs de zijwand van de flexibele wand (1) is opgenomen.

4. Veerelement volgens conclusie 1 - 3, met het kenmerk, dat de verhouding van de diameter van de poolplaten (2,3) en een maximale omtreksdiameter (D) van de buitenwand groter of gelijk is aan 1:5, bij voorkeur groter of gelijk aan 1:2, bij grotere voorkeur groter of gelijk aan 1:1,5.

5. Veerelement volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste een van de poolplaten (2,3) is voorzien van koppelmiddelen (5,6).

6. Veerelement volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de koppelmiddelen (5,6) buisvormig zijn, waarbij de poolplaten (2,3) ieder zijn voorzien van een met de 30 buisvormigekoppelstukken (5,6) in fluïdende verbinding gelegen opening (10).

7. Veerelement volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de poolplaten (2,3) onderling verbonden zijn en dat de omtrek van de buitenwand voorzien π 3 0 ’ 4:,¾ ..... is van een loopvlak.

8. Werkwijze voor het vormen van een veerelement volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de poolplaten (2,3) worden verbonden met een 5 ringvormige kern, waarna het draad- of bandvormige element (6) op de kem tussen de poolplaten (2,3) wordt gewikkeld.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de ringvormige kem samendrukbaar is en dat ten minste een van de poolplaten (2,3) is voorzien van een 10 opening (4,5) waar door de kem na het wikkelen wordt verwijderd.

10. Werkwijze volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat het draad- of bandvormige element (6) met een ten hoogste geringe spanning om de kem wordt gewikkeld. 15

11. Werkwijze volgens conclusie 8,9 of 10, met het kenmerk, dat de kem opblaasbaar is. 1012830