[发明专利]蓄能器隔膜单元及其制造方法以及包括该蓄能器隔膜单元的钻岩机

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的蓄能器隔膜单元。本发明还涉及在压力下通过液压介质储存能量的蓄能器、用于制造蓄能器隔膜单元的方法和钻岩机。

背景技术

由GB 2 019 939 A预先已知一种压力容器，该压力容器用于例如阻尼压力脉冲或用于在液压系统中储存能量。在高压下充满气体的封闭壳体内部，定位有多个隔膜单元，每个隔膜单元包括两个圆形金属隔膜，这两个金属隔膜在它们的外周缘处焊接在一起以形成腔。该腔又连接到用于压力介质的供给管道。

如果液压系统中的流体压力超过了压力容器中的气体压力，则压力介质被压入腔内，隔膜由此克服气压的作用而膨胀。如果液压系统中的液体压力降到气体压力以下，隔膜被压在一起，使得来自腔的流体被压回到液压系统中。

GB 1 108 551涉及用于液压液体的压力蓄能器，其中，包含气体的蓄能器的一部分通过限制隔膜偏移的穿孔挡板壁分隔。

本领域的已知装置在苛刻的条件下的长期使用过程中是不可靠的，这是因为迄今使用的蓄能器装置有在高度变化的压力下发生故障的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种如最初提到的蓄能器隔膜单元，该蓄能器隔膜单元相对于背景技术在操作安全性和制造友好性方面得到了改进。

本发明的目的还在于提供一种用于制造蓄能器隔膜单元的方法、蓄能器以及钻岩机，其中，至少减少了背景技术的问题。

这些目的由具有独立权利要求的特征的上述蓄能器隔膜单元、方法、蓄能器和钻岩机来实现。

由此，对于创新的蓄能器隔膜单元，能够实现的是，以液压介质的过压加压到蓄能器隔膜单元的外部，趋于通过单元的弹性变形展平单元，使得蓄能器隔膜单元响应于压力的增加从凸起状态逐渐变为平坦状态。

这一方面产生的优点在于：隔膜元件材料的弹性特性可以以非常有利的方式得到利用，这是因为储存的能量可以被基本上无损耗地接收，由此，即避免了在基本上通过压缩和膨胀气体体积作相应功时生成热量。因此，根据本发明，在给蓄能器隔膜单元的外部加压以及将用于实现该弹性变形所需的功转化为储存在隔膜元件材料本身中的弹性能期间，隔膜元件本身的材料的弹性变形引起创新性的能量储存。在减小对蓄能器隔膜单元的外部的加压期间，储存的弹性能将会以液压能的形式恢复。

本发明相对于背景技术的较大优点是，当以一定压力水平压缩隔膜单元时，进一步增加的压力不会引起对蓄能器隔膜单元的任何破坏，这是因为隔膜单元已经处于稳定的最终状态(基本平坦)。这导致根据本发明的蓄能器可被制成对载荷具有很好的耐受性，并且可预期根据本发明的装置具有较长的工作寿命。此外，传统的蓄能器必须加载和再加载，然而，根据本发明的蓄能器装置则可免维护。

应当指出的是，首先由于蓄能器隔膜元件的形状、大小以及隔膜单元的厚度和材料特性，并且在某种程度上也由于气体的可能含量或含量短缺，因此蓄能器隔膜单元可被调整，使得该单元在工作点和操作范围方面具有理想特性。此处，工作点指的是当单元开始储存能量时的压力点或压力值，单元以上述压力值之间的操作范围工作。

隔膜单元由刚性、但可弹性变形的材料制成。此外，隔膜元件由可弹性变形的材料形成，这样，通过以蓄能器隔膜单元的增大的液压压力加压，隔膜单元是可弹性变形，由此，液压能可作为弹性变形功储存在隔膜元件中。

因此，隔膜元件吸收能量并由此用作弹簧的形式，隔膜元件在周围压力增大期间向内弹，并在周围压力减小时以基本可逆的过程向外弹。

特别地，蓄能器单元在处于不受外部压力的状态时形成凸体。

适当地，蓄能器隔膜单元在非受压状态下是透镜形和圆形，并且优选地，蓄能器隔膜单元限制封闭的隔膜体积。然而，不排除封闭的隔膜单元通过管道与蓄能器外部的压力源连通，或者甚至与大气连通。此外，优选地，每个蓄能器隔膜单元由两个相同形状的隔膜元件形成，由此蓄能器隔膜单元具有对称面，其中，在隔膜单元联结在一起的区域中，隔膜单元优选地相对于对称面相切地邻接。

根据本发明，为了获得所产生的蓄能器的适当的理想特性，隔膜单元包括下组中的任意一种：压力下的气体、大气压的气体、基本上没有气体、真空。

为了获得对蓄能器隔膜单元所期望的特性，根据本发明的隔膜元件由弹性模量在大约70与2000GPa之间的材料制成。适当地，可以选取下组中的任一种或多种材料：钢、弹簧钢、铝、铝合金、钛、钛合金、合成材料、聚合材料、纤维增强(优选碳纤维增强)聚合材料。

通过使隔膜单元中心具有比外周缘更大的厚度，提高了展平之后单元抵抗不正确弯曲的安全性。