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Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung, insbesondere zum Dämpfen oder Vermeiden von Druckstößen, wie Pulsationen, in fluidischen Versorgungskreisläufen, vorzugsweise in Form eines Silencers, mit einem Dämpfungsgehäuse und einem im Dämpfungsgehäuse verlaufenden Dämpfungsrohr, das einen Einlass und einen Auslass für den zu dämpfenden Fluidstrom aufweist und mit mindestens einer Abzweigöffnung, die eine fluidführende Verbindung zwischen dem Innern des Dämpfungsrohres und einem zwischen dem Dämpfungsrohr und dem Dämpfungsgehäuse eingeschlossenen Dämpfungsvolumen herstellt.
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Durch
DE 10 2015 000 418 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung bekannt, mit einem einen Dämpfungsraum umgebenden Dämpfungsgehäuse, das mindestens einen Fluideinlass und einen Fluidauslass sowie ein im Strömungsweg zwischen diesen befindliches Dämpfungsrohr aufweist, das zur Bildung eines Helmholtzresonators in einem innerhalb seiner Länge gelegenen Bereich mindestens eine die Rohrwand durchgreifende, zu einem Helmholtzvolumen innerhalb des Dämpfungsgehäuses führende Abzweigöffnung aufweist, wobei im zwischen Fluidein- und Fluidauslass verlaufenden Strömungsweg innerhalb des Dämpfungsgehäuses ein Fluidfilter angeordnet ist. Die Integration des Fluidfilters in das Dämpfungsgehäuse ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit durch den Wegfall einer ansonsten notwendigen verbindenden Verrohrung zwischen einem Filter und einem Dämpfer.
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Durch
DE 10 2009 021 683 A1 ist ein Flüssigkeitsschalldämpfer bekannt, mit einem Dämpfergehäuse mit einer eine Gehäuselängsachse definierenden Hauptabmessung und einem sich in Richtung der Gehäuselängsachse zwischen einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung in dem Dämpfergehäuse sich erstreckenden Dämpfungsrohr mit zumindest einer radialen Öffnung, wobei der Flüssigkeitsschalldämpfer eine Einrichtung zur Veränderung der Position und/oder der Größe der Öffnung in dem Dämpfungsrohr aufweist. Dergestalt besteht die Möglichkeit die Dämpfung des Flüssigkeitsschalldämpfers während des Betriebes des Druckfluidsystems adaptiv zu optimieren.
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Durch
DE 10 2018 003 848 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung bekannt, vorzugsweise in Form eines Silencers, mit einem einen Dämpfungsraum umgebenden Dämpfungsgehäuse, das mindestens einen Fluideinlass und mindestens einen Fluidauslass sowie einen zwischen Fluidein- und Fluidauslass sich erstreckenden Fluidaufnahmeraum aufweist, wobei im Betrieb der Vorrichtung ein Fluidstrom vom Fluideinlass kommend den Dämpfungsraum zum Fluidauslass hin durchquert und wobei sich ein Wandteil des Fluidaufnahmeraums als Leitelement in mindestens einer Ausdehnungsrichtung quer zur Richtung des Fluidstroms erstreckt. Dergestalt sind im Dämpfungsraum bevorzugt mehrere vom Fluidstrom anströmbare und dessen Strömungsgeschwindigkeit bereichsweise verändernde Leitelemente vorgesehen, was die Dämpfungseffizienz der Dämpfungsvorrichtung erhöht. Aufgrund der dahingehenden Ausgestaltung der Dämpfungsvorrichtung kann mit Vorteil zumindest das Dämpfungsgehäuse mit den Leitelementen einstückig ausgebildet in einem 3D-Druckverfahren additiv hergestellt werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Dämpfungsvorrichtung mit demgegenüber verbesserten Dämpfungseigenschaften zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die jeweilige Abzweigöffnung ein rohrförmiges Anschlussteil vorgebbarer Länge und mit vorgebbarem Durchmesser aufweist, das in das Dämpfungsvolumen ausmündet, sind einzelne Rohrstücke geschaffen, die als an sich schwingungsfähige Körper das durch sie hindurchtretende Fluid entsprechend dämpfen. Vorzugsweise steht dabei die Längsachse eines jeden rohrförmigen Anschlussteils senkrecht auf der Längsachse des Dämpfungsrohres, deren Ausrichtung die Hauptströmungsrichtung für das das Dämpfungsrohr durchquerende Fluid vorgibt.
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Insbesondere geht dabei die jeweilige Abzweigöffnung im Dämpfungsrohr nahtlos in den Innenraum des rohrförmigen Anschlussteiles über und die Geometrie der Abzweigöffnung wird im sich anschließenden Anschlussteil fortgesetzt. Vorzugsweise geht dabei das jeweilige rohrförmige Anschlussteil einstückig und nahtfrei in das Dämpfungsrohr im Bereich der zugeordneten Abzweigöffnung über und alle Bauteile der Dämpfungsvorrichtung in Form des Dämpfungsgehäuses, des Dämpfungsrohres sowie der Abzweigöffnungen nebst zugeordneter rohrförmiger Anschlussteile sind in einem Bauteil integriert. Die genannten Baukomponenten lassen sich demgemäß in Abhängigkeit von den tatsächlichen Verhältnissen rasch in einfacher Weise an diese anpassen, was Herstellkosten sparen hilft.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist vorgesehen, dass mehrere Abzweigöffnungen mit ihren jeweils zugeordneten rohrförmigen Anschlussteilen das Dämpfungsrohr durchgreifen und dass jeder zu dämpfenden Einzelfrequenz des Fluidstroms ein speziell ausgestaltetes Anschlussteil zugeordnet ist. Dergestalt lässt sich über den Durchmesser und die Länge des jeweiligen rohrförmigen Anschlussteils die zu dämpfende Frequenz einstellen, so dass dergestalt eine Art Multi-Helmholtz-Resonator entsteht. Zum Dämpfen eines Frequenzbereiches ist jedoch eine Reihe nebeneinander angeordneter Anschlussteile gleicher oder verschiedener Art von Vorteil. Eine Öffnung im Dämpfungsrohr dämpft also eine Frequenz, und mehrere Öffnungen mit unterschiedlichem Querschnitt einen Frequenzbereich.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zumindest ein Teil der eingesetzten Anschlussteile geometrisch voneinander verschieden sind, vorzugsweise dass alle Anschlussteile voneinander verschieden sind. Sofern alle Anschlussteile von ihrer Geometrie her unterschiedlich ausgestaltet sind, lässt sich in einem sehr weiten Frequenzspektrum der auftretenden Schwingungen des Fluidstroms im Dämpfungsrohr eine effiziente Dämpfung erreichen. Dabei können grundsätzlich innerhalb der Dämpfungsvorrichtung mehrere Anschlussteile, insbesondere für hohe und tiefe Frequenzen vorgesehen sein, die unter Umständen für einen speziellen Anwendungsfall gar nicht benötigt werden; sehr wohl aber bei einer anderen Anwendung, wobei dann durchaus auch der Fall gegeben sein kann, dass die rohrförmigen Anschlussteile, die für mittlere Frequenzbereiche vorgesehen sind, dann nicht benötigt werden.
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Demgemäß sind die Anschlussteile mit kleinem Innendurchmesser und gro-ßer Länge besser für tiefe Frequenzen des Fluidstroms zur Dämpfung geeignet als Anschlussteile mit großem Innendurchmesser und kurzer Baulänge, die für die Dämpfung hoher Frequenzen bevorzugt zuständig sind.
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Zur Verbesserung der Dämpfungswirkung bei Auftreten starker Druckpulsationen im Fluidstrom kann bevorzugt vorgesehen sein, die Wandstärke des Dämpfungsgehäuses gegenüber der Wandstärke des Dämpfungsrohres zu verstärken.
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Sofern mehrere Anschlussteile verschiedener Ausgestaltungen in einer Reihe entlang des Dämpfungsrohres unter Beibehalten diskreter Abstände voneinander angeordnet sind, die vorzugsweise gleich sind und auf gegenüberliegenden Seiten des Dämpfungsrohres neben der einen Reihe eine weitere Reihe mit Anschlussteilen vorhanden ist, lässt sich bei geringem Eigenschwingungsverhalten des Dämpfungsrohres in hohem Maße eine verlässliche Dämpfung im Rahmen eines sehr weit gezogenen Frequenzspektrums für das Fluid erreichen. Dabei hat es sich im Hinblick auf das angestrebte Schwingungsverhalten als günstig erwiesen die Anzahl der Anschlussteile einer Reihe von der Anzahl der Anschlussteile der weiteren Reihe verschieden zu gestalten.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Dämpfungsgehäuse und das Dämpfungsrohr mit seinen Anschlussteilen einstückig mittels eines additiven Herstellverfahrens hergestellt ist, was es ermöglicht die Baugröße der Dämpfungsvorrichtung bei geringen Herstellkosten an eine Vielzahl von Anwendungsfällen anzupassen, ohne von der grundsätzliche Konstruktion der Dämpfungsvorrichtung abweichen zu müssen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das vom Dämpfungsgehäuse und dem Dämpfungsrohr begrenzte Dämpfungsvolumen toroidal konzipiert ist mit einer größeren Längserstreckung parallel zur möglichen Fluidströmungsrichtung gesehen als quer dazu. Insbesondere im Bereich der Umlenkstellen im Dämpfungsgehäuse, also im Bereich des Ein- und Austritts des Dämpfungsrohres, kommt es zu einer vergleichmäßigten Strömungsführung des in den Dämpfungsraum über die rohrförmigen Anschlussteile eingebrachten Fluids, was die Gesamt-Dämpfungsleistung für die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung erhöht.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die
- 1 die Dämpfungsvorrichtung als Ganzes in verkleinertem Maßstab und in perspektivischer Ansicht; und
- 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Dämpfungsvorrichtung nach der 1.
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1 zeigt die Dämpfungsvorrichtung als Ganzes im gegenüber der 2 verkleinertem Maßstab und in perspektivischer Außenansicht. Das zylindrische Dämpfungsgehäuse 10 ist nach außen hin mit einer glatten Außenwand 12 gebildet und symmetrisch aufgebaut. Zu den freien Stirnseiten des Dämpfungsgehäuses 10 hin läuft die Außenwand 12 bogenförmig gerundet in eine stirnseitige Abschlusswand 14 aus, die von einer zentralen Mittenöffnung 16 durchgriffen ist mit einem aufgenommenen Innengewindeteil 18, das dem Anschließen einer nicht näher dargestellten Verrohrung dient, die als Teil eines fluidischen Versorgungskreislauf einen zu glättenden oder zu dämpfenden Fluidstrom zuführt, der insoweit von Druckstößen , wie Pulsationen, befreit wieder aus dem Dämpfungsgehäuse 10 gegenüberliegend herausgeführt wird. Dabei soll in Blickrichtung auf die Figuren gesehen, die rechte Mittenöffnung 16 den Fluideinlass 20 für den Fluidstrom bilden und die insoweit gleich ausgebildete Mittenöffnung 16 auf der linken Seite als Fluidauslass 22 dienen, über den der Fluidstrom aus dem Dämpfungsgehäuse 10 wieder herausgeführt wird. Im Hinblick auf den achssymmetrischen Aufbau der Dämpfungsvorrichtung als Ganzes, besteht aber auch die Möglichkeit die Durchströmungsrichtung umzukehren, so dass Fluid über den Auslass 22 zuströmt und über den Einlass 20 aus dem Dämpfungsgehäuse 10 ausströmt.
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Wie insbesondere die 2 im Längsschnitt zeigt, weist das Dämpfungsgehäuse 10 einen mittleren zylindrischen Wandabschnitt 24 mit gleichbleibender Wandstärke auf und dieser Wandabschnitt 24 geht endseitig in Richtung der jeweiligen stirnseitigen Abschlusswand 14 in eine Art Deckelteil 26 mit demgegenüber vergrößerter Wandstärke über. In dem Dämpfungsgehäuse 10 als Ganzes verläuft ein zylindrisches Dämpfungsrohr 28, das endseitig in jeweils ein zugeordnetes Deckelteil 26 übergeht und an den freien Stirnseiten mündet das Dämpfungsrohr 28 in das jeweilige Innengewindeteil 18 aus, das insoweit im jeweiligen Deckelteil 26 aufgenommen ist. Das Dämpfungsrohr 28 weist in seinem mittigen Aufnahmebereich jedenfalls eine Wandstärke auf, die etwas stärker gewählt ist als die Wandstärke entlang des zylindrischen Wandabschnittes 24 des Dämpfungsgehäuses 10. Insoweit ist das Dämpfungsrohr 28 auch an den Einlass 20 sowie an den Auslass 22 des Dämpfungsgehäuses 10 angeschlossen. Wie sich weiter aus der 2 ergibt, sind in dem Dämpfungsrohr 28 einzelne durchgehende Abzweigöffnungen 30 eingebracht mit vorgebbarem Innendurchmesser. An die jeweilige Abzweigöffnung 30 schließen sich, vorzugsweise einstückig mit dem Dämpfungsrohr 28 verbunden, einzelne rohrförmige Anschlussteile 32 an, deren axiale Baulänge vorgebbar ist, deren Innendurchmesser aber dem Innendurchmesser der jeweiligen Abzweigöffnung 30 angeglichen ist.
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Wie sich des Weiteren aus der 2 ergibt, stehen die einzelnen Längsachsen 34 von Abzweigöffnung 30 nebst zugeordnetem Anschlussteil 32 senkrecht auf der Mittenachse 36 des Dämpfungsrohres 28, entlang der der zu dämpfende Fluidstrom vonseiten des Einlasses 20 in Richtung des Auslasses 22 gelangt. Insoweit kommt es zu einer scharfen rechtwinkligen Umlenkung des Fluidstroms ausgehend vom Dämpfungsrohr 28 in Richtung des jeweiligen Ausganges eines rohrförmigen Anschlussteiles 32 zu einem Dämpfungsvolumen 38, das sich zwischen dem Dämpfungsrohr 28 und dem innenumfangsseitigen Dämpfungsgehäuse 10 befindet. Insoweit bildet also jedes Anschlussteil 32 eine fluidführende Röhren-Verbindung zwischen dem Inneren des Dämpfungsrohres 28 und dem insoweit bezeichneten Dämpfungsvolumen 28 aus, in das Fluid vonseiten des Dämpfungsrohres 28 im Betrieb der Dämpfungsvorrichtung entsprechend nachströmt.
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Insoweit durchgreifen also mehrere Abzweigöffnungen 30 mit ihren jeweils zugeordneten rohrförmigen Anschlussteilen 32 das Dämpfungsrohr 28 und jedem zu dämpfenden Frequenzbereich oder jeder Einzelfrequenz des Fluidstroms ist ein speziell ausgestaltetes Anschlussteil 32 zugeordnet, das insoweit unterschiedlich lang ausgebildet ist und zusammen mit der zugeordneten Abzweigöffnung 30 einen diskreten Durchmesser für die Fluidabzweigung aus dem Haupt-Fluidstrom im Dämpfungsrohr 28 begrenzt. Bevorzugt ist dabei gemäß der Darstellung nach der 2 vorgesehen, dass alle Anschlussteile 32 mit ihren Abzweigöffnungen 30 geometrisch voneinander verschieden sind, um dergestalt einen weiten Frequenzbereich an zu dämpfenden respektive zu glättenden Fluidpulsationen zu ermöglichen. Versuche haben dabei gezeigt, dass Anschlussteile 32 mit kleinem Innendurchmesser und großer Länge besser tiefe Frequenzen des Fluidstroms dämpfen als Anschlussteile 32 mit großem Innendurchmesser und kurzer Baulänge, die für die Dämpfung hoher Frequenzen vorrangig zuständig sind. Des Weiteren kann zur Verbesserung der Dämpfungswirkung bei Auftreten starker Druckpulsationen im Fluidstrom die Wandstärke der rohrförmigen Anschlussteile gegenüber der Wandstärke des Dämpfungsrohres 28 verstärkt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist aber für die Dämpfung vorgesehen, dass die Wandstärke des rohrförmigen Anschlussteiles 32 dünnwandiger ausgebildet ist als die Wand des Dämpfungsgehäuses 10 und die des Dämpfungsrohres 28. Insoweit ist aber die gewählte Wandstärke für alle Anschlussteile 32, wie sie im Dämpfungsgehäuse 10 nach der 2 zum Einsatz kommen, von der Wandstärke her gleich ausgebildet.
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Ferner hat es sich für die Dämpfungswirkung als vorteilhaft erwiesen, wenn mehrere Anschlussteile 32 verschiedener Ausgestaltung in einer Reihe entlang des Dämpfungsrohres 28 unter Beibehalten diskreter Abstände voneinander angeordnet sind, die vorzugsweise gleich sind. So verfügt in Blickrichtung auf die 2 gesehen das Dämpfungsrohr 28 auf seiner Oberseite über zwei Anschlussteile 32 nebst zugehörigen Abzweigöffnungen 30 im Dämpfungsrohr 28. Demgegenüber weist das Dämpfungsrohr 28 auf der gegenüberliegenden, untenliegenden Seite eine weitere Reihe mit Anschlussteilen 32 auf, diesmal in Form von drei Anschlussteilen 32 nebst zugeordneten Abzweigöffnungen 30.
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Das vom Dämpfungsgehäuse 10 und dem Dämpfungsrohr 28 begrenzte Dämpfungsvolumen 38 ist toroidal konzipiert, d.h. im Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Wandabschnitt 24 und den Deckelteilen 26 ist die Innenwand des Dämpfungsgehäuses 10 derart ausgebildet, dass für das Dämpfungsvolumen 38 ein torusartiger Fluidraum entsteht und die insoweit im Deckelteil 26 gebildeten ringförmigen, konkaven Aufnahmebereiche erlauben die Dämpfungswirkung für das Fluid noch weiter zu verbessern.
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Die Dämpfungsvorrichtung nach den Figuren ist einstückig mittels eines additiven Herstellverfahrens hergestellt, beispielsweise im Rahmen eines selektiven Lasersinterverfahrens aus Mettalwerkstoff. Das dahingehende additive Herstellverfahren ist nur beispielhaft genannt und andere geeignete 3D-Herstellverfahren können hier zum Einsatz kommen. Insoweit ist also das Dämpfungsgehäuse 10 sowie das Dämpfungsrohr 28 mit all seinen Anschlussteilen 32 einstückig hergestellt und die beiden Anschlüsse in Form der Innengewindeteile 18 erlauben in besonders einfacher Weise den Aufbau und die Positionierung des herzustellenden Silencers innerhalb des Herstellraumes der additiven Herstellmaschine. Dergestalt lässt sich auch in besonders günstiger Weise das mittlere Dämpfungsrohr 28 mit den anzubringenden rohrförmigen Anschlussteilen 32 an der jeweiligen Abzweigöffnung 30 erhalten.
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Die rohrförmigen Anschlussteile 32 sind als Hohlzylinder konzipiert mit vorzugsweise kreisförmigem Durchgangsquerschnitt. Durch das 3D-Verfahren bedingt, kann die Kreisform aber durch ein Vieleck angenähert sein.
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Insgesamt ist mit dem additiven Herstellverfahren eine Dämpfungsvorrichtung als Ganzes erhalten, die sich von den Bauabmessungen her mit all ihren Komponenten an eine Vielzahl von Anwendungsfällen in kostengünstiger Weise anpassen lässt. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015000418 A1 [0002]
- DE 102009021683 A1 [0003]
- DE 102018003848 A1 [0004]
