DE102006016937A1

DE102006016937A1 - Hydraulischer Pulsationsdämpfer

Info

Publication number: DE102006016937A1
Application number: DE102006016937A
Authority: DE
Inventors: Jan Pfingst; Mirko Jacob
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: DE102006016937B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Pulsationsdämpfer (1) mit einem einen Zulauf (3) und einen Ablauf (4) aufweisenden Gehäuse (2), in dem ein aus einem durchströmbaren Material bestehendes Einsatzstück (5) angeordnet ist. Dabei ist das Einsatzstück (5) als Absorptionsdämpfer ausgebildet und begrenzt darüber hinaus zusammen mit zumindest einer Gehäusewand einen Reflexionsraum (7). Beim Betrieb des hydraulischen Pulsationsdämpfers (1) kann das Einsatzstück (5) sowohl direkt, das heiß vom Zulauf (3) durch das Einsatzstück (5) zum Ablauf (4), als auch indirekt, das heiß vom Zulauf (3) durch das Einsatzstück (5) in den Reflexionsraum (7) und wieder zurück durch das Einsatzstück (5) zum Ablauf (4), durchströmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Pulsationsdämpfer mit einem einen Zulauf und einen Ablauf aufweisenden Gehäuse, in dem ein aus einem durchströmbaren Material bestehendes Einsatzstück angeordnet ist.
Aufgrund des meist diskontinuierlichen Förderprozess der Pumpe kommt es in Hydrauliksystemen stromab zu Volumenstromschwankungen. Durch die nachgeschalteten hydraulischen, mechanischen Impedanzen werden die Volumenstromschwankungen in Druckpulsationen umgesetzt, wodurch unterschiedliche Komponenten des Hydrauliksystems, beispielsweise die Pumpe oder eine Leitung zu Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen erzeugen einen Körperschall, welcher unter Umständen zu einem unangenehmen Geräuschverhalten führen kann. Um ein günstiges Geräuschverhalten zu erzielen, gilt es, die Körperschallausbreitung beziehungsweise eine Luftschallabstrahlung zu verhindern, das heißt, die Druckpulsation möglichst stark abzudämpfen, so dass nach Möglichkeit weder Körper- noch Luftschall entsteht.
Aus der DE 195 16 358 C1 ist ein Pulsationsdämpfer für Flüssigkeiten bekannt, welcher ein mit einem Zulaufanschluss und einem Rücklaufanschluss versehenes Gehäuse aufweist, in dem ein Strömungskanal gebildet ist, sowie ein in dem Strömungskanal angeordnetes Einsatzstück, welches als Drosseleinrichtung ausgebildet ist. Diese Drosseleinrichtung umfasst mindestens zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Drosselöffnungen, wobei zwischen diesen Drosselöffnungen ein Abschnitt des Strömungskanals gebildet ist, dessen Durchgangsquerschnitt wesentlich größer ist als der Querschnitt der Drosselöffnungen selbst. Durch die Ausgestaltung des Einsatzstückes als Drosseleinrichtung mit entsprechenden Ringräumen zwischen einzelnen Drosselscheiben, erfolgt sowohl eine abrupte Querschnittsänderung als auch eine Richtungsänderung der Strömung, welche ein Dämpfung der Pulsation der Flüssigkeit bewirkt.
Weitere Vorrichtungen zur Verringerung von Druckpulsationen sind beispielsweise aus der DE 100 15 051 A1 , aus der US 1,229,434 und aus der US 4,975,098 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen hydraulischen Pulsationsdämpfer eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem hydraulischen Pulsationsdämpfer ein aus einem durchströmbaren Material hergestelltes Einsatzstück anzuordnen, welches als Absorptionsdämpfer ausgebildet ist und darüber hinaus mit zumindest einer Gehäusewand des Pulsationsdämpfers zumindest einen Reflexionsraum begrenzt, so dass der hydraulische Pulsationsdämpfer als Absorptions- und Reflexionsdämpfer wirkt. Dabei ist das Einsatzstück derart im Gehäuse angeordnet, dass es im Betrieb sowohl direkt, das heißt vom Zulauf des hydraulischen Pulsationsdämpfer durch das Einsatzstück zum Ablauf des hydraulischen Pulsationsdämpfers durchströmt ist, als auch indirekt, wobei hierbei der Strömungsverlauf vom Zulauf durch das Einsatzstück in den Reflexionsraum und von diesem wiederum durch das Einsatzstück zum Ablauf führt. Das Einsatzstück ist dabei so dimensioniert, dass sowohl der direkte als auch der indirekte Durchfluss unterstützt wird. Wie oben erwähnt, ist das Einsatzstück als Absorptionsdämpfer ausgebildet und enthält poröses Material, welches Schall und/oder Druckpulsationen absorbiert, das heißt durch Reibung in Wärme umwandelt. Hierdurch und durch eine gewisse Drosselwirkung werden im Pulsationsdämpfer niedrige Frequenzen gedämpft. Durch den zumindest einen Reflexionsraum fungiert der hydraulische Pulsationsdämpfer auch als Reflexionsdämpfer, wobei es beim mehrfachen Durchlaufen des Reflexionsraumes zu einer Mittelung der Amplituden kommt, was ein Entfernen von Pulsationsspitzen zur Folge hat. Reflexionen werden dabei auch durch die abrupte Querschnittsänderung erzeugt, wie sie beispielsweise zwischen dem Zulauf und dem Reflexionsraum auftreten. Bei der Reflexion werden im Pulsationsdämpfer hauptsächlich die hohen Frequenzen gedämpft und die Effekte der Absorption durch Mehrfachreflexion verstärkt. Insgesamt bietet der erfindungsgemäße hydraulische Pulsationsdämpfer den großen Vorteil, dass Pulsationen breitbandig und bereits ab Frequenzen von unter 100 Hertz gedämpft werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Einsatzstück als Filterelement ausgestaltet. Hierdurch erhält der hydraulische Pulsationsdämpfer eine weitere Funktion, nämlich eine Filterfunktion, wobei das eingesetzte Filtermaterial beispielsweise Polyäthylen oder gesintertes Metallgewebe und/oder Glasfasergewebe umfassen kann. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung dient der hydraulische Pulsationsdämpfer nicht nur zur Dämpfung von Druckpulsationen, sondern auch zur Filterung der durch den Pulsationsdämpfer strömenden Flüssigkeit.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Einsatzstück einen H-förmigen Längsschnitt auf, wobei die Schenkel des H-förmigen Längsschnittes im Bereich des Zulaufs des Pulsationsdämpfers einen Eingangsraum begrenzen. Der Eingangsraum stellt dabei einen weiteren für die Reflexion nutzbaren Raum dar, wodurch der Reflexionseffekt und damit der Dämpfungseffekt verstärkt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu ist denkbar, dass die Schenkel des H-förmigen Längsschnitt im Bereich des Ablaufs einen Ausgangsraum begrenzen. Dieser Ausgangsraum stellt ähnlich dem Eingangsraum ebenfalls einen weiteren Reflexionsraum zur Verfügung, wodurch sich der Dämpfungseffekt durch Reflexion ebenfalls erhöht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen hydraulischen Pulsationsdämpfer,
2 eine schematisierte Darstellung der 1.
Entsprechend 1 weist ein hydraulischer Pulsationsdämpfer 1 ein Gehäuse 2 mit einem Zulauf 3 und einem Ablauf 4 auf. Der Pulsationsdämpfer 1 weist darüber hinaus gemäß 1 eine zylindrische Form auf, wobei diese jedoch rein exemplarisch verstanden werden soll, so dass von der Erfindung auch Pulsationsdämpfer 1 mit anderen Außenkonturen umfasst sein sollen.
Im Gehäuse 2 ist ein aus einem durchströmbaren Material, beispielsweise einem porösen Material, bestehendes Einsatzstück 5 zwischen dem Zulauf 3 und dem Ablauf 4 angeordnet. Dabei ist das Einsatzstück 5 erfindungsgemäß als Filterelement ausgestaltet und besteht beispielsweise aus geschäumtem Polyethylen und/oder aus gesintertem Metallgewebe und/oder aus Glasfasergewebe. Denkbar sind hierbei auch andere Stoffe, welche eine Filterwirkung auf die durchströmende Flüssigkeit besitzen. Auf jeden Fall ist dabei das Filtermaterial vorzugsweise so ausgebildet, dass es keine Partikel absondert und dadurch eventuell selbst zur Verschmutzung des Fluidstromes beiträgt.
Wie weiter der 1 und der 2 zu entnehmen ist, sind der Zulauf 3 und der Ablauf 4 auf einander gegenüberliegenden Gehäuseseiten angeordnet und darüber hinaus zueinander fluchtend. Denkbar ist natürlich auch, dass der Zulauf 3 und/oder der Zulauf 4 auf aneinandergrenzenden Gehäuseseiten angeordnet sind und nicht fluchtend zueinander verlaufen.
Das durchströmbare und poröse Material des Einsatzstückes 5 bewirkt eine Absorptionsfähigkeit des Einsatzstückes 5, so dass dieses als Absorptionsdämpfer fungiert, welcher Druckwellen durch Reibung in Wärme umwandelt.
Betrachtet man die Längsschnitte gemäß den 1 und 2, so fällt auf, dass das Einsatzstück 5 jeweils einen H-förmigen Längsschnitt aufweist, wobei zwischen dem Einsatzstück 5 und einer Gehäusewand 6 ein ringförmiger Reflexionsraum 7 ausgebildet ist. Zwischen den Schenkeln des H-förmigen Einsatzstückes 5 befindet sich im Bereich des Zulaufes 3 ein Eingangsraum 8, während sich gemäß den 1 und 2 zwischen den Schenkeln des H-förmigen Einsatzstückes 5 im Bereich des Ablaufes 4 ein Ausgangsraum 9 befindet. Dabei sei angemerkt, dass der in den 1 und 2 dargestellte Pulsationsdämpfer 1 sowohl einen Eingangsraum 8 als auch einen Ausgangsraum 9 aufweist, wobei auch denkbar ist, dass lediglich einer der beiden Räume 8 oder 9 oder gar keiner vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist das Einsatzstück 5 im Gehäuse 2 derart angeordnet, dass es im Betrieb sowohl direkt, das heißt vom Zulauf 3 durch das Einsatzstück 5 zum Ablauf 4, also gemäß dem Pfeil 10 durchströmt werden kann, als auch indirekt, das heißt vom Zulauf 3 durch das Einsatzstück 5 in den Reflexionsraum 7 und wieder zurück durch das Einsatzstück 5 zum Ablauf 4 gemäß den Strömungspfeilen 10'. Dabei ist entlang des Strömungspfades 10 der herrschende Strömungswiderstand vorzugsweise zumindest geringfügig größer als entlang des Strömungspfades 10', so dass gewährleistet ist, dass das Einsatzstück 5 sowohl über den Strömungspfad 10 als auch über den Strömungspfad 10' durchströmt ist.
Innerhalb des Einsatzstückes 5 werden die Druckwellen ebenfalls reflektiert und schwächen sich dadurch gegenseitig ab. Darüber hinaus wird der zunächst geschlossene Fluidstrom durch das poröse Einsatzstück 5 in viele Einzelströme aufgeteilt und dadurch Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt und abgebaut. Der erfindungsgemäße Pulsationsdämpfer 1 weist somit einen Reflexions- und einen Absorptionsdämpfer auf und filtert darüber hinaus den diesen durchströmenden Fluidstrom.
Des Weiteren bietet der erfindungsgemäße Pulsationsdämpfer 1 den Vorteil, dass lediglich geringe Druckverluste auftreten und die Druckpulsationen auf einem breiten Frequenzband wirkungsvoll gedämpft werden. Gleichzeitig benötigt der Pulsationsdämpfer 1 einen lediglich geringen Platzbedarf, so dass er problemlos vielerorts einbaubar ist. Um einen möglichst hohen Dämpfungseffekt erzielen zu können, sind die den Ablauf 4 und den Zulauf 3 aufweisenden Gehäuseseiten vorzugsweise mehr als 40 mm voneinander beabstandet. Darüber hinaus ist ein Querschnitt des Einsatzstückes 5 vorzugsweise mehr als 10 Mal so groß wie der Querschnitt des Zulaufs 3.
Als Einsatzgebiete für den erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfer kommen beispielsweise Hydrauliksysteme in einer Servolenkungseinrichtung, in einer Bremseinrichtung, Fahrwerkshydrauliksystemen oder in einem Kraftstoffsystem eines Kraftfahrzeuges in Frage, wobei aber auch andere Einsatzgebiete denkbar sind.
Im Folgenden soll kurz die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen hydraulischen Pulsationsdämpfers 1 anhand der 2 beschrieben werden.
Zunächst tritt ein Fluidstrom am Zulauf 3 in das Gehäuse 2 des Pulsationsdämpfers 1 ein und fließt dabei in den Eingangsraum 8. Hier teilt sich der Fluidstrom auf und zwar um zum einen entlang des Strömungspfades 10 in direkter Richtung zum Ausgangsraum 9 und zum anderen entlang des Strömungspfades 10' in den ringförmigen Reflexionsraum 7. Im Reflexionsraum 7 angekommen, strömt das Fluid entlang der Strömungsrichtung 10' bis nahe an die den Ablauf 4 aufweisende Gehäusewand und in diesem Bereich durch das Einsatzstück 5 zurück zum Ausgangsraum 9. Nach dem Erreichen des Ausgangsraumes 9 verlässt das nunmehr gereinigte, da gefilterte Fluid, den Pulsationsdämpfer 1 über den Ablauf 4. Das Einsatzstück 5 wirkt dabei einerseits als Absorptionsdämpfer, indem es Druckwellen über Reibung in Wärme umwandelt und zum anderen als Filterelement, indem es unerwünschte Schwebstoffe aus dem Fluid herausfiltert.

Claims

Hydraulischer Pulsationsdämpfer (1), insbesondere Fahrwerksregelsysteme, – mit einem einen Zulauf (3) und einen Ablauf (4) aufweisenden Gehäuse (2), in dem ein aus einem durchströmbaren Material bestehendes Einsatzstück (5) angeordnet ist, – wobei das Einsatzstück (5) als Absorptionsdämpfer ausgebildet ist und zusammen mit zumindest einer Gehäusewand des Pulsationsdämpfers (1) zumindest einen Reflexionsraum (7) begrenzt, – wobei das Einsatzstück (5) im Gehäuse (2) so angeordnet ist, dass es im Betrieb direkt, das heißt vom Zulauf (3) durch das Einsatzstück (5) zum Ablauf (4) und indirekt, das heißt vom Zulauf (3) durch das Einsatzstück (5) in den Reflexionsraum (7) und wieder durch das Einsatzstück (5) zum Ablauf (4), durchströmt ist.
Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Einsatzstück (5) einen H-förmigen Längsschnitt aufweist, und/oder – dass zwischen dem Einsatzstück (5) und einer Gehäusewand (6) ein ringförmiger Reflexionsraum (7) ausgebildet ist.
Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Einsatzstück (5) als Filterelement ausgestaltet ist, und/oder – dass das Filterelement aus geschäumtem Polyethylen und/oder gesintertem Metallgewebe, und/oder Glasfasergewebe besteht.
Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der Zulauf (3) und der Ablauf (4) auf gegenüberliegenden Gehäuseseiten angeordnet sind, und/oder – dass der Zulauf (3) und der Ablauf (4) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des H-förmigen Längsschnitts im Bereich des Zulaufs (3) einen Eingangsraum (8) begrenzen.
Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des H-förmigen Längsschnitts im Bereich des Ablaufs (4) einen Ausgangsraum (9) begrenzen.
Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die den Ablauf (4) und den Zulauf (3) aufweisenden Gehäuseseiten mehr als 40 mm voneinander beabstandet sind, und/oder – dass ein Querschnitt des Einsatzstücks (5) mehr als zehnmal größer ist als der Querschnitt des Zulaufs (3).
Verwendung eines Pulsationsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in zumindest einem der nachfolgenden Hydrauliksysteme: Servolenkung, Hydraulikbremse, Kraftstoffsystem, Fahrwerksregelsystem.