DE102013010571A1

DE102013010571A1 - Component for flow calming and method for producing such a component

Info

Publication number: DE102013010571A1
Application number: DE102013010571.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Sulz; Wilhelm Rohrmann; Klaus Schneider
Original assignee: Alpha Fluid Hydrauliksysteme Mueller GmbH
Current assignee: Alpha Fluid Hydrauliksysteme Mueller GmbH
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Behälter für den Flüssigkeitsaustausch, insbesondere Ölbehälter in Hydraulikanlagen bedürfen der besonders sorgfältigen Planung bezüglich des Austausches der Flüssigkeit, bzw. Hydrauliköls, einerseits am Ende der Rücklaufleitung in den Behälter, andererseits die Öffnung der Ansaugleitung aus dem Behälter. Zur Verbesserung des Flüssigkeitsaustausches werden sog. Diffusoren eingesetzt. Die Baureihe der bewährten AF-Diffusoren ist herstellungsbedingt in der individuellen Anpassung an die vielfältigen Anlagendaten begrenzt. Es ist Aufgabe der Erfindung ein innendurchströmtes Bauteil zur Strömungsberuhigung derart auszubilden, dass die Herstellung eines derartigen innendurchströmten Bauteils zur Strömungsberuhigung gegenüber dem bekannten AF-Diffusor, aber bei Beibehaltung dessen Grundprinzips, und im Unterschied zu den bisherigen Herstell- und Montagetechniken wesentlich flexibler und in frei wählbarer Skalierung der Außenform sowie der Abmessung sowie der Innenkontur, auch bei kleiner und mittlerer Stückzahl, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbar ist. Weiterhin soll das erfindungsgemäße Herstellverfahren eine weitere Optimierung der Strömungsführung innerhalb des Bauteils sowie der Ausströmung aus dem bzw. Einströmung in das innendurchströmte Bauteil zur Strömungsberuhigung beinhalten sowie den Einsatz alternativer Werkstoffe zur Gewichtsreduzierung ermöglichen und dabei ein Ressourcen schonendes Herstellverfahren anwenden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das innendurchströmte Bauteil zur Strömungsberuhigung durch Anwendung eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes, vorzugsweise einstückiges, individuell strömungsoptimiertes Bauteil ist.Containers for fluid exchange, in particular oil reservoirs in hydraulic systems, require particularly careful planning with regard to the replacement of the liquid or hydraulic oil, on the one hand at the end of the return line into the container, and, on the other hand, the opening of the suction line out of the container. To improve the fluid exchange so-called. Diffusers are used. The series of proven AF diffusers is limited due to the production due to the individual adaptation to the manifold system data. It is an object of the invention to form an internally flow-through component for flow calming such that the production of such an internally flow-through component for flow calming compared to the known AF diffuser, but maintaining its basic principle, and in contrast to the previous manufacturing and assembly techniques much more flexible and free Selectable scaling of the outer shape and the dimension and the inner contour, even with small and medium quantities, can be produced with economically justifiable effort. Furthermore, the manufacturing method according to the invention is intended to include further optimization of the flow guidance within the component as well as the outflow from or inflow into the internally flow-through component for flow calming, as well as the use of alternative materials for weight reduction while applying a resource-saving manufacturing method. According to the invention, the object is achieved in that the internal flow-through component for flow calming by use of a generative or additive manufacturing process produced, preferably one-piece, individual flow-optimized component.

Description

Die Erfindung betrifft ein innendurchströmtes Bauteil zur Verminderung bzw. Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluides, innerhalb des innendurchströmten Bauteils, so dass am Austritt bzw. Eintritt des innendurchströmten Bauteils innerhalb eines Fluidbehälters die kleinere der dem Bauteil zu- bzw. abfließenden Fluid-Strömungsgeschwindigkeit den Fluidaustausch bewirkt, sowie ein darauf ausgerichtetes Verfahren zur Herstellung eines derartigen, innendurchströmten Bauteils.The invention relates to an internally flow-through component for reducing or accelerating the flow velocity of a fluid within the internally flow-through component, so that at the outlet or inlet of the internally flow-through component within a fluid container, the smaller fluid flow rate flowing to or from the component causes the fluid exchange , As well as an aligned method for producing such, internally perfused component.

Stand der TechnikState of the art

Eine ausführliche und grundsätzliche Darstellung der Probleme und bisher bekannter Lösungen beim Austausch strömender zu ruhenden Fluiden bzw. ruhender zu strömenden Fluiden, z. B. sehr häufig in Hydrauliksystemen das Ausströmen des Hydraulikfluids aus einer Rücklaufleitung in den Hydrauliktank bzw. das Ansaugen von Hydraulikfluid der Hydraulikpumpe aus dem Hydrauliktank, ist in der DE 10 2007 012 527 A1 beschrieben und stellt damit auch für diese Erfindung die grundsätzliche Ausgangssituation dar, wobei die häufigere Anwendung die Verzögerung eines Fluides zur Beruhigung der Einströmsituation in Fluidbehälter ist und somit in der Folge der Beschreibung bevorzugt dargestellt wird, jedoch bei entgegengesetzter Strömungsrichtung 'Beschleunigung' anstelle 'Verzögerung' gesetzt werden kann. Aus der DE 10 2007 012 527 A1 kann als wesentliche Baugruppe, in der bzw. mit der die Strömungsberuhigung durch die Verzögerung des strömenden Fluids erreicht wird, der AF-Diffusor erkannt werden. Das Grundprinzip des AF-Diffusors ist: Die Aufteilung des axial einströmenden Fluidstromes, innerhalb des AF-Diffusors, in mehrere radial ausströmende Teil-Fluidströme, mit jeweils radialer Verzögerung der Teil-Fluidströme, so dass die jeweiligen Ausström-Geschwindigkeiten nur ein Bruchteil der ursprünglichen Einström-Geschwindigkeit betragen in der Summe aber denselben Gesamtfluidstrom ergeben. Auf der Grundlage traditionell möglicher Fertigungsverfahren wurde als wirtschaftlich günstigste Version eine modulare Bauweise gewählt, bestehend aus geschichteten, runden Zwischentrennscheiben, mit konstanten Spaltabständen, in unterschiedlicher Anzahl aber gleicher Abmessung, über Zuganker zusammengefügt, wobei eine mit verspannte Eingangsplatte, gleichen Durchmessers, den eingangsseitigen hydraulischen Anschluss an die Fluidleitung eines Hydrauliksystems ermöglicht und eine entgegengesetzt mit verspannte Grundplatte, einen Strömungskonus tragend, den Abschluss des AF-Diffusors bildet. Wie weiter ausgeführt, ist bei dieser Bauart die Anzahl der Trennscheiben bestimmend für den Nenndurchfluss und somit die Baugröße des speziellen AF-Diffusors. Bei den klassisch möglichen Herstellverfahren war es naheliegend die große Anzahl der Zwischentrennscheiben als Stahlblech-Stanzteile in großer Stückzahl kostengünstig herzustellen was aber wiederum bedeutet, dass die einmal gewählten Grundabmessungen des Außen- wie Innendurchmessers die Einbauabmessungen der Diffusoren bestimmen und innerhalb der Baureihe nicht mehr veränderlich sind. Außerdem muss dennoch der Anschluss der Eingangsplatte auf den jeweiligen Nenndurchfluss des einzelnen AF-Diffusors und genauso der Strömungskonus mit der Endplatte, ausgelegt sein, was den Kostenvorteil der großen Anzahl Zwischenplatten wieder etwas mindert. Die Gesamtstückzahl der zu montierenden Einzelteile kann bis zu ca. 50 Stck. betragen, wodurch anteilig an einem AF-Diffusor beachtliche Montagekosten entstehen. Die gewählte Bauart mit gestanzten Blech-Zwischentrennscheiben führt zu kantigen Übergängen vom Hauptfluidstrom zu den Teilströmen und innerhalb der Radialströmungsspalte zu einer geradlinigen Quell-Strömung was nur mit sehr großem, zusätzlichen Bearbeitungsaufwand an den Stanzblechscheiben geringfügig optimiert werden könnte. Die dennoch vielfältigen positiven Betriebserfahrungen mit den AF-Diffusoren der bisherigen Bauart hat zum Einsatz in den unterschiedlichsten Anlagen mit strömenden Fluiden, in oder aus Fluidspeichern, geführt und eine daraus folgend wesentlich breitere, vom Markt geforderte, Anwendung dieses Grundprinzips des AF-Diffusors zur Strömungsberuhigung, erfordert eine einfachere Möglichkeit der Anpassung der Diffusor-Abmessungen, sowie der geometrischen Formen speziell auf die Anlagenbedingungen abgestimmt, vor allem ist dies ganz besonders beim Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen gefordert, bei dann sehr unterschiedlichen Stückzahlen. Ein alternatives Herstellverfahren zur Reduzierung der Montagekosten ist das Spritzgießen eines einstückigen Diffusors der ansonsten gleichen Bauart des AF-Diffusors aus Kunststoffmaterial. Dies setzt jedoch hohe Erstinvestitionen voraus für das komplizierte Spritzgießwerkzeug und in der Folge hohe Stückzahlen, um diese Investitionen wieder zu amortisieren. Aus dem angeführten Datenblatt der AF-Diffusoren sind allein sieben unterschiedliche Typen für sieben Durchflussbereiche aufgeführt, wie sie aus dem Praxisbedarf entstanden sind und würden bei dem Herstellverfahren 'Spritzguss' einen unwirtschaftlichen Investitionsbedarf für die unterschiedlichen Spritzgießwerkzeuge fordern. Dabei wären die einmal gewählten Abmessungen und Formen nicht mehr variierbar und je nach Einbaufall hinderlich bei der Integration in einen bereits festgelegten Flüssigkeitsbehälter.A detailed and fundamental account of the problems and previously known solutions when replacing flowing to dormant fluids or dormant to flowing fluids, eg. B. very often in hydraulic systems, the outflow of hydraulic fluid from a return line into the hydraulic tank or the suction of hydraulic fluid of the hydraulic pump from the hydraulic tank is in the DE 10 2007 012 527 A1 described and therefore represents for this invention, the basic starting situation, the more frequent application is the delay of a fluid to calm the Einströmsituation in fluid container and thus in the following description is preferred, but in opposite flow direction 'acceleration' instead of 'delay' can be set. From the DE 10 2007 012 527 A1 For example, as an essential assembly in which the flow calming is achieved by the delay of the flowing fluid, the AF diffuser can be recognized. The basic principle of the AF diffuser is: The division of the axially flowing fluid flow, within the AF diffuser, into a plurality of radially outflowing partial fluid flows, each with radial deceleration of the partial fluid flows, so that the respective outflow velocities only a fraction of the original Inflow velocity amounts to the same total fluid flow in the sum. On the basis of traditionally possible manufacturing methods was chosen as the most economical version of a modular design, consisting of layered, round intermediate discs, with constant gap spacing, but different numbers but the same dimension, assembled via tie rods, one with strained input plate of the same diameter, the input side hydraulic Connection to the fluid line of a hydraulic system allows and opposite to a braced base plate, carrying a flow cone forms the conclusion of the AF diffuser. As further explained, in this type of construction, the number of cutting discs determines the nominal flow and thus the size of the special AF diffuser. In the classical possible manufacturing process, it was obvious to cost-effectively manufacture the large number of intermediate cut-offs as sheet steel stampings in large quantities which, however, means that the once selected basic dimensions of the outside and inside diameters determine the installation dimensions of the diffusers and are no longer changeable within the series , In addition, however, the connection of the input plate to the respective nominal flow rate of the individual AF diffuser and also the flow cone with the end plate must be designed, which again somewhat reduces the cost advantage of the large number of intermediate plates. The total number of parts to be assembled can be up to about 50 pcs. be, resulting in proportionate to an AF diffuser considerable installation costs. The selected design with stamped plate-intermediate discs leads to edged transitions from the main fluid flow to the partial flows and within the radial flow column to a straight-line flow source which could be slightly optimized only with very large, additional processing costs to the stamped sheet metal discs. The nevertheless diverse positive operating experience with the AF diffusers of the previous design has led to the use in a variety of systems with flowing fluids, in or out of fluid reservoirs, and consequently a much wider, demanded by the market, application of this basic principle of the AF diffuser for flow calming , Requires a simpler way of adjusting the diffuser dimensions, as well as the geometric shapes specifically tailored to the plant conditions, especially this is particularly required for use in mobile machinery, then in very different quantities. An alternative method of manufacturing to reduce assembly costs is by injection molding a one-piece diffuser of the otherwise same type of plastic diffuser AF diffuser. However, this requires high initial investment for the complicated injection mold and consequently high volumes in order to recoup these investments. From the cited data sheet of the AF diffusers alone seven different types for seven flow ranges are listed, as they have arisen from the practice and would require in the manufacturing process 'injection molding' uneconomic investment needs for the different injection molds. The once selected dimensions and shapes would not be variable and depending on the installation hindering the integration into an already established liquid container.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein innendurchströmtes Bauteil zur Strömungsberuhigung derart auszubilden, dass die Herstellung eines derartigen innendurchströmten Bauteils zur Strömungsberuhigung gegenüber dem bekannten AF-Diffusor, aber bei Beibehaltung dessen Grundprinzips, und im Unterschied zu den bisherigen Herstell- und Montagetechniken wesentlich flexibler und in frei wählbarer Skalierung der Außenform sowie der Abmessung sowie der Innenkontur, auch bei kleiner und mittlerer Stückzahl, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbar ist. Weiterhin soll das erfindungsgemäße Herstellverfahren eine weitere Optimierung der Strömungsführung innerhalb des Bauteils sowie der Ausströmung aus dem bzw. Einströmung in das innendurchströmte Bauteil zur Strömungsberuhigung beinhalten sowie den Einsatz alternativer Werkstoffe zur Gewichtsreduzierung ermöglichen und dabei ein Ressourcen schonendes Herstellverfahren anwenden.The invention has the object of providing an internally flow-through component for flow calming in such a way that the production of such an internally flow-through component for flow calming compared to the known AF diffuser, but while maintaining the same Basic principle, and in contrast to the previous manufacturing and assembly techniques much more flexible and freely selectable scaling of the outer shape and the dimension and the inner contour, even with small and medium quantities, can be produced with economically feasible effort. Furthermore, the manufacturing method according to the invention is intended to include further optimization of the flow guidance within the component as well as the outflow from or inflow into the internally flow-through component for flow calming, as well as the use of alternative materials for weight reduction while applying a resource-saving manufacturing method.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das innendurchströmte Bauteil zur Strömungsberuhigung durch Anwendung eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes, vorzugsweise einstückiges, individuell strömungsoptimiertes Bauteil ist. Mit den Oberbegriffen „generative Fertigungsverfahren” bzw. „additive Fertigungsverfahren” sind Verfahren des schichtweisen Aufbaus von Endprodukten, lediglich auf der Basis rechnerinterner Datenmodelle, aus formlosen (z. B. Pulver) oder formneutralen (z. B. band-, drahtförmig) Werkstoffen bezeichnet und stellen somit urformende Verfahren ohne spezielle Werkzeuge, z. B. Gussformen, dar. Maschinen zur Durchführung dieser Verfahren werden u. a. als 3D-Drucker bezeichnet mit denen Serien-Fertigteile unter dem Begriff des Rapid Manufacturing hergestellt werden. Diese Verfahren ermöglichen die Serienproduktion von einstückigen AF-Diffusoren in neuer Technologie (NT), also zukünftig mit der Bezeichnung als AF-Diffusor NT, ohne geometrische Einschränkungen und erlauben variable, individuelle Ausführungsformen genau auf die damit auszurüstende Anlage ausgelegt, funktionsoptimiert bezüglich Form, Abmessungen, Strömungsführung und Werkstoffen, allein die jeweiligen Software-Modelle müssen den betriebsspezifischen Anforderungen angepasst werden. Das erlaubt eine kostengünstige, individualisierte Serienfertigung, nahezu stückzahlunabhängig und ohne weitere Montagekosten.This object is achieved according to the invention in that the internally flow-through component for flow calming is produced by using a generative or additive manufacturing method, preferably one-piece, individually flow-optimized component. The generic terms "additive manufacturing processes" or "additive manufacturing processes" are processes of the layered construction of end products, based solely on computer-internal data models, of informal (eg powder) or shape-neutral (eg band, wire) materials referred and thus provide primitive processes without special tools, eg. As molds, dar. Machines for performing these methods are u. a. referred to as 3D printers with which series finished parts are manufactured under the term of rapid manufacturing. These methods enable the mass production of one-piece AF diffusers in new technology (NT), in the future referred to as AF diffuser NT, without geometric restrictions and allow variable, individual embodiments designed exactly to the system to be equipped, functionally optimized in terms of shape, dimensions , Flow guidance and materials, only the respective software models must be adapted to the company-specific requirements. This allows a cost-effective, individualized series production, almost independent of quantity and without further assembly costs.

In bevorzugter Gestaltung sind, bezogen auf eine axiale Einströmung, die inneren Strömungsübergänge von der axialen Einströmung zur radialen Ausströmung, entgegen der Strömungsrichtung durch bogenförmig ausgebildete Einlaufkanten mit kontinuierlich anwachsender Dicke, an den Innendurchmessern der Zwischentrennscheiben ausgeführt. Dadurch wird erreicht, dass die interne Fluidströmung ruhiger und turbulenzfreier erfolgen kann, diese und weitere Optimierungen sind Dank des generativen Herstellverfahrens problemlos herstellbar.In a preferred embodiment, based on an axial inflow, the inner flow transitions from the axial inflow to the radial outflow, counter to the flow direction by arcuately formed inlet edges with continuously increasing thickness, carried out on the inner diameters of the intermediate cutting discs. This ensures that the internal fluid flow can be quiet and turbulence-free, these and other optimizations can be easily produced thanks to the generative manufacturing process.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind, bezogen auf eine axiale Einströmung, die äußeren Strömungsübergänge an den Außenkonturen der Zwischentrennscheiben in Ausströmungsrichtung durch kontinuierlich sich ändernde Radien pro Zwischentrennscheibe bogenförmig ausgebildeter Auslaufkanten, mit oder ohne kontinuierliche Abnahme der Scheibendicke, wobei die minimalen Radien, bzw. max. Krümmung jeweils an den Enden des Bauteils zur Strömungsberuhigung entgegengesetzt so ausgerichtet sind, dass das ausströmende Fluid außerhalb des Bauteils zur Strömungsberuhigung einen erweiterten dreidimensionalen Strömungsraum mit der Wirkung einer zusätzlichen, sekundären Verzögerung innerhalb des Fluidbehälters ausbildet.In a further advantageous embodiment, based on an axial inflow, the outer flow transitions on the outer contours of the intermediate dividing discs in the outflow direction by continuously changing radii per intermediate cutting disc arcuately formed outlet edges, with or without continuous decrease in the thickness of the disc, wherein the minimum radii, or max , Curvature are oppositely aligned at the ends of the component for flow calming so that the outflowing fluid forms outside of the component for flow calming an extended three-dimensional flow space with the effect of an additional, secondary delay within the fluid container.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Innenströmungsbereich des Bauteils zur Strömungsberuhigung der, ausgehend von der Einströmseite mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit, im weiteren Strömungsverlauf entsprechend der abnehmenden Fluidmenge im Querschnittsverlauf abnehmend, durch fortlaufend kleinere Innendurchmesser der Zwischentrennscheiben, analog angepasst ist bzw. bei entgegengesetzter Strömungsrichtung zunehmend. Diese Gestaltung erlaubt alternaiv den Verzicht auf den im klassischen AF-Diffusor eingebauten Strömungskonus was zu einer weiteren Materialreduzierung und somit auch Gewichtseinsparung beiträgt.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the inner flow region of the component for flow calming, starting from the inflow side with the high flow velocity, decreasing in the further flow corresponding to the decreasing amount of fluid in the cross-sectional profile, adapted by continuously smaller inner diameter of the intermediate cutting discs, or increasingly in the opposite direction of flow. This design allows alternaively waiving the built-in classic AF diffuser flow cone which contributes to further material reduction and thus also weight savings.

In bevorzugter Ausführung sind die Zwischentrennscheiben untereinander mit radial, geradlinig oder bogenförmig in Strömungsrichtung verlaufenden Rippen verbunden, wobei vorzugsweise, drei oder mehr Rippen vorgesehen sind. Die Rippenanordnung verleiht den AF-Diffusoren NT eine hohe Stabilität und erlaubt eine zusätzliche Beeinflussung der Strömungsrichtung beim Aus- bzw. Einströmen der Fluidströme, wodurch eine weitere Anpassung an den Bedarfsfall eines speziellen Fluidaustausches ermöglicht ist.In a preferred embodiment, the intermediate cutting discs are interconnected with radially, rectilinearly or arcuately extending in the flow direction ribs, wherein preferably, three or more ribs are provided. The rib arrangement gives the AF diffusers NT a high stability and allows an additional influencing of the flow direction during the outflow or inflow of the fluid streams, whereby a further adaptation to the need of a special fluid exchange is possible.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Außenform des Bauteils zur Strömungsberuhigung, im Bereich der kleinen Strömungsgeschwindigkeiten also der Mantelfläche, auch von der Kreisform abweichend oval, elliptisch, ein Dreieck, ein Rechteck, ein Quadrat, ein Kreisausschnitt oder beliebiges Vieleck ist, bzw. eine beliebige, dem Einbaufall angepasste individuelle Kontur aufweist. Durch die Freiheit der Außenformgestaltung wird es möglich auch kleinere und dem Bedarfsfall individuell angepasste Fluidbehälter mit AF-Diffusoren NT und somit den bekannten Vorteilen der Strömungsberuhigung auszustatten.A further embodiment of the invention provides that the outer shape of the component for flow calming, in the region of the small flow velocities that is the lateral surface, also deviating from the circular shape oval, elliptical, a triangle, a rectangle, a square, a circle or any polygon, or any individual contour adapted to the installation contour. The freedom of the outer shape design makes it possible to equip even smaller and, if necessary, individually adapted fluid container with AF diffusers NT and thus the known advantages of flow calming.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die freien Abstände der Zwischentrennscheiben variabel, analog der zu- bzw. abnehmenden Fluidmenge ausgeführt. Auch diese Ausführungsform hat den Vorteil der Gewichtseinsparung.In a further advantageous embodiment, the free distances of the intermediate dividing discs are variable, carried out analogously to the increasing or decreasing amount of fluid. This embodiment also has the advantage of weight saving.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke der Anwendung eines generativen Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Bauteilen zur Strömungsberuhigung ermöglicht die Ausbildung von AF-Diffusoren NT mit wesentlich erweiterten, vorteilhaften Eigenschaften gegenüber den bewährten AF-Diffusoren konventioneller Technik. Generative Fertigungsverfahren erlauben enorme gestalterische Freiheiten, nahezu ohne konstruktive bzw. fertigungstechnische Einschränkungen, so dass eine wirkliche Strömungsoptimierung in der Hauptsache nach den Erfordernissen der Strömungslehre bei der Gestaltung optimal ermöglicht ist und ansonsten fertigungsbedingte Kompromisse nicht mehr notwendig sind. Dadurch sind weitere Verbesserungen im Strömungsverhalten und damit ein noch besserer, ruhigerer Fluidaustausch durch AF-Diffusoren NT möglich mit dem großen Vorteil der individuellen Fertigung für den individuellen Bedarfsfall. Die Möglichkeit der generativen Verfahren, beliebige dreidimensionale Geometrien herstellen zu können ergibt große Vorteile gegenüber konventionellen mechanischen Verfahren wie Gießen oder Zerspanen da einstückige Bauteile ohne deren bekannten Einschränkungen wirtschaftlich und in Serien unterschiedlicher Stückzahlen herstellbar sind. Ebenso unterliegt die Wahl des Werkstoffes nahezu keinen Einschränkungen und kann entsprechend dem Bedarfsfall gewählt werden, das können Kunststoffmaterialien, metallische oder keramische Werkstoffe sein. Für alle Varianten ist lediglich das spezielle rechnerinterne Datenmodell, z. B. gewonnen aus den 3D-Daten einer am Elektronenrechner erstellten 3D-Konstruktion eines AF-Diffusors NT, erforderlich das für Varianten einfach und somit kostengünstig, bei geringer 'Lieferzeit', variiert werden kann. The idea underlying the invention of the application of a generative manufacturing process for the production of components for flow calming allows the formation of AF diffusers NT with significantly extended, advantageous properties compared to the proven AF diffusers conventional technology. Generative manufacturing methods allow enormous creative freedom, with virtually no design or manufacturing constraints, so that a real flow optimization is made possible in the main according to the requirements of fluid dynamics in the design and otherwise manufacturing-related compromises are no longer necessary. As a result, further improvements in the flow behavior and thus an even better, smoother fluid exchange by AF diffusers NT are possible with the great advantage of individual production for individual requirements. The ability of the generative method to produce any three-dimensional geometries results in great advantages over conventional mechanical methods such as casting or machining because one-piece components can be produced economically and in series of different quantities without their known limitations. Likewise, the choice of material is almost unlimited and can be selected according to the needs, which may be plastic materials, metallic or ceramic materials. For all variants, only the special computer-internal data model, z. B. obtained from the 3D data created on the electronic computer 3D construction of an AF diffuser NT, which is easy for variants and thus cost, with low 'delivery time', can be varied.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those listed further in accordance with the invention can each be used individually for themselves or for several in any desired combinations. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

Es zeigen:Show it:

1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung als einstückiger AF-Diffusor NT 1 A first embodiment of the invention as a one-piece AF diffuser NT

2 Zweites Ausführungsbeispiel mit innerer Strömungsoptimierung 2 Second embodiment with internal flow optimization

3 Ausführungsbeispiel mit zusätzlicher Sekundärverzögerung 3 Embodiment with additional secondary delay

4 AF-Diffusor NT ohne Strömungskonus 4 AF diffuser NT without flow cone

5 Varianten der Rippenführung 5 Variants of the rib guide

6 Von der Kreisform abweichende Außenform 6 From the circular shape deviating outer shape

Die 1 zeigt in einer 3D-Teilschnittdarstellung die bekannte Grundform eines AF-Diffusors, jedoch bereits in einer einstückigen Ausführung wie sie mittels eines generativen Herstellverfahrens sich als ein AF-Diffusor NT darstellt. Anhand dieses Modells kann die grundsätzliche Wirkungsweise der AF-Diffusoren nochmals beschrieben und im Text verwendete Begriffe definiert werden. Sämtliche Darstellungen und Beschreibungen gehen davon aus, dass das Bauteil zur Strömungsberuhigung in ein umgebendes Fluid eines Flüssigkeitsbehälters eintaucht, was, zur Vereinfachung, zeichnerisch nicht dargestellt ist. In Sonderfällen kann der Diffusor aber auch nur teilweise eintauchen, was nur ergänzend erwähnt wird. Wird das Bauteil zur Strömungsberuhigung 1 als Diffusor eingesetzt so ist z. B. die Rücklaufleitung einer Hydraulikanlage in der Form eines Rohres 11 in den Diffusor 1 eingeschraubt und das rückströmende Hydraulik-Fluid aus der Hydraulikanlage strömt axial mit der Strömungsrichtung Y, in diesem Fall als Einströmseite des Diffusors definiert, in den Diffusor 1 ein. Die Strömungsgeschwindigkeit v_y ergibt sich bekanntermaßen aus dem Quotienten aus Fluidstrom zum freien Rohrquerschnitt. Die mech. Verbindung zwischen Diffusor 1 und Rücklaufleitung 11 ist hier beispielhaft als Gewindeverbindung dargestellt kann aber mittels aller bekannten Verbindungsarten wie z. B. Flansch-Klemm- oder Spezialkupplungen montiert sein oder unlösbar. Im weiteren Strömungsverlauf trifft das Hydraulikfluid auf einen axial angeordneten Strömungskonus 12 der sich bis zu einer Bodenplatte 13 erstreckt. Quer dazu sind Zwischentrennscheiben 14 angeordnet die über Längsrippen 15 so verbunden sind, dass sich dadurch eine dem entsprechende Anzahl +1 von Radialströmungsspalte 16 ergeben. In diesem Beispielsfall entspricht der Innendurchmesser der Zwischentrennscheiben 14 vorteilhafterweise in etwa dem Innendurchmesser des Rohres 11 und sind über die Diffusorhöhe konstant. Der freie axiale Strömungsquerschnitt innerhalb des Diffusors 1 ist der Ringquerschnitt, gebildet aus dem Außendurchmesser des Strömungskonus 12 und dem Innendurchmesser der Zwischentrennscheiben 14 und ist entsprechend dem Konusverlauf des Strömungskonus 12 kontinuierlich abnehmend. Das axial einströmende Fluid wird durch die geschilderte Anordnung in die Radialströmungsspalte 16 in die Strömungsrichtung X umgelenkt und in eine entsprechende Vielzahl von radial nach außen strömende Teilströme aufgeteilt und entsprechend dem größeren Außendurchmesser der Zwischentrennscheiben 14 zusätzlich radial verzögert, um dann mit einer wesentlich kleineren Ausströmgeschwindigkeit v_x in das umgebende Fluid des Fluidbehälters auszuströmen. Die Summe X aller Teilströme ist als Fluidstrom gleich dem Eingangsfluidstrom Y. Idealerweise sind die Abmessungen des Diffusors 1 genau auf die Fluidmenge und die Abmessungen der Rücklaufleitung 11 sowie der Größe und Gestaltung des Fluidbehälters, sowie auf die hydraulischen Kennwerte des Fluids abgestimmt, was zu einer unendlichen Anzahl individuell optimierter Diffusoren 1 führt, diese Vielfalt ist mit den konventionellen Herstellverfahren wirtschaftlich und technisch nicht realisierbar. Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht dieses jedoch, ohne die bisherigen Einschränkungen, so dass es somit möglich wird jede individuelle Anlage mit optimalem Fluidaustausch innerhalb der speziell zugeordneten Fluidvorratsbehälter zu betreiben.The 1 shows in a 3D partial sectional view of the known basic form of an AF diffuser, but already in a one-piece design as it represents by means of a generative manufacturing process as an AF diffuser NT. Based on this model, the basic mode of action of the AF diffusers can be described again and terms used in the text can be defined. All illustrations and descriptions assume that the component for flow calming immersed in a surrounding fluid of a liquid container, which, for simplicity, is not shown in the drawing. In special cases, the diffuser can also only partially submerge, which is only mentioned in addition. If the component for flow calming 1 used as a diffuser so z. B. the return line of a hydraulic system in the form of a pipe 11 in the diffuser 1 screwed and the return hydraulic fluid from the hydraulic system flows axially with the flow direction Y, defined in this case as the inflow side of the diffuser, in the diffuser 1 one. The flow velocity v _y is known to result from the quotient of fluid flow to the free pipe cross section. The mech. Connection between diffuser 1 and return line 11 is shown here by way of example as a threaded connection but by means of all known types of connection such. B. flange clamp or special couplings mounted or insoluble. In the further course of the flow, the hydraulic fluid impinges on an axially arranged flow cone 12 up to a base plate 13 extends. Transverse to this are intermediate cutting discs 14 arranged over the longitudinal ribs 15 are connected so that thereby a the corresponding number +1 of radial flow column 16 result. In this example, the inner diameter of the intermediate cutting discs 14 advantageously approximately the inner diameter of the tube 11 and are constant over the diffuser height. The free axial flow cross section within the diffuser 1 is the ring cross-section, formed from the outer diameter of the flow cone 12 and the inner diameter of the intermediate cutting discs 14 and is according to the cone shape of the flow cone 12 continuously decreasing. The axially flowing fluid is through the described arrangement in the radial flow column 16 deflected in the flow direction X and divided into a corresponding plurality of radially outwardly flowing part streams and corresponding to the larger outer diameter of the intermediate cutting discs 14 additionally radially decelerated, in order then to flow out into the surrounding fluid of the fluid container at a substantially lower outflow velocity v _x . The sum X of all partial flows is as Fluid flow equal to the inlet fluid flow Y. Ideally, the dimensions of the diffuser 1 exactly on the fluid quantity and the dimensions of the return line 11 and the size and design of the fluid container, as well as matched to the hydraulic characteristics of the fluid, resulting in an infinite number of individually optimized diffusers 1 This diversity is economically and technically not feasible with the conventional production methods. The proposed invention allows this, however, without the previous limitations, so that it is thus possible to operate each individual plant with optimal fluid exchange within the specially assigned fluid reservoir.

In 2 ist eine strömungstechnisch weiter optimierte Version 2 dargestellt und zwar sind, bei ansonsten gleicher Grundanordnung nach 1, wie in 2a in einem vergrößerten Ausschnitt gezeigt, die umlaufenden Einströmkanten 21 der Zwischentrennscheiben 24 mit einer auf die Einströmung Y ausgerichteten Einlaufkrümmung 22 ausgeführt was zu einem ruhigeren Richtungswechsel der Hauptströmungsrichtung Y zu den in X-Richtung strömenden Teilströmen führt.In 2 is a fluidically optimized version 2 are shown and that, with otherwise the same basic arrangement according to 1 , as in 2a shown in an enlarged section, the circumferential inflow edges 21 the intermediate cutting discs 24 with an inlet curvature directed to the inflow Y 22 executed which leads to a quieter change of direction of the main flow direction Y to the flowing in the X direction substreams.

Die, in 3 vorgeschlagene Version 3 zeigt eine erweiterte Gestaltung der Zwischentrennscheiben 34 an deren Außendurchmessern, wodurch sich im Ergebnis außerhalb des Diffusors 3 ein Strömungsraum 39 mit zusätzlicher Sekundärverzögerung des Gesamtfluidstroms nach dem Austritt aus den Radialströmungsspalten 36, und somit eine verbesserte Vermengung mit dem verdrängten Fluid innerhalb des Fluidbehälters ergibt. Die Zwischentrennscheiben 34 sind über die Höhe der Baugruppe 3 mit kontinuierlich veränderten Radien 31 der umlaufenden Wölbungen 32 ausgeführt wobei die Wölbungen von der Mitte der Baugruppe zur Strömungsberuhigung ausgehend -Ausschnittvergrößerung 3b mit der mittleren Zwischentrennscheibe noch ohne äußere Wölbung- entgegengesetzt gewölbt sind und mit zunehmender Entfernung von der Mitte eine immer stärkere Wölbung haben um am jeweiligen Ende der Baugruppe, Ausschnittvergrößerungen 3a bzw. 3c mit dem kleinsten Radius 31 bzw. 37 und der stärksten Wölbung 32 bzw. 38, und dabei entgegengesetzt ausgeführt zu sein. Den einzelnen Fluidteilströmen mit v_x wird dadurch eine Strahlaufweitung des jeweils austretenden ringförmigen Freistrahls ermöglicht, so dass der dadurch insgesamt ausgeweitete Strömungsraum 39 die wirksame Ausströmfläche gegenüber der geometrischen freien Ausströmfäche am Diffusor 3 vergrößert und innerhalb des Fluidbehälters den Gesamtfluidstrom zusätzlich verzögert.In the 3 proposed version 3 shows an extended design of the intermediate cutting discs 34 on the outer diameters, which results in the outside of the diffuser 3 a flow space 39 with additional secondary delay of the total fluid flow after exiting the radial flow gaps 36 , and thus provides improved blending with the displaced fluid within the fluid container. The intermediate cutting discs 34 are about the height of the assembly 3 with continuously changing radii 31 the encircling vaults 32 performed with the bulges from the center of the assembly for flow calming starting -Ausschnittvergrößerung 3b with the middle intermediate disc still without outer curvature are arched opposite and with increasing distance from the center have an ever stronger curvature around the respective end of the assembly, cutouts 3a respectively. 3c with the smallest radius 31 respectively. 37 and the strongest vault 32 respectively. 38 , and to be executed opposite. The individual fluid partial flows with v _x are thereby made possible a beam expansion of the respectively exiting annular free jet, so that the total expanded flow space thereby 39 the effective outflow surface with respect to the geometric free Ausströmfäche the diffuser 3 increases and additionally delays the total fluid flow within the fluid container.

Die in 4 vorgeschlagene Version 4 entspricht in ihrer grundsätzlichen Funktion der Version 1, jedoch ohne den Strömungskonus 12. Die Zwischentrennscheiben 44 sind mit abnehmenden Innendurchmessern ausgeführt und zwar auf den um die radialen Teilströme abnehmenden axialen Fluidstrom Y angepasst, so dass die Eingangsgeschwindigkeit v_y in gleicher Weise auf viele Teilströme mit den wesentlich reduzierten Ausströmgeschwindigkeiten v_x reduziert werden. Alle anderen vorgeschlagenen Merkmale der Strömungsführung in den Zwischentrennscheiben 24, 34 sind auch bei den Zwischentrennscheiben 44 der Version 4 realisierbar. Je nach Baugröße oder Einsatzfall kann die Ausführung ohne Strömungskonus 12 den Materialeinsatz reduzieren.In the 4 proposed version 4 corresponds in its basic function of the version 1 but without the flow cone 12 , The intermediate cutting discs 44 are designed with decreasing inner diameters and indeed adapted to the axial fluid flow Y decreasing around the radial partial flows, so that the input speed v _{y are} reduced in the same way to many partial flows with the substantially reduced outflow velocities v _x . All other proposed features of the flow guide in the intermediate cutting discs 24 . 34 are also at the intermediate cutting discs 44 the version 4 realizable. Depending on the size or application, the version without flow cone 12 reduce the material usage.

5 zeigt, dass eine Beeinflussung der Ausströmung X um die Längsachse der Baugruppe zur Strömungsberuhigung in einer Version 5 entweder durch sternförmiggeradlinige, vorzugsweise der Normalfall, oder bogenförmig ausgeführte Längsrippen 55 erreicht werden kann. Während durch die sternförmig-geradlinige Anordnung eine Quellströmung der Teilströme v_x erzeugt wird, werden durch die Bogenform der Längsrippen 55 die Teilströme v_x in eine Rotation versetzt was z. B. zu einem verbesserten Wärmeübergang an einer nahgelegenen Tankwand führt. 5 shows that influencing the outflow X about the longitudinal axis of the assembly for flow calming in one version 5 either by sternförmiggeradlinige, preferably the normal case, or arcuate longitudinal ribs 55 can be achieved. While a source flow of the partial streams v _{x is} generated by the star-shaped arrangement in a straight line, the shape of the longitudinal ribs is determined by the arc shape 55 the partial streams v _{x placed} in a rotation which z. B. leads to improved heat transfer to a nearby tank wall.

Beispielhaft zeigen die 6a und 6b Abweichungen von der Kreisform der Zwischentrennscheiben, um das Bauteil zur Strömungsberuhigung den speziellen Einbausituationen anzupassen. Ob Rechteck oder quadratisch, Version 6a, oder Kreisausschnitt, Version 6b, das Grundprinzip und alle geschilderten Merkmale sind auch bei diesen oder ähnlichen Versionen realisierbar und erlauben, dank des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens für das Bauteil zur Strömungsberuhigung eine Individualisierung und dadurch eine noch bessere Integration in die damit vorteilhaft auszurüstenden Anlagen. Die Vorteile der Erfindung des optimierten und individualisierten Bauteils zur Strömungsberuhigung in neuer Technologie, aufgrund der Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, zur beruhigten Strömungseinleitung in Flüssigkeitsbehälter ist vorstehend hauptsächlich als Anwendung für Rücklaufleitungen bei Hydraulikanlagen beispielhaft beschrieben. Die Erfindung ist aber auch in umgekehrter Strömungsrichtung vorteilhaft anwendbar, z. B. bei Saugleitungen, da die Eintrittsverluste durch den großen Saugquerschnitt minimiert werden und die umgekehrte Strömungsrichtung in den AF-Diffusoren NT, od. Diffusor allgemein, zu einer kontinuierlichen und damit verlustarmen Beschleunigung der Flüssigkeitsströmung führt. Die beruhigte Strömung im Bereich der Ansaugung verhindert Ansaugung von Schmutz in die Saugleitung und damit in die Gesamtanlage.By way of example, the show 6a and 6b Deviations from the circular shape of the intermediate cutting discs, in order to adapt the component for flow calming to the special installation situations. Whether rectangle or square, version 6a , or circle cutout, version 6b , The basic principle and all the features described are also feasible in these or similar versions and allow, thanks to the manufacturing method according to the invention for the component for flow calming a customization and thus an even better integration into the thus advantageously equipped plants. The advantages of the invention of the optimized and individualized component for flow calming in new technology, due to the possibilities of the manufacturing method according to the invention, for calm flow introduction into liquid container has been described above mainly as an application for return lines in hydraulic systems by way of example. However, the invention is also advantageously applicable in the reverse flow direction, z. B. in suction lines, since the entry losses are minimized by the large suction cross-section and the reverse flow direction in the AF diffusers NT, od. Diffuser generally, leads to a continuous and thus low-loss acceleration of the liquid flow. The calm flow in the area of the intake prevents the suction of dirt into the suction line and thus into the entire system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007012527 A1 [0002, 0002]

Claims

Innendurchströmtes component for reducing or accelerating the flow velocity of a fluid, within the internal component, so that at the outlet or entry of the internal component within a fluid container, the smaller of the component or the outflowing fluid flow velocities causes the fluid exchange, as well as on it aligned method for producing such an internally flow-through component, characterized in that the internally flow-through component for flow calming ( 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) is produced by application of a generative or additive manufacturing method, preferably one-piece, individually flow-optimized component.

Innendurchströmtes component according to claim 1, characterized in that, relative to an axial inflow (Y), the inner flow transitions from the axial inflow (Y) to the radial outflow (X), against the flow direction by arcuate ( 22 ) trained inlet edges ( 21 ) with continuously increasing thickness, on the inside diameters of the intermediate cutting discs ( 24 ) are executed.

Innendurchströmtes component according to claim 1 or 2, characterized in that, based on an axial inflow (Y), the outer flow transitions at the outer contours of the intermediate cutting discs ( 34 ) in the outflow direction (X) by continuously changing radii ( 31 . 37 ) per intermediate cutting disc ( 34 ) arcuate ( 32 . 38 ) formed exit edges, with or without continuous decrease in the thickness of the disc, the minimum radii, or max. Curvature at each end of the component for flow calming ( 3 ) are oppositely oriented so that the outflowing fluid outside the component for flow calming ( 3 ) an extended three-dimensional flow space ( 39 ) with the effect of an additional, secondary delay within the fluid container.

Innendurchströmtes component according to one of the preceding claims, characterized in that, the inner flow region of the component for flow calming ( 4 ), starting from the inflow side (Y) with the high flow velocity (v _y ), decreasing in the further flow course corresponding to the decreasing amount of fluid in the cross-sectional profile, by continuously smaller inner diameter of the intermediate cutting discs ( 44 ), is analogously adapted or increasingly in the opposite direction of flow (X → Y).

Internal flow component according to one of the preceding claims, characterized in that, the intermediate cutting discs ( 54 ) with each other with radially, rectilinearly or arcuately in the flow direction extending ribs ( 55 ), wherein preferably, three or more ribs are provided.

Innendurchströmtes component according to one of the preceding claims, characterized in that, the outer shape of the component for flow calming ( 6a . 6b ), in the range of the small flow velocities (v _x ) that is the lateral surface, also deviating from the circular form oval, elliptical, a triangle, a rectangle, a square ( 6a ), a circular section ( 6b ) or any polygon, or any individual shape adapted to the installation contour.

Internal flow component according to one of the preceding claims, characterized in that, the distances of the intermediate cutting discs ( 14 . 24 . 34 . 44 . 54 . 64 ) and thus the radial flow column formed therefrom ( 16 . 36 ) are variable.