DE3219530A1

DE3219530A1 - Membran fuer druckspeicher

Info

Publication number: DE3219530A1
Application number: DE19823219530
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 6100 Darmstadt Volz
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3219530C2

Description

Membran für Druckspeicher
Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran für Druckspeicher, insbesondere für hydropneumatische Druckspeicher mit einem durch die Membran in einen mit Druckmedium und einen mit Gas befüllbaren Raum veränderlichen Volumens unterteilten Gehäuse, bei der Mittel zur Verminderung von Permeation vorgesehen sind.
Bei hydropneumatischen Druckspeichern ist es bekannt, daß während des Betriebes Gas durch die Membran diffundiert und in das Druckmedium gelangt. Dadurch wird der ursprüngliche Gasfülldruck allmählich herabgesetzt, wodurch das Leistungsvermögen des Druckspeichers verlorengeht. Nach einiger Zeit, die wesentlich von der Umgebungstemperatur während des Betriebs abhängt, ist daher eine Neubefüllung des Druckspeichers mit Gas notwendig, da ansonsten eine ordnungsgemäße Druckmittelversorgung der am Druckspeicher angeschlossenen Verbraucher nicht sichergestellt ist. Es ist ferner bekannt, daß der Permeationswiderstand der Membran mit zunehmender Dicke ansteigt; in der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die Membranen nicht beliebig dick bemessen werden können, da die elastische Verformbarkeit der Membranen mit zunehmender Dicke sinkt bzw. die innere Membranreibung mit zunehmender Dicke zunimmt.
Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden, durch deren Anwendung auch bei relativ geringen Membrandicken ein akzeptabler Permeationswiderstand erzielbar ist. Beispielsweise ist in der DE-OS 28 52 912 vorgeschlagen, die Membran mit regelmäßig wiederkehrenden und einander berührenden Verdickungen zu versehen, so daß sich an den verdickten Stellen ein erhöhter Permeationswiderstand ergibt, ohne daß dabei die Verformbarkeit der Membran wesentlich herabgesetzt wird.
Andererseits ist es aus der DE-OS 16 00 621 bekannt, eine Membran für einen hydropneumatischen Druckspeicher mit einer innerhalb des Membranwerkstoffes liegenden Schicht zu versehen, die einen höheren permeationskoeffizienten als der Membranwerkstoff aufweist. Es hat sich allerdings gezeigt, daß auch bei derartig ausgebildeten Membranen die Elastizität der Membran negativ beeinflußt wird. Andererseits ist nicht jeder beliebige Werkstoff für die Sperrschicht einsetzbar, da zumindest die Elastizitätsmoduln aufeinander abgestimmt werden müssen. Ferner besteht bei Membranen mit einer innenliegenden Sperrschicht das Problem, die beiderseits der Sperrschicht angeordneten Membranschichten sicher und haltbar miteinander zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Membran der vorstehend beschriebenen Art derart auszugestalten, daß sich bei sehr guter Verformbarkeit ein hoher Permeationswiderstand einstellt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der neutralen Zone der Membran bereichsweise eine permeationsdichte Sperrschicht angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung ist gewährleistet, daß die Verformbarkeit der Membran nur unwesentlich vermindert wird, da die Sperrschicht nur in gewissen Bereichen des Membranwerkstoffes eingebettet ist.
Trotzdem ergibt sich eine relativ hohe Diffusionsresistenz, die unter anderem davon abhängig ist, wie groß die von der Sperrschicht überdeckten Bereiche sind.
Vorzugsweise ist die Membran in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehreren gummielastischen Schichten zusammengesetzt. Zwischen diesen Membranschichten und der mit Durchbrüchen versehenen Sperrschicht können in einer vorteilhaften Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes Klebeschichten und gegebenenfalls zusätzlich Haftvermittler angeordnet sein. Da die Membranschichten in den nicht von der Sperrschicht überdeckten Bereichen unmittelbar aneinander zur Anlage kommen und gerade an diesen Flächen eine äußerst gute Verbindung zwischen den Membranschichten entsteht, ergibt sich, daß die Membranschichten äußerst haltbar miteinander verbunden sind, wobei sich zwangsläufig auch eine sichere Lagerung der Sperrschicht einstellt. Alternativ zur Verwendung von Klebeschichten besteht die Möglichkeit, die gummielastischen Schichten der Membran durch einen Vulkanisierprozeß zusammenzufügen. Ferner kann zwischen den gummielastischen Schichten der Membran bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt sein. Dieses bedeutet, daß die Membran in den nicht von der Sperrschicht überdeckten Bereichen vollkommen homogen aufgebaut ist, so daß die Sperrschicht absolut sicher in der Membran gelagert ist.
Hierbei ist es denkbar, daß die Sperrschicht einen im wesentlichen gewebeartigen Aufbau besitzt, wobei. die vorstehend beschriebenen stoffschlüssigen Verbindungen jeweils in den Gewebefenstern entstehen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes sieht vor, daß zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht formschlüssige Verbindungen hergestellt sind. Derartige formschlüssige Verbindungen können in verschiedenster Art und Weise realisiert sein. Beispielsweise kann die Sperrschicht so ausgebildet sein, daß auf beiden Seiten mit Hinterschneidungen versehene Noppen angeformt sind. Die mit Hinterschneidungen versehenen Noppen ragen jeweils in die angrenzende Membranschicht und sind durch die Hinterschneidungen daran gehindert, sich von den Membranschichten zu lösen. Desgleichen ist es denkbar, auf beiden Seiten der Sperrschicht mit Hinterschneidungen versehene Vertiefungen auszubilden. Die letztgenannte Maßnahme wird vorzugsweise dann zum Einsatz kommen, wenn vorgesehen ist, den Membranwerkstoff durch einen Gießvorgang mit der Sperrschicht zusammenzubringen. Eine sichere Verbindung zwischen der Sperrschicht und dem Membranwerkstoff entsteht auch dann, wenn die Sperrschicht beiderseits mit im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Sperrschicht stehenden stiftförmigen Noppen versehen ist. Diese Noppen sind in einer Weiterbildung des Anmeldungsgengestandes vorzugsweise derart bemessen, daß die Summe aus ihrer zweifachen Länge und der Dicke der Sperrschicht auf das Sollmaß der Membrandicke abgestimmt ist. Bei dieser Formgebung und einer derartigen Bemessung übernehmen die Noppen gleichzeitig die Funktion als Abstandhalter beim Herstellungsprozeß.
Als vorteilhaft im Hinblick auf die Sicherheit der Verbindung zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht ist es ferner zu bezeichnen, wenn zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht sowohl formschlüssige als auch stoffschlüssige Verbindungen hergestellt sind. Zu diesem Zweck sind aus der Sperrschicht Stege herausgebogen, die beispielsweise spitzwinklig zur Trennschichtebene stehen. Auch lassen sich in vorteilhafter Weise laschenartige Ausprägungen in der Sperrschicht vorsehen, die jeweils in den angrenzenden Membranwerkstoff greifen. Bei der Stoffauswahl hinsichtlich der Sperrschicht ist man beim Anmeldungsgegenstand in keiner Weise eingeschränkt. Da der Sperrschichtwerkstoff; bei jeder Ausgestaltung der Membran vollkommen vom Membranwerk- stoff umschlossen ist, lassen sich auch solche Sperrschichtwerkstoffe verwenden, die eine geringe Resistenz gegen die mit dem Membranwerkstoff in Kontakt tretenden Medien haben. Ferner ist keine besondere Abstimmung der Werkstoffe bezüglich der Elastizitätsmoduln notwendig.
In einer weiteren Ausgestaltung des Anmeldungsgegenstands ist vorgesehen, daß die Sperrschicht einen gewirkten Aufbau besitzt. Derartige Gewirke zeichnen sich durch eine relativ große Elastizität aus, die den Forderungen nach einer guten Verformbarkeit der Membran entgegenkommt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von Fig. 1 bis Fig. 9 der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran im Schnitt, Fig. 2 bis Fig. 4 Membranen im Schnitt mit formschlüssigen Verbindungen zwischen Sperrschicht un den Membranschichten, Fig. 5 bis Fig. 7 Membranen mit formund stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Membranschichten und der Sperrschicht, Fig. 8 eine Membran im Schnitt mit einer gewebeartigen Trennschicht und Fig. 9 eine Trennschicht in der Draufsicht.
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Membran aus gummielastischem Werkstoff bezeichnet, die in der neutralen Zone 2 eine Sperrschicht 3 aufweist. Die Sperrschicht 3 besteht aus einem Marerial mit einem hohen Permeationskoeffizienten und weist in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen Durchbrüche 4 auf. Beiderseits der Sperrschicht 3 sind einzelne Membranschichten 5,6 anangeordnet. Im Bereich der Durchbrüche 4 besteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6.
In Fig. 2 sind die Membranschichten 5,6 mittels formschlüssiger Verbindungen mit der Sperrschicht 3 verbunden. Zu diesem Zweck ist die Sperrschicht 3 beiderseits mit Noppen 7 versehen. Die Noppen weisen ihrerseits Hinterschneidungen 8 auf, in die der Membranwerkstoff beim Herstellungsprozeß hineinfließt.
Gemäß Fig. 3 ist die Sperrschicht 3 mit im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Sperrschicht 3 stehenden stiftförmigen Noppen 9 versehen, die sich bis zur Oberseite der Membranschicht 5 und bis zur UnterseiteX der Membranschicht 6 erstrecken.
In Fig. 4 ist die Sperrschicht 3 der Membran 1 mit Vertiefungen 10 versehen, die derart geformt sind, daß Hinterschneidungen 11 entstehen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Membranschichten 5,6 sowohl formschlüssiy als auch stoffschlüssig mit der Sperrschicht 3 verbunden. In regelmäßigen Abständen sind aus der Ebene der Sperrschicht 3 Stege 12 herausgebogen, die beispielsweise im spitzen Winkel zur Ebene der Sperrschicht 3 stehen, Die Stege 12 greifen in die in der Darstellung obere Membranschicht 5 ein und sorgen auf diese Weise für eine formschlüssige Verbindung zwischen der Sperrschicht 3 und der oberen Membranschicht 5. Durch die abgewinkelten Stege 12 sind zwischen der oberen Membranschicht 5 und der unteren Membranschicht 6 Durchbrüche 13 freigegeben,.durch die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6 entsteht.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weicht von dem in Fig. 5 dargestellten lediglich dadurch ab, daß die Sperrschicht 3 neben in die in der Darstellung obere Membranschicht 5 greifenden Stegen 12 auch solche Stege 14 aufweist. die eine formschlüssige Verbindung-zwischen der unteren Membranschicht 6 und der Sperrschicht herbeiführen.
Die innerhalb der Membranschichten 5,6 liegende Sperrschicht 3 ist gemäß Fig. 7 mit laschenartigen Ausprägungen 15 versehen, die einerseits eine form- schlüssige Verbindung zwischen den Membranschichten 5,6 herbeiführen und andererseits Durchbrüche 16 freigeben, durch die die Membranschichten 5,6 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
In Fig. 8 ist eine Membran mit einer Gewebeschicht aus einem Material mit einem hohen Permeationskoeffizienten dargestellt. Die in der Schnittebene liegenden Gewebeteile sind mit 17 bezeichnet, während die senkrecht zur Schnittebene liegenden Gewebeteile das Bezugszeichen 18 tragen. Das Gewebe 17,18 ist derart ausgebildet, daß zwischen den Gewebeteilen 17,18 Zwischenräume 19 entstehen, die mit dem Membranwerkstoff gefüllt sind.
Schließlich ist in Fig. 9 eine Sperrschicht 3 mit einem gewirkten Aufbau in der Draufsicht dargestellt.

Claims

Patentansprüche Membran für Druckspeicher, insbesondere für hydropneumatische Druckspeicher mit einem durch die Membran in einen mit Druckmedium und einem mit Gas befüllbaren Raum veränderlichen Volumens unterteilten Gehäuse, bei der Mittel zur Verminderung von Permeation vorgesehen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der neutralen Zone (2) der Membran (1) bereichsweise eine permeationsdichte Sperrschicht (3) angeordnet ist.
2. Membran nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (1) in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehreren gummielastischen Schichten (5,6) zusammengesetzt ist.
3. Membran nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den gummielastischen Schichten (5,6) eine Klebeschicht angeordnet ist.
4. Membran nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Klebeschicht ein Haftvermittler zugeordnet ist.
5. Membran nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die gummielatischen Schichten (5,6) der Membran (1) in einem Vulkanisierprozeß zusammengefügt ist.
6. Membran nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den gummielastischen Schichten (5,6) der Membran (1) bereichsweise stoffschlüssige Verbindungen (4,13,16) hergestellt sind.
7. Membran nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n t , daß die Sperrschicht (3) einen gewebeartigen Aufbau (17,18) besitzt.
8. Membran nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Membranschichten (5,6) und der Sperrschicht (3) formschlüssige Verbindungen hergestellt sind.
9. Membran nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperrschicht (3) auf beiden Seiten mit Hinterschneidungen (8) versehene Noppen (7) trägt.
10. Membran nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf beiden Seiten der Sperrschicht (3) mit Hinterschneidungen (11) versehene Vertiefungen (10) ausgebildet sind.
11. Membran nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperrschicht (3) beiderseits mit im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Sperrschicht (3) stehenden stiftförmigen Noppen (9) versehen ist.
12. Membran nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Summe aus der zweifachen Länge der Noppen (9) und der Dicke der Sperrschicht (3) auf das Sollmaß der Membrandicke abgestimmt ist.
13. Membran nach Anspruch 1 und 2, dadurch e e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Membranschichten (5,6) und der Sperrschicht (3) formschlüssige und stoffschlüssige Verbindungen hergestellt sind.
14. Membran nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Sperrschicht (3) Stege (12,14) herausgebogen sind.
15. Membran nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperrschicht (3) mit laschenartigen Ausprägungen (15) versehen ist.
16. Membran nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Membranwerkstoff eine höhere Resistenz gegen die mit ihm in Kontakt tretenden Medien als der Sperrschichtwerkstoff besitzt.
17. Membran nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Sperrschicht (3) einen gewirkten Aufbau besitzt.