DE19547308A1 - Abschwächung bzw. Dämpfung von im Strömungsmittel getragenen Lärm - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Abschwä­ chung bzw. Dämpfung von Lärm bzw. Rauschen in einer Maschine mit Hydraulikkomponenten und insbesondere auf die Vorrichtung zur Abschwächung bzw. Dämpfung des im Strömungsmittel getragenen bzw. geborenen Lärms bzw. Rau­ schens.

Hintergrund der Erfindung

Es ist gut bekannt, daß etwas von dem Lärm, der in Maschinen erzeugt wird, hydraulischem Lärm zugeschrieben wird, der in verschiedenen Formen, wie z. B. in der Luft getragen, im Strömungsmittel getragen und/oder in der Struktur getragen, übertragen werden kann. Versuche wurden in der Vergangenheit gemacht, um Hydrauliklärm zu steuern, und zwar durch Umschließen von Hydrauliksystemen in einer akustischen Umschließung. Jedoch ist dies in vielen Systemen nicht machbar, weil einige der Hydraulik­ komponenten und der Strukturen, an denen sie befestigt sind, durch signifikante Abstände getrennt sind. Einer der primären Erzeuger von Hydrauliklärm in einem Hydrau­ liksystem ist die Hydraulikpumpe. Die Hydraulikpumpe er­ regt im Strömungsmittel getragenen Lärm , der zu Ventilen, Leitungen usw. übertragen wird und dann zu den Strukturen dieser Komponenten oder den Strukturen, auf die sie befestigt sind. Diese Strukturen emittieren dann Vibrationen, die den größten Teil des gesamten, in der Luft getragenen Lärms erzeugen, der dem Hydrauliksystem zugeschrieben wird. Deshalb ist die Verringerung von im Strömungsmittel getragenem Lärm ein Schlüssel bzw. eine Schlüsseltechnik für die Verringerung des Lärms, der in dem Hydrauliksystem erzeugt wird.

Hydraulikpumpen mit positiver Verdrängung oder (Hydraulik-)motoren (mit positiver Verdrängung) erzeugen aufgrund ihrer Geometrie, der Anschlußzeitsteue­ rung und Geschwindigkeit bzw. Drehzahl inhärent eine Strömungswelligkeit bzw. -störung, die Druckwellen anregt, die als im Strömungsmittel getragener Lärm bekannt sind. Dies ist richtig für die meisten, falls nicht für alle Typen von Flügelzellen-, Kolben- oder Zahnrad- bzw. Getriebepumpen oder -motoren (mit positiver Verdrängung). Nur zu illustrativen Zwecken wird die Kolbenpumpe verwendet, um besser darzustellen, was den Strömungsmittel getragenen Lärm verursacht. Es wird erkannt, daß sich dieselben Prinzipien bezüglich der an­ deren Typen bzw. Bauarten von Pumpen mit positiver Verdrängung anwenden lassen. Die Gesamtströmungsausgabe der Hydraulikkolbenpumpe ist geometrisch proportional zu der Summe der Geschwindigkeiten der einzelnen Kolben zwi­ schen den unteren Totmittelpunkt- (BDC = bottom dead cen­ ter) und den oberen Totmittelpunkt (TDC = top dead center) Positionen. Die ungleichmäßige Lieferung von Strömungsmittelströmung, die davon herrührt, daß die Summe der Geschwindigkeiten nicht konstant ist, ist eine der inhärenten Charakteristika einer Pumpe, die zu der Strömungswelligkeit beiträgt. Die zweite Quelle von Strömungswelligkeit beruht auf Druckveränderungen, die auftreten und zwar in dem Kolbenhohlraum in der Nähe des unteren Totmittelpunkts, wenn die Pumpe bei einem Auslaßdruck betrieben wird, der verschieden von einem niedrigen Druck ist, der gleich dem Einlaßdruck ist. Wenn der Kolben den unteren Totmittelpunkt erreicht, befindet sich der Kolbenhohlraum bei dem Einlaßdruck. Bis der Druck in dem Kolbenhohlraum den Ablaß- bzw. Auslaßdruck erreicht, trägt die Geschwindigkeit dieses Kolbens nicht zu der Ausgabeströmung der Pumpe bei. Ebenfalls, falls der Druck in dem Kolbenhohlraum nicht derselbe wie der Ablaßdruck ist, wenn der Kolbenhohlraum in den Ablaßan­ schluß eintritt, kann es ein Hereineilen oder Herauseilen von Strömung zwischen dem Kolbenhohlraum und dem Ablaß­ hohlraum geben, was eine Störung in der Ausgabeströmung der Pumpe verursacht. Der Betrag und die Rate bzw. die Geschwindigkeit der Strömungsveränderung in der Nähe des unteren Totmittelpunkts variiert, und zwar abhängig von der Geometrie der Hohlräume, der Verdrängung der Pumpe, der Anschlußkonfiguration, der Pumpendrehzahl und dem Ausgabedruck. Somit hängt die Strömungswelligkeit nicht nur von der geometrischen Summe der Kolbengeschwindigkei­ ten ab, sondern ebenfalls von dem Druck, bei dem die Pumpe betrieben wird, der Pumpenverdrängung, den Pumpen­ anschlüssen und der Drehzahl der Pumpe. Durch Verringern oder Aufheben der Strömungswelligkeit wird der im Strömungsmittel getragene Lärm, der durch die Pumpe angeregt wird, wesentlich verringert, zusammen mit dem in der Struktur getragenen Lärm und dem in der Luft getrage­ nen Lärm, die mit den Hydraulikkomponenten oder Struktu­ ren stromabwärts davon assoziiert sind.

Verschiedene Versuche wurden gemacht, um in Strömungsmit­ tel getragenes Rauschen in Hydrauliksystemen zu verrin­ gern, und zwar durch Installieren von verschiedenen Schalldämpfern und/oder Dämpfeinrichtungen. Ebenso wurde manchmal die Anschlußzeitsteuerung verändert, und zwar innerhalb der Pumpe, in einem Versuch, um die Druckwel­ ligkeit zu modifizieren. Obwohl bewiesen wurde, daß einige dieser Versuche teilweise erfolgreich waren, sind sie normalerweise nur erfolgreich, wenn innerhalb schmaler Druck-, Drehzahl- und Verdrängungsbereiche der Pumpe arbeitet. Jedoch, wenn Systeme über weite Bereiche von Drehzahl, Verdrängung und Druck betrieben werden, ha­ ben sich diese früheren Anordnungen als nicht ausreichend erwiesen. Es ist deshalb erforderlich, ein System vorzusehen, daß wirksam ist, den im Strömungsmittel getragenen Lärm darin zu steuern, wenn man bei unter­ schiedlichen Drehzahlen, Drücken und/oder Verdrängungen arbeitet.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen für die Abschwächung bzw. Dämpfung von in Strömungsmittel getragenem Lärm in einem Hydrau­ liksystem mit einer Hydraulikpumpe, die antriebsmäßig über einen Antriebsmechanismus mit einer Leistungsquelle, wie z. B. einem Motor verbunden ist. Die Vorrichtung umfaßt ein Strömungsmittelgefäß mit einem volumetrischen Raum einer vorbestimmten Größe und ist, wenn sie in Gebrauch ist, in dem Hydrauliksystem im allgemeinen benachbart der Hydraulikpumpe und einer Strömungsein­ schränkungsvorrichtung einer vorbestimmten Größe, die, wenn sie in Gebrauch ist, in dem Hydrauliksystem stromab­ wärts des Strömungsmittelgefäßes angeordnet ist, angeord­ net.

Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, die Strömungswelligkeit, die durch die Pumpe erzeugt wird, wesentlich zu verringern, wodurch eine im allgemeinen gleichförmige mittlere Strömung zu dem Rest des Systems aufrechterhalten wird. Außerdem kann die vorliegende Er­ findung in existierende Hydrauliksysteme nachträglich eingebaut bzw. nachgerüstet werden. Die Verringerung und/oder Aufhebung der Strömungswelligkeit wird erreicht durch Vorsehen eines Strömungsmittelgefäßes im allgemei­ nen benachbart der Pumpe, das ein Strömungsvolumen besitzt, das Strömungsmittel absorbieren und freigeben kann, wenn die Strömungsvariation von der Pumpe versucht, plötzlich die Strömung durch die Strömungseinschränkungs­ vorrichtung, die stromabwärts davon angeordnet ist, zu erhöhen oder zu verringern. Dies sieht wirksam eine fast konstante Strömungsrate stromabwärts der Strömungsein­ schränkungsvorrichtung vor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise diagrammartige und teilweise schematische Darstellung eines Hydrauliksystems, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung inkorpo­ riert.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist ein Hydrauliksy­ stem 10 dargestellt und weist eine Hydraulikpumpe 12 auf, die geeignet ist, Strömungsmittel von einem Reservoir 14 zu empfangen, und die antriebsmäßig mit einem Motor 16 variabler Drehzahl durch einen Antriebsmechanismus 18 verbunden ist. Das Hydrauliksystem 10 umfaßt ebenfalls ein direktionales Steuerventil 20, das mit der Hydraulik­ pumpe 12 durch ein Leitung 22 verbunden ist und mit einem Zylinder 24 mit einer Last "L" durch jeweilige Leitungen 26, 28 verbunden ist. Man erkennt, daß der Zylinder 24 ir­ gendein Typ von Betätigungsvorrichtung, wie z. B. ein Strömungsmittelmotor sein könnte.

Die Hydraulikpumpe 12 ist eine Pumpe mit variabler Verdrängung mit einer Verdrängungssteuerung 30 befestigt daran, für eine Steuerung der Strömungsmittelströmung da­ von. Man erkennt, daß die Pumpe 12 eine Pumpe mit fixierter Verdrängung von unterschiedlichen Bauarten sein könnte, wie z. B. vom Kolben-, Flügelzellen-, oder Getrie­ be- bzw. Zahnradtyp ohne von dem Wesen der Erfindung ab­ zuweichen. Wie gut bekannt ist, erzeugen Hydraulikpumpen inhärent Strömungswelligkeiten aufgrund ihres Normalbe­ triebs. Diese Strömungswelligkeiten werden normalerweise als ein direktes Ergebnis der Pumpengeometrie, der Anschlußzeitsteuerung, des Auslaßdrucks und/oder der Drehgeschwindigkeit erzeugt.

Eine Vorrichtung 34 für die Abschwächung bzw. Dämpfung von im Strömungsmittel getragenen Lärm ist in dem Hydrauliksystem 10 vorgesehen. Die Vorrichtung 34 umfaßt ein Strömungsmittelgefäß 36 mit einem volumetrischen Raum einer vorbestimmten Größe, eine Strömungseinschränkungs­ vorrichtung 38 und einem Mikroprozessor 40. Das Strö­ mungsmittelgefäß 36 ist in der Leitung 22 des Hydrau­ liksystems 10 im allgemeinen benachbart der Pumpe 12 an­ geordnet. Obwohl das Strömungsmittelgefäß 36 angezeigt ist, als im allgemeinen benachbart zu der Pumpe angeord­ net zu sein, erkennt man, daß das Strömungsmittelgefäß von der Pumpe 12 beabstandet sein könnte, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Im allgemeinen gilt, daß je größer das Volumen des Strömungsmittelgefäßes 36 ist, und je größer die Einschränkung der Strömungseinschrän­ kungsvorrichtung 38 ist, desto kleiner die Strömungsva­ riation in dem System ist. Jedoch werden Systemverluste, die man sich erlauben kann, und Systemgrößeneinschränkun­ gen die Konstruktion bzw. das Design des Abschwächungsme­ chanismus beeinflussen. Als ein Beispiel und zu illustra­ tiven Zwecken ist der volumetrische Raum in dem Strö­ mungsmittelgefäß 36 in dem Bereich von 6-7 Litern (1,56- 1,82 Gallonen). In der vorliegenden Anordnung ist es be­ absichtigt, daß das Strömungsmittelgefäß kreisförmig im Querschnitt ist und eine Länge besitzt, die 1-2 1/2 mal so lang wie der Durchmesser davon ist. Jedoch erkennt man, daß der Querschnitt des Strömungsmittelgefäßes irgendeine Konfiguration besitzen könnte und die Länge demgemäß variieren könnte.

Die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 ist in der Lei­ tung 22 des Strömungsmittelsystems 10 stromabwärts von dem Strömungsmittelgefäß 36 angeordnet. Wie dargestellt ist, ist die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 eine einstellbare Zumeßöffnung bzw. Drossel, die auswählbar variabel ist, um die Größe davon zu steuern. Man erkennt, daß in einigen Systemen die Strömungseinschränkungsvor­ richtung 38 eine Einschränkungsvorrichtung fixierter Strömung sein könnte. Jedoch ist in der vorliegenden An­ ordnung die Strömungseinschränkungsvorrichtung auswählbar einstellbar und zwar ansprechend auf den Empfang eines elektrischen Steuersignals "C" durch eine elektrische Leitung 42.

Der Mikroprozessor 40 empfängt Signale von verschiedenen Systemparametern und verarbeitet die verschiedenen Systemparameter, um das elektrische Signal "C" zu erzeugen, das die Größe der Strömungseinschränkungsvor­ richtung 38 steuert. Ein erster Drucksensor 46 ist mit der Leitung 22 an einer Stelle zwischen dem Strömungsmit­ telgefäß 36 und der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 verbunden. Der erste Drucksensor 46 ist betriebsfähig, um ein erstes elektrisches Signal "P₁" zu dem Mikroprozessor 40 durch eine elektrische Leitung 48 zu liefern. Ein zweiter Drucksensor 50 ist vorgesehen und mit der Leitung 22 stromabwärts von der Strömungseinschränkungsvorrich­ tung 38 verbunden. Der zweite Drucksensor 50 ist be­ triebsfähig, ein zweites elektrisches Signal (P₂) zu dem Mikroprozessor 40 durch eine elektrische Leitung 52 zu liefern.

Als eine Alternative kann die Vorrichtung einen Pumpen­ verdrängungssensor 54 angeordnet in der Verdrängungs­ steuerung 30 der Pumpe 12 aufweisen. Der Pumpenverdrän­ gungssensor 54 ist betriebsfähig, die Verdrängung der Pumpe 12 abzufühlen und liefert ein drittes elektrisches Signal "D" zu dem Mikroprozessor 40, und zwar durch eine elektrische Leitung 56. Ein Pumpenantriebsdrehzahlsensor bzw. Pumpenantriebsgeschwindigkeitssensor 58 ist in dem System vorgesehen und ist betriebsfähig, die Drehge­ schwindigkeit des Pumpenantriebsmechanismus 18 abzufüh­ len. Der Pumpenantriebsdrehzahlsensor 58 liefert ein viertes elektrisches Signal "S" zu dem Mikroprozessor 40 durch eine elektrische Leitung 60.

Man erkennt, daß verschiedene Formen der vorliegenden Vorrichtung für die Abschwächung bzw. Dämpfung von in Strömungsmittel getragenem Lärm verwendet werden könnten, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte ein differentieller oder Differen­ tialdrucksensor anstelle der ersten und zweiten Drucksen­ soren 46, 50 verwendet werden, um den Druckabfall über die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 zu bestimmen. Ebenfalls könnte das Strömungsmittelgefäß 36 ein Gefäß mit einem eingefangenen bzw. eingeschlossenen Volumen ei­ nes kompressiven Materials darinnen sein, und zwar mit einer ausdehnbaren Leitung, die dahindurch verläuft. Das eingefangene Volumen aus kompressiblem Material würde dann als das (Dämpfungs-)Kissenvolumen dienen. Folglich, wenn das Strömungsmittel durch die Leitung 22 und darauf folgend durch die ausdehnbare Leitung strömt, wurde das Strömungsmittel auf das eingefangene Volumen von kom­ pressiblem Material wirken, um irgendwelche Druckzunahmen zu absorbieren, die der Strömungswelligkeit zugeschrieben werden, und um darauf folgend derartige Druckzunahmen zu­ rück in das Strömungsmittel in der Leitung 22 hinaus zu treiben, wenn der Systemdruck, der der Strömungsmittel­ welligkeit zugeordnet bzw. zugeschrieben ist, abnimmt.

Gewerbliche Anwendbarkeit

In dem Betrieb eines typischen Hydrauliksystems, sieht die Hydraulikpumpe Strömungsmittel durch die Leitung 22 und das Steuerventil 20 vor, um den Hydraulikzylinder 24 zu betätigen. Der in diesem System erforderliche Druck hängt von dem Widerstand ab, der durch die Last "L" auf den Zylinder 24 erzeugt wird. Wenn es keine Last auf dem Zylinder 24 gibt, ist der Systemdruck niedrig und würde somit eine Pumpenströmung zur Folge haben, die relativ konstant ist. Wenn der Systemdruck ansteigt, verändert sich die Variation in der Strömung von der Pumpe. Diese Variation in der Strömungsausgabe von der Hydraulikpumpe hat die Bildung einer Druckwelle zur Folge, die man als im Strömungsmittel getragenen Lärm bezeichnet. Um diesen im Strömungsmittel getragenen Lärm zu verschieben bzw. zu versetzen bzw. zu verringern, muß die Variation in der Strömung von der Hydraulikpumpe verringert und/oder neutralisiert werden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung läuft während des Be­ triebs Strömung von der Pumpe 12 durch das Strömungsmit­ telgefäß 36 und durch die Strömungseinschränkungsvorrich­ tung 38 zu dem direktionalen Steuerventil 20. Auf einen selektiven Betrieb des Steuerventils 20 hin, wird das un­ ter Druck stehende Strömungsmittel in der Leitung 22 zu dem Zylinder 24 auf eine gut bekannte Art und Weise geleitet bzw. gerichtet. Die Strömungseinschränkungsvor­ richtung 38 wird auf eine vorbestimmte Größe gesetzt bzw. eingestellt, um einen differentiellen Druck bzw. einen Differentialdruck darüber für eine besondere Strömung und/oder einen besonderen Systembetriebsdruck zu erzeu­ gen. Wenn die Pumpenströmung zyklisch variiert, versucht die Strömung, durch die Strömungseinschränkungsvorrich­ tung 38 demgemäß zu variieren. Jedoch kann sich die Strömung durch die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 nicht ohne eine Veränderung in dem Druckdifferential dar­ über verändern. Damit das Druckdifferential über die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 das Volumen des Strömungsmittels stromaufwärts davon verändert, muß es komprimiert oder expandiert werden, um den Druck zu verändern. Daher induziert ein Teil der Pumpenströmungs­ variation eine Kompression oder Expansion des Strömungs­ mittels in dem Druckgefäß 36 und nur ein kleiner Bruch­ teil der Strömungsvariation läuft tatsächlich durch die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 zu dem System stromabwärts.

Um besser die antizipierten Vorteile der vorliegenden Er­ findung darstellen, betrachte man ein System, das eine 250 Milliliter (ungefähr 15 Kubikinch) Pumpe verwendet, die bei 2000 UPM (rpm) bei einem Betriebssystemdruck von 36000 kPa (ungefähr 5200 psi) betrieben wird. Wenn sie bei einer vollen Verdrängung betrieben wird, könnte die Pumpenströmungsvariation in der Größenordnung von 185 Li­ tern pro Minute (48,8 Gallonen pro Minute) sein, was ungefähr eine 37%ige Variation in der Pumpenströmung ist. Wenn das vorliegende Druckgefäß 36 und die Strömungsein­ schränkungsvorrichtung 38 in das System inkorporiert wer­ den, wird die Systemströmungsvariation auf ungefähr 50 Liter pro Minute (ungefähr 13,2 Gallonen pro Minute) ver­ ringert, was ungefähr eine 10%ige Varianz in der System­ strömung ist. Die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 ist größenmäßig derart bemessen, daß der Differential­ druck darüber von ungefähr 1490 kPa (216 psi) bis 1800 kPa (260 psi) reicht. In dieser besonderen Beziehung ba­ siert das obere Ende des Bereichs von differentiellem Druck bzw. Differentialdruck über die Strömungseinschrän­ kungsvorrichtung 38 auf ungefähr 5% des Betriebssystem­ drucks.

Mit dem Abfühlen des Drucks stromaufwärts der Strömungs­ einschränkungsvorrichtung 38 und dem Abfühlen des Drucks stromabwärts der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 und dem Liefern der Signale "P₁, P₂" zu dem Mikroprozessor 40, verarbeitet der Mikroprozessor die Drucksignale und liefert ein elektrisches Steuersignal "C" zu der Strö­ mungseinschränkungsvorrichtung 38, um die effektive Größe der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 zu verändern, um einen differentiellen Druck bzw. Differentialdruck über die Strömungseinschränkungsvorrichtung in dem Bereich aufrecht zu erhalten, der im allgemeinen bezüg­ lich des oben bemerkten Beispiels ausgeführt wurde. Durch Auswählen des höchsten Differentialdrucks als ungefähr 5 % des Betriebssystemdrucks, kann die Systemströmungsva­ riation im allgemeinen unter 10% gehalten werden. Zum Beispiel, in dem obigen Beispiel, falls die Pumpe 12 bei einer halben Verdrängung betrieben wird ohne die vorlie­ gende Erfindung, ist die Pumpenströmungsvariation in der Größenordnung von 154 Litern pro Minute (40,5 Gallonen pro Minute), was ungefähr eine 61,4%ige Variation in der Pumpenströmung ist. Wenn man die vorliegende Erfindung verwendet, wird die Systemströmungsvariation auf ungefähr 18,5 Liter pro Minute (4,9 Gallonen pro Minute) verrin­ gert, was ungefähr eine 7%ige Variation in der System­ strömung ist. Durch Auswählen des Drucks stromaufwärts und stromabwärts der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 und durch Verwenden des größten Differentialdrucks über die Strömungseinschränkungsvorrichtung als ungefähr 5% des Betriebssystemdrucks, wird der Differentialdruck über die Strömungseinschränkungsvorrichtung zwischen 1543 kPa (223 psi) und 1800 kPa (260 psi) gehalten.

Wenn der Betriebssystemdruck der oben genannten Pumpe bei z. B. 10000 kPa (1450 psi) ist, ist die Pumpenströmungsva­ riation bei maximaler Verdrängung in der Größenordnung von 71,6 Liter pro Minute (18,9 gpm), was eine ungefähre 14,3%ige Variation in der Pumpenströmung ist, wenn man nicht die vorliegende Erfindung verwendet. Wenn man die vorliegende Erfindung verwendet, würde die Systemströ­ mungsvariation in der Größenordnung von 37 Litern pro Mi­ nute (9,8 Gallonen pro Minute) sein, was ungefähr eine 7,4%ige Variation in der Systemströmung ist. Durch Verwenden des größten Differentialdrucks über die Strömungseinschränkungsvorrichtung, der in der Größenord­ nung von ungefähr 5% des Systembetriebsdrucks ist, wird die Größe der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 gesteuert, um den Differentialdruck über die Strömungs­ einschränkungsvorrichtung 38 in der Größenordnung von 429 kPa (62 psi) durch bzw. bis 500 kPa (72 psi) zu halten. Im vorliegenden Beispiel, falls die Pumpe bei 10000 kPa und halber Verdrängung betrieben wird, während man die vorliegende Erfindung verwendet, kann die Systemströ­ mungsvariation von ungefähr 23,8 auf ungefähr 6,1% verringert werden.

In jedem der angeführten Beispiele, durch Abfühlen des Drucks in dem System stromaufwärts und stromabwärts der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 und durch demgemä­ ßes Steuern der Größe der Strömungseinschränkungsvorrich­ tung kann die Variation in der Pumpenströmung wesentlich verringert werden. Folglich ist die Verringerung in Strömungsvariation direkt mit der Verringerung von im Strömungsmittel getragenen Lärm assoziiert. Die gesamte Verringerung in Pumpenströmungsvariationen kann erhöht werden durch Vergrößern der Größe des Strömungsmittelge­ fäßes 36. Jedoch können Konstruktionsbeschränkungen und/oder Platzbeschränkungen ein Verlangen die Größe des Strömungsmittelgefäßes 36 zu erhöhen, beeinträchtigen. Außerdem, wie zuvor bemerkt wurde, ist es möglich, etwas Material in dem Strömungsmittelgefäß 36 verschieden von dem Hydrauliköl zu verwenden, falls der Bulkmodul bzw. Elastizitätsmodul dieses Materials kleiner als der Bulkmodul des Öls ist und überleben kann, wenn es derartig hohen Frequenzen ausgesetzt ist. Außerdem muß das andere Material mit dem darin verwendeten Öl kompati­ bel sein.

In manchen Systemen kann es erforderlich bzw. wünschens­ wert sein, die Größe der Strömungsmitteleinschränkungs­ vorrichtung 38 durch Abfühlen der Verdrängung der Pumpe und der Antriebsdrehzahl der Pumpe einzustellen, um die Gesamtströmungsausgabe von der Pumpe zu dem System zu be­ stimmen. Bei diesem Typ von Anordnung würde der Mikropro­ zessor 40 das jeweilige Pumpenverdrängungssignal "D" und das Pumpenantriebsdrehzahlsignal "S" empfangen und die Größe des Steuersignals "C" berechnen, das zu der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 geliefert wird, um die Größe davon gemäß den empfangenen Signalen einzustel­ len. Durch Berechnen der Pumpenströmungsrate aus der Pum­ penantriebseingangsdrehzahl und der Verdrängung der Pumpe unter Vergleichen dieser mit bekannten Prinzipien, kann eine vorbestimmte Zumeßöffnungsgröße bestimmt werden und demgemäß eingestellt werden, so daß der Differentialdruck über die Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 relativ konstant verbleiben würde und zwar für alle Strömungsra­ ten und stromabwärtigen Drücke davon. Diese mathematische Berechnung wird im allgemeinen auf dem Prinzip basieren, daß der Druckabfall über eine Zumeßöffnung wie das Quadrat der Strömung variiert.

Aus dem oben Gesagten sollte offensichtlich sein, daß die Variation in der Pumpenströmung zu dem System leicht bzw. schnell verringert werden kann, durch Verwenden des vorliegenden Strömungsmittelgefäßes 36 in Kombination mit der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38. Außerdem kann in Systemen, die bei unterschiedlichen Systemdrücken und/oder unterschiedlichen Motordrehzahlen oder Pumpen­ verdrängungen betrieben werden, die Strömungseinschrän­ kungsvorrichtung 38 eingestellt sein, um sehr geringe Variationen in der Sy­ stemströmung aufrecht zu erhalten und zwar entweder durch Abfühlen des Drucks stromaufwärts und stromabwärts der Strömungseinschränkungsvorrichtung 38 oder durch Abfühlen einer Kombination der Pumpenantriebsdrehzahl und der Pum­ penverdrängung.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung können aus einem Studium der Zeichnung, der Offenbarung und der angefügten Patentansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

In vielen Hydrauliksystemen wird im Strömungsmittel getragener Lärm während des Betriebs aufgrund der Effekte der Hydraulikpumpe erzeugt. Dieser im Strömungsmittel ge­ tragene Lärm wird oft an die Hydraulikventile, Hydraulik­ leitungen und andere Strukturen, an denen Ventile und Leitungen befestigt sind, übertragen. Die Struktur emittiert dann Vibrationen, die den größten Teil des im System in der Luft getragenen Lärms erzeugen. In der vor­ liegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen für die Abschwächung bzw. Dämpfung von im Strömungsmittel ge­ tragenem Lärm in einem Hydrauliksystem. Die Vorrichtung umfaßt ein Strömungsmittelgefäß mit einem volumetrischen Raum einer vorbestimmten Größe, die in dem System im all­ gemeinen benachbart einer Pumpe angeordnet ist und eine Strömungseinschränkungsvorrichtung, die in dem System stromabwärts von dem Strömungsmittelgefäß angeordnet ist. In der vorliegenden Anordnung kann die Strömungsein­ schränkungsvorrichtung einstellbar sein und zwar anspre­ chend auf verschiedene Systemparameter, so daß der im Strömungsmittel getragene Lärm effektiv über weite Bereiche von Systemdrücken, Pumpenantriebsdrehzahlen und Pumpenverdrängungen gesteuert bzw. kontrolliert wird. Durch Verringern des in dem Strömungsmittel getragenen Lärms in dem Hydrauliksystem wird der assoziierte, in der Luft getragene Lärm, der erzeugt wird, durch verschiedene Komponenten, die mit dem Hydrauliksystem assoziiert sind, weiter abgeschwächt bzw. gedämpft.

Claims (11)

1. Vorrichtung für die Abschwächung bzw. Dämpfung von im Strömungsmittel getragenen Lärm in einem Hydrauliksy­ stem mit einer Hydraulikpumpe, die antriebsmäßig durch einen Antriebsmechanismus mit einer Leistungs­ quelle verbunden ist, die folgendes aufweist:
ein Strömungsmittelgefäß mit einem volumetrischen Raum einer vorbestimmten Größe und das, wenn es in Gebrauch ist, in dem Hydrauliksystem im allgemeinen benachbart der Hydraulikpumpe angeordnet ist; und eine Strömungseinschränkungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Größe, die, wenn sie in Gebrauch ist, in dem Hydrauliksystem stromabwärts von dem Strö­ mungsmittelgefäß angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die volumetrische Größe des Strömungsmittelgefäßes in dem Bereich von 6 Litern bis 7 Litern ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strömungsmittelgefäß kreisförmig im Querschnitt ist, und zwar mit einem vorbestimmten Durchmesser, und wobei die Länge davon in dem Bereich 1 bis 2 1/2 mal so lang wie der Durchmesser ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Strömungsein­ schränkungsvorrichtung eine selektiv variable Strö­ mungseinschränkungsvorrichtung ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, die ferner einen Mikro­ prozessor aufweist, der betriebsfähig ist, elektri­ sche Signale zu empfangen, die repräsentativ für ver­ schiedene Systemparameter sind und um ein elektri­ sches Steuersignal davon zu liefern, um selektiv die Größe der variablen Strömungseinschränkungsvorrich­ tung zu steuern.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 5, die ferner folgendes auf­ weist:
einen ersten Drucksensor, der, wenn er in Gebrauch ist, in dem System zwischen dem Druckgefäß und der Strömungseinschränkungsvorrichtung verbunden ist und der betriebsfähig ist, ein elektrisches Signal davon zu dem Mikroprozessor zu liefern, das repräsentativ für den Druck darin ist, und einen zweiten Drucksen­ sor, der, wenn er in Gebrauch ist, in dem System stromabwärts von der Strömungseinschränkungsvorrich­ tung verbunden ist und betriebsfähig ist, ein elek­ trisches Signal davon zu dem Mikroprozessor zu lie­ fern, das repräsentativ für den Druck darinnen ist, wobei der Mikroprozessor die elektrischen Signale von den ersten und zweiten Drucksensoren verarbeitet und das elektrische Steuersignal zu der variablen Strö­ mungseinschränkungsvorrichtung liefert, um den Diffe­ rentialdruck darüber zu steuern.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, wobei die volumetrische Größe des Strömungsmittelgefäßes in dem Bereich von 6 Litern bis 7 Litern ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Strömungsmit­ telgefäß kreisförmig im Querschnitt ist, und zwar mit einem vorbestimmten Durchmesser, und wobei die Länge davon den Bereich von 1 bis 2 1/2 mal so lang wie der Durchmesser ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, die ferner folgendes aufweist:
einen Pumpenantriebsdrehzahlsensor, der betriebsfähig ist, wenn er in Gebrauch ist, die Drehgeschwindigkeit der Pumpe abzufühlen, und ein elektrisches Signal an den Mikroprozessor, das repräsentativ für die Pumpen­ drehzahl ist, zu liefern, und einen Pumpenverdrän­ gungssensor, der betriebsfähig ist, wenn er in Ge­ brauch ist, die Verdrängung der Pumpe abzufühlen und ein elektrisches Signal, das repräsentativ für die Verdrängung der Pumpe ist, an den Mikroprozessor zu liefern, wobei der Mikroprozessor die elektrischen Signale von dem Pumpenverdrängungssensor und dem Pum­ penantriebsdrehzahlsensor verarbeitet und das elek­ trische Steuersignal zu der variablen Strömungsein­ schränkungsvorrichtung liefert, um den Differential­ druck darüber zu steuern.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, wobei die volumetrische Größe des Strömungsmittelgefäßes in dem Bereich von 6 Litern bis 7 Litern ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, wobei das Strömungs­ mittelgefäß kreisförmig im Querschnitt ist, und zwar mit einem vorbestimmten Durchmesser, und wobei die Länge davon in dem Bereich von 1 bis 2 1/2 mal so lang wie der Durchmesser ist.