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Title:
DAMPER FOR HYDRAULIC SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/095886
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a damping device to be incorporated into fluid systems, particularly hydraulic systems, said damping device comprising an expansion hose (2). An essentially rigid damper pipe (15) which is oriented counter to the direction of flow is disposed inside the inner space of said expansion hose (2). The damper pipe (15) is provided with a completely closed wall, resulting in a good damping effect. Preferably, the damper pipe (15) is significantly less flexible in the radial direction than the outer expansion pipe, whereby the damping effect is substantially enhanced.

Inventors:
ZIMPFER MICHAEL (DE)
MERKEL RALPH PETER (DE)
HILGERT ANDREAS RICHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/001454
Publication Date:
November 20, 2003
Filing Date:
May 07, 2003
Export Citation:
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Assignee:
EATON FLUID POWER GMBH (DE)
ZIMPFER MICHAEL (DE)
MERKEL RALPH PETER (DE)
HILGERT ANDREAS RICHARD (DE)
International Classes:
F16L55/04; (IPC1-7): F16L55/04
Foreign References:
DE3510267A11985-10-03
US6279613B12001-08-28
Other References:
See also references of EP 1504213A1
Attorney, Agent or Firm:
RÜGER, BARTHELT & ABEL (Esslingen, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Dämpfungseinrichtung (1) für ein Fluidsystem, mit einem Dämpfergefäß (2), das einen Innenraum (3) umschließt und das einen Eingangsanschluss (4) sowie einen gegenüberliegenden Ausgangsanschluss (5) auf weist, und mit einem Dämpferrohr (15) das eine geschlossene Wan dung aufweist und das ausgehend von dem Ausgangsan schluss (5) in den Innenraum ragt.
2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpfergefäß (2) durch einen rohr förmigen Körper gebildet ist.
3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpfergefäß (2) ein Zylinderrohr ist.
4. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpfergefäß (2) aus einen elasti schen Material gefertigt ist.
5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpfergefäß (2) durch einen Dehn schlauch gebildet ist.
6. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpfergefäß (2) an seinen Enden Anschlussstücke (4, 5) aufweist, die in den rohrförmi gen Körper eingesetzt sind.
7. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anschlussstücke (4,5) unterein ander gleich ausgebildet sind.
8. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Länge des Innenraums (3) des Dämp fergefäßes (2) größer ist als das Zehnfache des Innen durchmessers des Dämpfergefäßes (2).
9. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) in dem Innenraum (3) konzentrisch zu dem Dämpfergefäß (2) angeordnet ist.
10. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) an demjenigen An schlussstück (5) gehalten ist, an dem der Ausgangs anschluss festgelegt ist.
11. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) freitragend in den Innenraum (3) ragt, so dass zwischen dem Dämpfergefäß (2) und dem Dämpferrohr (15) ein freier Ringraum (21) ausgebildet ist.
12. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) ein freies offenes Ende (23) aufweist, das dem Eingangsanschluss (4) ge genüberliegend angeordnet ist.
13. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass der Abstand des freien Endes (23) von dem Eingangsanschluss (4) einem Bereich liegt, dessen untere Grenze der Innendurchmesser des Dämpfergefäßes (2) und dessen Obergrenze das Doppelte des Innendurch messers des Dämpfergefäßes (2) ist.
14. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) flexibel ausge bildet ist.
15. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) ein Kunststoffrohr ist.
16. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) einen Stützstruk tur (27) enthält.
17. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stützstruktur (27) in das Dämpfer rohr (15) eingebettet ist.
18. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stützstruktur (27) eine schrauben förmig gewickelte Spirale ist.
19. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stützstruktur (27) eine Flachband spirale ist.
20. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Dämpferrohr (15) eine radiale Elas tizität aufweist, die geringer ist als die radiale Elastizität des Dämpfergefäßes (2).
Description:
Dämpfer für Hydrauliksysteme Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für die Dämpfung von Schwingungen und Pulsationen in Fluidsys- temen, insbesondere in hydraulischen Systemen.

Für Hydrauliksysteme sind Dämpfungseinrichtungen be- kannt, die beispielsweise zur Dämpfung von Schwingungen und Pulsationen dienen, die von der Antriebsquelle herrühren können. Sie dienen zum Abbau von Schall, Pulsationen und Druckspitzen. Solche Dämpfungseinrichtungen weisen einen Eingang und einen Ausgang auf, mit dem sie in ein Hydrau- liksystem eingefügt werden. Sie werden von dem Hydraulik- fluid durchflossen.

Pulsationen, Druckspitzen und ähnliche in Hydraulik- systemen auftretende Druckschwankungen weisen ein Spektrum auf, das auch niederfrequente Anteile enthalten kann. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Dämpfungsein- richtung zu schaffen, die bei geringem Bauraum eine gute Pulsationsdämpfung, insbesondere auch im niedrigen Fre- quenzbereich schafft.

Diese Aufgabe wird mit der Dämpfungseinrichtung nach Anspruch gelöst : Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung weist ein Dämpfergefäß auf, in dem ein gegen die Strömungsrichtung in den Innenraum ragendes Dämpferrohr angeordnet ist. Das Dämpferrohr weist eine geschlossene Wandung auf, d. h. es ist frei von Bohrungen oder Durchbrüchen. Dadurch ist eine Druck undurchlässige Resonatorwand gebildet. In den Innen- raum einlaufende Druckstöße laufen als Druckwelle zwischen die äußere Wandung des Dämpfergefäßes und das Dämpferrohr.

In diesem Innenraum werden sie gedämpft. Sie gelangen nur in geringem Maße zu dem Ausgangsanschluss. In dem Ringraum zwischen dem Dämpferrohr und der Wandung des Dämpfergefäßes werden sie sowohl reflektiert als auch gedämpft.

Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung erbringt eine gute Dämpfung insbesondere im niedrigen Frequenzbe- reich, sowie eine gute hydraulische Pulsationsdämpfung.

Dabei ist die Dämpfungseinrichtung funktionssicher und be- nötigt lediglich einen geringen Bauraum.

Das Dämpfergefäß ist vorzugsweise ein rohrförmiger Körper, der wiederum vorzugsweise als Zylinderrohr ausge- bildet ist. Das Zylinderrohr umschließt einen Innenraum, der bis auf das Dämpferrohr frei von jeglichen Einbauten, d. h. Halterungen, Strömungskörpern oder dergleichen ist.

Vorzugsweise ist das Dämpferrohr als Dehnschlauch ausge- bildet, d. h. es besteht vorzugsweise aus einem elastischen oder dehnbaren Material. Es kann ein Kunststoffmaterial oder ein Elastomermaterial Anwendung finden. Vorzugsweise weist dieses Material eine innere Dämpfung auf, so dass einlaufende Schall-oder Druckwellen zumindest teilweise dissipativ gedämpft werden.

An den Enden des Dämpfergefäßes sind vorzugsweise An- satzstücke vorgesehen, die beispielsweise durch ringförmige Rippen mit Sägezahnprofil an der inneren Wandung des Dehn- schlauchs verankert sein können. Außen über das Dämpferge- fäß,. d. h. dem Dehnschlauch greifende Kappen oder Hülsen beispielsweise Quetschhülsen, sichern dabei das Anschluss- stück, so dass es auch von Druckstößen nicht aus dem Dämp- fergefäß heraus getrieben werden kann.

Bei einer vereinfachten Bauform sind beide Anschluss- stücke untereinander gleich ausgebildet. Sie können aller- dings Markierungen oder sonstige Zeichen oder Unterschiede enthalten, um den Eingang von dem Ausgang der Dämpfungsein- richtung unterscheiden zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest das ausgangsseitig angeordnete Anschlussstück einen Sitz auf, an dem das Dämpferrohr befestigt ist. Dieses ragt von diesem Sitz ausgehend dann freitragend in den Innenraum des Dämpfergefäßes, wobei es vorzugsweise konzentrisch zu die- sem gehalten ist. Es bildet sich somit eine ringförmige Sackgasse zwischen dem Dämpferrohr und dem Dämpfergefäß, in der die Schallwellen und hydraulischen Druckpulsationen reflektiert und gedämpft werden.

Die freitragende Anordnung des Dämpferrohrs hat den Vorteil, dass in der genannten Sackgasse Reflexionen der Schallwelle erst an deren Ende auftreten. Falls dies ge- wünscht ist, können in dieser ringförmigen Sackgasse jedoch auch zusätzliche Elemente angeordnet werden, um gezielte Schallreflexionen hervorzurufen.

Das Dämpferrohr weist ein offenes Ende zur Aufnahme des abfließenden Fluids auf, das vorzugsweise dem Eingangs- anschluss gegenüber liegend, d. h. koaxial fluchtend zu die- sem, angeordnet ist. Dies ergibt einen geringen Strömungs- widerstand. Als zweckmäßiger Anhaltspunkt für die Bemessung kann dienen, dass der Abstand zwischen dem Ende des Dämp- ferrohrs und der Mündung des Eingangsanschlusses in den Innenraum etwa dem Durchmesser des Dämpfergefäßes ent- spricht.

Das Dämpferrohr ist vorzugsweise flexibel, d. h. etwas biegbar ausgebildet, wobei es in Radialrichtung vorzugs- weise möglichst steif ist. Dazu kann es als Kunststoffrohr ausgebildet sein, wobei es bevorzugterweise durch eine Stützstruktur ausgesteift ist. Diese kann in das Dämpfer- rohr eingebettet sein. Beispielsweise kann als Stützstruk- tur eine Metallspirale, beispielsweise eine Flachbandspira- le vorgesehen sein, die mit Kunststoff, beispielsweise PTFE, beschichtet ist. Der Kunststoff kann außerdem auf- extrodiert oder aufgeschrumpft sein. Andere gegen die ver- wendeten Medien und bei den vorhandenen Temperaturen be- ständigen Kunststoffe können ebenfalls vorgesehen sein.

Diese dienen in erster Linie dazu, die spiralförmige Flach- bandstruktur medienundurchlässig zu machen. Damit kann das Medium nur noch durch das offene Ende des als Resonator dienenden Dämpferrohrs transportiert werden.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschrei- bung oder von Unteransprüchen. Es zeigen : Figur 1 eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung in längs geschnittener, vereinfachter Darstellung, Figur 2 die Dämpfungseinrichtung nach Figur 1 in einer ausschnittsweisen längs geschnittenen Darstel- lung, Figur 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Dämpfungs- einrichtung in ausschnittsweiser, längs geschnit- tener Darstellung und Figur 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung in längs geschnittener, ver- einfachter Darstellung.

In Figur 1 ist eine Dämpfungseinrichtung 1 veranschau- licht, die zum Einbau in ein Hydrauliksystem vorgesehen ist. Eine solche Dämpfungseinrichtung 1 wird in der Praxis auch als Tuner oder Resonator bezeichnet. Die Dämpfungsein- richtung 1 dient beispielsweise in einem Hydrauliksystem zur Pulsations-und Schalldämpfung und ist beispielsweise zwischen einer Hydraulikpumpe und einer hydraulischen Last, beispielsweise einer hydraulischen Lenkhilfeeinrichtung, angeordnet.

Die Dämpfungseinrichtung 1 weist ein Dämpfergefäß 2 auf, das beispielsweise durch einen Abschnitt eines Dehn- schlauchs gebildet ist. Dieser kann ein gewebeverstärker Gummischlauch oder ähnliches sein. Dieser Schlauch hat eine gewisse Elastizität in Radialrichtung und/oder in Axial- richtung. Das Dämpfergefäß 2 umgibt einen etwa zylindri- schen Innenraum 3, der an beiden Stirnseiten durch An- schlussstücke 4, 5 abgeschlossen ist. Beide Anschlussstücke 4,5 sind untereinander gleich ausgebildet. Das Anschluss- stück 4 bildet den Eingangsanschluss während das Anschluss- stück 5 den Ausgangsanschluss bildet. Entsprechend symboli- sieren Pfeile 6,7 die Strömungsrichtung, in der die Dämp- fungseinrichtung 1 durchströmt wird. Nachfolgend wird das Anschlussstück 4 beschrieben. Das Anschlussstück 5 erhält für seine Einzelheiten die gleichen Bezugszeichen (zur Un- terscheidung mit einem Apostroph versehen), wobei die Be- schreibung entsprechend gilt.

Das Anschlussstück 4 weist eine koaxial zu einer Längsmittelachse 8 des Dämpfergefäßes 2 angeordnete Durch- gangsbohrung 9 auf, die den Eingang bzw. den Ausgang (Durchgangsbohrung 9) der Dämpfungseinrichtung 1 bildet.

An dem Anschlussstück 4 sind nicht weiter veranschaulichte Mittel zum Anschluss einer Hydraulikleitung-vorgesehen.

Dieses können Innen-oder Außengewinde oder andere An- schlussmittel sein. An dem in dem Innenraum 3 befindlichen Ende des Anschlussstücks 4 erweitert sich die Durchgangs- bohrung 9 in einer Stufe 11 zu einem größeren Durchmesser, der von einer zylindrischen, koaxial zu der Längsmittel- achse 8 angeordneten Wandung 12 festgelegt wird. Die Stufe 11 und die Wandung 12 bilden einen Sitz 14 für ein Dämpfer- rohr 15.

An der zylindrischen Außenseite des Anschlussstücks 4 sind ein oder mehrere ringförmige oder nach Art eines Gewindes schraubenförmig angeordnete Rippen 16 ausgebildet, die ei- nen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Sie dienen zur Verankerung des Anschlussstücks 4 an der inneren Wandung des Dämpfergefäßes 2. Außerdem weist das Anschlussstück 4 einen ringförmigen, in Radialrichtung fortstrebenden Flansch 17 auf, der beim Einschieben des Anschlussstücks 4 in das offene Ende des Dämpfergefäßes 2 einen Begrenzungs- anschlag bildet. Zwischen dem Flansch 17 und dem stirnsei- tigen Ende des Dämpfergefäßes 2 ist eine Abschlusskappe 18 angeordnet, die sich mit einem buchsenförmigen Abschnitt über die Außenseite des Dämpfergefäßes etwa so weit er- streckt, wie das Anschlussstück 4 reicht. Die Abschluss- kappe 18 kann mit dem Dämpfergefäß 2 verpresst sein, um den festen Sitz des Anschlussstücks 4 zu sichern.

Das Dämpferrohr 15 ist an einem Ende 19 an dem Sitz 14 des ausgangsseitigen Anschlussstücks 5 gehalten. Dazu sitzt das Ende 19 im Presssitz in dem von der Wandung 12 umschlossenen Innenraum. Das Dämpferrohr 15 ragt somit freitragend in den Innenraum 3, wobei es mit der inneren Wandung des Dämpfergefäßes 2 einen ringförmigen Dämpferraum 21 festlegt. Dieser ist frei von Einbauten und Elementen und insoweit lehr. Stirnseitig ist er durch eine z. B. ko- nische Ringfläche 22 des Anschlussstücks 5 abgeschlossen.

Die Neigung dieser Ringfläche 22'zu der Längsmittelachse 8 beträgt vorzugsweise ungefähr 45°. Sie wirkt damit als Ein- führhilfe beim Einführen des Anschlussstücks 5 in den das Dämpfergefäß 2 bildenden Schlauch.

Die Länge des Dämpferrohrs 15 ist vorzugsweise so be- messen, dass sein freies offenes Ende in einem Abstand zu dem Anschlussstück 4 steht der allenfalls geringfügig grö- ßer ist als der Innendurchmesser des Dämpfergefäßes 2. Sein Durchgangskanal 24 stimmt im Durchmesser mit der Durch- gangsbohrung 9, 9 überein. Das stirnseitige Ende des Dämp- ferrohrs 15 wird durch eine ebene Ringfläche 25 gebildet.

Das Dämpferrohr 15 ist beispielsweise gemäß Figur 2 aufgebaut. Es weist eine geschlossene Wandung auf, die durch einen Kunststoffkörper 26 gebildet ist. Dieser be- steht beispielsweise aus PTFE oder einem anderen Kunst- stoff, der ausreichend temperaturbeständig sowie beständig gegen das die Dämpfungseinrichtung 1 durchfließende Medium ist. Der Kunststoffkörper 26 ist mittels einer Stützstruk- tur 27 radial ausgesteift. Die Stützstruktur wird bei- spielsweise durch ein schraubenförmig aufgewickeltes Me- tallband 28 gebildet. Dieses kann so gewickelt sein, dass die einzelnen Windungen lückenlos aneinander grenzen. Wie Figur 2 veranschaulicht, ist auf diese Stützstruktur 27 der Kunststoffkörper 26 außen aufgebracht. Er kann beispiels- weise durch einen aufgeschrumpften Schlauch oder eine sonstwie aufgebrachte Kunststoffbeschichtung gebildet sein.

Durch die Stützstruktur ist das Dämpferrohr 15 nach innen steif während das Dämpfergefäß nach außen etwas nachgiebig ist.

Alternativ kann die Stützstruktur 27 wenigstens teil- weise in den Kunststoffkörper 26 eingebettet sein, wie Fi- gur 3 veranschaulicht. Die einzelnen Windungen des Metall- bands schließen hier miteinander Lücken ein, die von dem Kunststoff des Kunststoffkörpers 26 ausgefüllt sind. In beiden Fällen ist das Dämpferrohr 15 entlang seiner gesam- ten Länge undurchlässig für die Medien und auf ganzer Länge durch die Stützstruktur 27 ausgesteift. Hinsichtlich seiner Festigkeitseigenschaften ist es homogen. Die Stützstruktur 27 ist allein zum Zwecke der Verstärkung vorhanden. Sie schützt das aufgebrachte Kunststoffrohr gegen Einfallen oder Kollabieren auch bei Vorhandensein von Druckstößen.

Die insoweit beschriebene Dämpfungseinrichtung 1 ar- beitet wie folgt : In Betrieb wird das Dämpfergefäß 2 so von Medium durchflossen, dass das offene Ende 23 des Dämpferrohrs 15 gegen die ankommende Strömung angestellt ist. Gelangen nun Druckwellen in den Innenraum 3 laufen diese als Druckwelle vor allem in den Dämpferraum 21 ein und werden hier an der Ringfläche 22 reflektiert, um zurück zu laufen. Sie werden dabei gedämpft und können außerdem mit neu hereinkommenden Druckwellen interferieren. Das Dämpferrohr 15 ist hinsicht- lich der Druckübertragung hart, d. h. in dem Dämpferraum 21 entlang laufende Druckwellen werden nur wenig oder nicht auf das in dem Durchgangskanal 24 fließende Medium über- tragen. Es ergibt sich ein äußerst wirksamer Pulsations- dämpfer, der insbesondere niedrig frequente Pulsationen und Druckspitzen eliminiert oder signifikant dämpft.

In Figur 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung 1 veranschaulicht. Sie stimmt weit- gehend mit der Dämpfungseinrichtung 1 nach Figur 1 überein.

Es wird deshalb unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die Beschreibung der Ausführungsform nach Figur 1 ver- wiesen. Von dieser unterscheidet sich die Dämpfereinrich- tung 1 nach Figur 4 durch ein in dem Dämpferraum 21 ange- ordnetes Dämpferelement. Dieses kann beispielsweise durch eine Drosselhülse 29 gebildet sein, die an einer ausgewähl- ten Stelle in dem Dämpferraum 21 angeordnet ist. Sie umgibt dabei das Dämpferrohr 15 konzentrisch. Es schließt mit die- sem einen Ringspalt von beispielsweise einem Zehntel Milli- meter radialer Dicke ein. Die Drosselhülse unterteilt den Dämpferraum 21 dadurch in zwei Dämpferteilräume 21a, 21b, die durch den mit dem Dämpferrohr 15 definierten Ringspalt akkustisch miteinander gekoppelt sind. Eine solche Drossel- hülse 29 kann zur Verstärkung der Dämpferwirkung, zum Ab- gleich der Dämpfereinrichtung 1 sowie zur Einstellung einer gewünschten Dämpferbandbreite genutzt werden. Außerdem kommt der Drosselhülse 29 eine gewisse Stützwirkung für das Dämpferrohr 15 zu.

Die Drosselhülse 25 ist in dem Dämpfergefäß 2 bei- spielsweise durch eine Drosselfixierungshülse 31 gegen Axi- alverschiebung gesichert, die außen auf dem Schlauch sitzt.

Die Drosselfixierungshülse 31 kann beispielsweise als ge- schlossener Ring ausgebildet sein, der das Drosselgefäß außen an der Stelle umgibt, an der die Drosselhülse 29 sitzt. Durch radiale Kompression der Drosselfixierungshülse 31 wird die Drosselhülse 29 unverschiebbar festgelegt.

Zum Einbau in Fluidsysteme, insbesondere in Hydraulik- systeme, ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die ei- nen Dehnschlauch 2 aufweist, in dessen Innenraum ein weit-. gehend starres, gegen die Strömungsrichtung ausgerichtetes Dämpferrohr 15 angeordnet ist. Das Dämpferrohr 15 weist eine vollkommen geschlossene Rohrwandung auf, was einen guten Dämpfererfolg ermöglicht. Vorzugsweise ist das Dämp- ferrohr 15 in Radialrichtung deutlich weniger flexibel als das äußere Dehnrohr. Dies unterstützt den Dämpfereffekt maßgeblich.