DE19802366A1 - Hydraulische Dämpfungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf das Gebiet der hy­ draulischen Dämpfungsvorrichtungen zum Verringern von uner­ wünschten Druckstößen oder -schwingungen in Systemen ge­ richtet, die hydraulisches Dämpfen erfordern. Diese Erfin­ dung kann insbesondere zum Dämpfen von sich periodisch än­ dernden Bewegungen in Systemen angewandt werden, die zu ei­ nem Geräusch bzw. Lärm oder einem Schwingen des hydrauli­ schen Drucks führen.

In einem speziellen Beispiel tritt unerwünschtes Schwingen in einem hydraulischen System in der Bugradbau­ gruppe eines Luftfahrzeugs auf, die typischerweise unter Verwendung eines hydraulischen Systems gesteuert wird. Der Drehpunkt des Rades ist typischerweise eher wie bei einer Laufrolle an einem Punkt vor der Radachse angeordnet. Die Masse des Rades liegt hinter dem Drehpunkt und die Dynamik des Systems ist so ausgelegt, daß das Rad, während es sich am Boden entlang bewegt, auf eine Art und Weise zum "Flattern" neigt, die der von anderen häufig betrachteten Rädern vom Typ Laufrad, wie zum Beispiel den Rädern eines Einkaufswagens, ähnlich ist.

Ein solches Radflattern führt zu einer Abnützung an dem Rad und an der Trageverstrebung, die exponential ansteigen kann, wobei dies zu einer strukturellen Beschädigung des Luftfahrzeugs führt. Ein Unterdrücken von Flattern erfor­ dert oft Kompromisse bei der Genauigkeit der Lenksteuerung. Es ist wünschenswert, eine hydraulische Vorrichtung zum Dämpfen vorzusehen, die bei der Lenkgenauigkeit keinen Kom­ promiß eingeht.

Eine bekannte, hydraulische Dämpfungsvorrichtung ver­ wendet einen Kolben und ein Paar Federn, um eine Überein­ stimmung zu bilden, und eine Hydrauliköffnung, um eine Dämpfungssteuerung zu bilden, die eine schnelle Flatterbe­ wegung verringert, während die relativ langsame Lenkbewe­ gung gestattet wird. Derartige Dämpfungsvorrichtungen ent­ halten jedoch eine Vielzahl mechanischer Bauteile.

Hydraulische Systeme sind gegen Druckstöße anfällig, die auftreten, wenn große Ventile schnell geöffnet oder ge­ schlossen werden. Dieses auch als "Wasserschlag" bekannte Phänomen wird ebenfalls in gewöhnlichen Haushaltsleitungen beobachtet, wenn Hähne abrupt zugedreht werden, wobei es für die Leitungen einen Ton und einen Stoß erzeugt. Derar­ tige Stöße erzeugen in hydraulischen Systemen auch eine zu­ sätzliche Abnutzung, wobei dadurch die Betriebslebensdauer der jeweiligen Bestandteile verkürzt wird.

Hinsichtlich der oben erwähnten Nachteile der früheren Systeme besteht daher- der Bedarf einer hydraulischen Dämp­ fungsvorrichtung, die unerwünschte Druckdifferenzen in ei­ nem hydraulischen System verringert.

Es besteht auch der Bedarf einer hydraulischen Dämp­ fungsvorrichtung, die die Amplitude von sich sinusförmig ändernden Druckänderungen verringert.

Es besteht auch der Bedarf einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung, die Druckdifferenzen verringert, wel­ che durch Änderungen der mechanischen Bestandteile außer­ halb an dem hydraulischen System erzeugt werden.

Es besteht desweiteren der Bedarf einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung, die beim Betrieb des hydraulischen Systems wahlweise abgeschaltet werden kann.

Es besteht auch der Bedarf einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung, die auf der Komprimierbarkeit von Fluiden beruht.

Diesen und anderen Bedürfnisse werden wird die vorliegende Erfindung gerecht, in der eine Dämpfungsvorrichtung zum Verringern von Druckdifferenzen in einem hydraulischen System vorgesehen ist. Die Dämpfungsvorrichtung weist eine Körperbaugruppe auf, die erste und zweite Einlaßöffnungen zum Verbinden der Dämpfungsvorrichtung mit einem hydraulischen System umfaßt. Es ist ein Paar Überlappungsbaugruppen zum Ausgleichen von Druckdifferenzen zwischen den Einlaßöffnungen vorgesehen. Jede Überlappungsbaugruppe steht mit jeder der Einlaßöffnungen in Fluidverbindung. Es ist ein abgemessener Durchlaß zum fluidmäßigen Verbinden von jeder Einlaßöffnung vorgesehen. In der Überlappungsbaugruppe ist eine Gleiteinrichtung beweglich aufgenommen, um ein Hin- und Herbewegen zu gestatten. Die Gleiteinrichtung versperrt und entsperrt als Reaktion auf einen vorgegebenen Druck über einer der jeweiligen Einlaßöffnungen abwechselnd den abgemessenen Durchlaß, um die Druckdifferenz zwischen den Einlaßöffnungen auszugleichen. Mit der Gleiteinrichtung steht eine Kammer in Fluidverbindung, wobei die Kammer eine Fluidmenge zum Erzeugen eines Gegendrucks enthält, um der Verschiebung der Gleiteinrichtung zu widerstehen.

Wie klar zu erkennen ist, kann die Erfindung andere und unterschiedliche Ausführungsformen aufweisen und ihre un­ terschiedlichen Einzelheiten können in verschiedener Hin­ sicht geändert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die Zeichnung und die Beschreibung als darstellend und nicht als einschränkend zu betrachten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung, in der gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen tragen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägansicht, die die hydraulische Dämp­ fungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Draufsicht, die die hydraulische Dämpfungs­ vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Schnittansicht, wobei der Innenaufbau der vorliegenden hydraulischen Dämpfungsvorrichtung demontiert ist;

Fig. 4 eine detaillierte Querschnittsansicht, die die Bestandteile des vorliegenden Paars Überlappungsbaugruppen darstellt.

Die Figuren stellen insbesondere die bevorzugte Ausfüh­ rungsform der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung dar. Es ist eine Körperbaugruppe 12 vorgesehen, die erste und zweite Einlaßöffnungen 14 zum Verbinden der Dämpfungsvorrichtung 10 mit einem äußeren hy­ draulischen System aufweist.

Es ist ein Paar Überlappungsbaugruppen 20 zum Ausglei­ chen von Druckdifferenzen vorgesehen, die zwischen den Ein­ laßöffnungen 14 entstehen. Jede der Überlappungsbaugruppen 20 ist mit einem Verschluß 22 verschlossen, der in einer Ausnehmung in der Körperbaugruppe 12 aufgenommen ist. Die Körperbaugruppe 12 umfaßt eine Vielzahl von Querverbindungsdurchlässen 16, die derartig ausgeformt sind, daß jede Überlappungsbaugruppe 20 mit jeder der Einlaßöffnungen 14 verbunden ist. Die Querverbindungs­ durchlässe 16 können in der Körperbaugruppe 12 gebohrt oder auf andere, herkömmliche Arten ausgeformt werden.

Wie insbesondere in Fig. 4 zu sehen ist, umfaßt jede Überlappungsbaugruppe 20 desweiteren eine Hülse bzw. Buchse 24, die in der Öffnung 22 gehalten wird. Die Überlappungsbaugruppe 20 ist vorzugsweise mit einer Längsachse aus geformt und der Verschluß 22 und die Hülse 24 sind entlang der Achse zentriert. Die Hülse 24 ist mit einem axialen Durchlaß 26 ausgeformt, der entlang der Achse der Überlappungsbaugruppe gebohrt ist. In der Hülse 24 ist eine Gleiteinrichtung 28 verschiebbar aufgenommen, um sich in dem axialen Durchlaß 26 nach hinten und nach vorne hin- und herzubewegen.

In der Hülse 24 ist ein innerer Hohlraum 30 ausgeformt. Wie am besten aus Fig. 3 zu sehen ist, ist jeder innere Hohlraum 30 durch einen jeweiligen Querverbindungsdurchlaß 16 jeweils mit einer der Einlaßöffnungen 14 verbunden. Ent­ lang dem Außenumfang der Hülse 24 ist ein äußerer Hohlraum 32 vorzugsweise radial ausgeformt. Der äußere Hohlraum 32 hat vorzugsweise eine-im allgemeinen ringförmige Form. Wie am besten aus Fig. 3 zu sehen ist, ist jeder äußere Hohl­ raum 32 durch einen jeweiligen Querverbindungsdurchlaß 16 mit jeder Einlaßöffnung 14 verbunden. Der äußere Hohlraum 32 ist mit dem inneren Hohlraum 30 durch einen abgemessenen Durchlaß 34 verbunden, um die Einlaßöffnungen 14 in jeder Überlappungsbaugruppe 20 fluidmäßig zu verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform weist der abgemessene Durchlaß 34 eine Vielzahl von radialen Umfangsschlitzen, vor­ zugsweise vier Stück, die in einem Abstand von 90 Grad von­ einander angeordnet sind, auf. Die Schlitze sind vorzugsweise in einer Ebene, die zu der Achse der Überlappungsbaugruppe senkrecht steht, in Längsrichtung ausgeformt.

Während des Betriebs erzeugt ein Druckanstieg an einer Einlaßöffnung 14 an dem jeweils verbundenen inneren Hohl­ raum 30 einen Druckanstieg, der gegen die jeweilige Gleit­ einrichtung 28 eine Kraft erzeugt, die dazu führt, daß die Gleiteinrichtung 28 von dem inneren Hohlraum 30 weg ver­ schoben wird. Der Verschluß 22 umfaßt eine Kammer 40, die mit Fluid gefüllt ist, das einen Gegendruck erzeugt, der der Verschiebung der Gleiteinrichtung 28 in die Kammer 40 widersteht, die durch das Hochdruckfluid verursacht wird. Auf diese Weise wirkt das Kammerfluid als Feder mit hoher Steifigkeit, um die Gleiteinrichtung 28 nach vorne hin vorzuspannen.

Die Flüssigkeit in der Kammer wirkt durch Ausnutzen der Komprimierbarkeit von Fluiden als eine Feder. Im Gegensatz zu weitverbreiteten Meinungen sind Flüssigkeiten nicht grenzenlos starr und sie gestatten somit eine geringe, aber nicht unbedeutende Komprimierbarkeit. Unter einem Druck von ungefähr 13789,52 kPa (2000 psi) (wie er zum Beispiel in hydraulischen System weitverbreitet ist) haben Fluide eine Komprimierbarkeit von ungefähr 1%. In einer Arbeitsausführungsform enthält die Kammer 40 ungefähr ein 16,38706 cm³ (1 in³) Flüssigkeit. Unter weitverbreiteten hydraulischen Drücken kann die Gleiteinrichtung 28 aufgrund der Komprimierbarkeit der Flüssigkeit um ungefähr 0,508 mm (0,020 in) verschoben werden.

Die Gleiteinrichtung 28 wird normalerweise in einer Stellung gehalten, in der sie den abgemessenen Durchlaß 34 versperrt. In einem Zustand mit statischem Druck wird die Gleiteinrichtung 28 durch eine eine geringe Vorspannkraft anlegende Feder 42, die eine niedrige Federkonstante hat, nach vorne gedrückt. Beim Anlegen von Druck in dem inneren Hohlraum 30 wird die Gleiteinrichtung 28 zu der Kammer 40 hin gedrückt, wobei sie den abgemessenen Durchlaß 34 ent­ sperrt und gestattet, daß Fluid in den äußeren Hohlraum 32 fließt. Auf diese Weise werden die Drücke zwischen den Hohlräumen 30, 32 und somit zwischen den Einlaßöffnungen 14 ausgeglichen. Auf diese Weise können Druckstöße, die vom Öffnen und Schließen von Ventilen stromaufwärts von jeder Einlaßöffnung 14 hervorgehen, durch Ableiten des Stoßes durch die Dämpfungsvorrichtung hindurch abgeschwächt oder beseitigt werden.

Während die Erfindung verwendet werden kann, um Druck­ stöße und Druckdifferenzen von irgendeiner Quelle zu ver­ ringern, kann die Erfindung insbesondere darauf verwendet werden, daß in einem Bugrad eines Luftfahrzeugs ein Rad­ flattern gesteuert wird. Während das Flattern sein Schwin­ gen in Form einer Druckschwingung zwischen Einlaßöffnungen 14 an die hydraulische Lenkanordnung überträgt, werden die Druckmaxima an jeder Einlaßöffnung 14 durch die jeweilige Überlappungsbaugruppe 20 ausgeglichen. Auf diese Art wird die an der einen Einlaßöffnung 14 erzeugte Kraft zu der an­ deren Einlaßöffnung 14 ausgeglichen und die Schwingungs­ energie wird gedämpft. Das System stößt somit auf eine ge­ ringe Abnutzung und die Betriebssicherheit wird verbessert.

Die vorliegende hydraulische Dämpfungsvorrichtung ist so aufgebaut, daß sie Hochfrequenzdruckdifferenzen und -schwingungen dämpft (das heißt, Zustände mit schnellen Druckänderungen, die Frequenzen von 10 Hz oder höher auf­ weisen), die zum Beispiel beim Radflattern oder ähnlichem auftreten. Jede Gleiteinrichtung 28 umfaßt zwei Aussparun­ gen 44, die in den Umfang geschnitten werden. Die Ausspa­ rungen 44 reichen aus, um zwischen dem inneren Hohlraum 30 und der Kammer 40 eine geringe Flüssigkeitsmenge aus strömen zu lassen, damit unter statischen Belastungszuständen und Niederfrequenzdruckdifferentialen (d. h., Zuständen mit ei­ ner langsamen Druckänderung, die bei weniger als 2 Hz auf­ treten) der Druck der Kammer und der Druck des äußeren Hohlraums ausgeglichen wird. Unter derartigen Zuständen bleibt die Gleiteinrichtung 28 ungeachtet der Druckhöhe über den Einlaßöffnungen 14 durch die Feder 42 in der ge­ schlossenen Stellung. Unter Hochfrequenzdruckbelastungen ist die Wirkung der Aussparung unbedeutend und die Gleit­ einrichtung 28 wird in die offene Stellung verschoben. Weil der Lenkbetrieb eines Bugrades eines Luftfahrzeugs durch ein langsam ansteigendes Niederfrequenzdruckdifferential verursacht wird, ergibt sich aus der Verwendung der vorlie­ genden Dämpfungsvorrichtung kein Leistungsverlust.

Wie oben beschrieben worden ist, löst die vorliegende Erfindung viele mit früheren Systemen verbundene Probleme und sie stellt eine verbesserte Funktionsfähigkeit dar. Es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Änderungen im Detail, im Material und in den Anordnungen von Teilen, die hier für die Erklärung des Erfindungsnaturells beschrieben und dargestellt worden sind, innerhalb des Prinzips und des Schutzumfangs der Erfindung, wie sie in den angehefteten Ansprüchen ausgedrückt ist, von einem Fachmann ausgeführt werden können.

Es ist eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung offenbart zum Verringern von unerwünschten Druckdifferenzen in einem hydraulischen System. Die Dämpfungsvorrichtung weist eine Körperbaugruppe auf, die erste und zweite Einlaßöffnungen zum Verbinden der Dämpfungsvorrichtung mit einem hydraulischen System umfaßt. Es ist ein Paar Überlappungsbaugruppen zum Ausgleichen von Druckdifferenzen zwischen den Einlaßöffnungen vorgesehen. Jede der Überlappungsbaugruppen steht mit jeder der Einlaßöffnungen in Fluidverbindung. Es ist ein abgemessener Durchlaß vorgesehen, um jede der Einlaßöffnungen in Fluidverbindung zu bringen. In der Überlappungsbaugruppe ist eine Gleiteinrichtung verschiebbar angeordnet, um ein Hin- und Herbewegen zu gestatten. Die Gleiteinrichtung versperrt und entsperrt den abgemessenen Durchlaß als Reaktion auf einen vorgegebenen Druck über eine der jeweiligen Einlaßöffnungen abwechselnd, um die Druckdifferenz zwischen den Einlaßöff­ nungen auszugleichen.

Claims (8)

1. Dämpfungsvorrichtung zum Verringern von Druckdifferen­ zen in einem hydraulischen System, mit:
einer Körperbaugruppe (12), die erste und zweite Fluid­ einlaßöffnungen (14) für die Verbindung zu einem hydraulischen System umfaßt;
wenigstens einer Überlappungsbaugruppe (20) zum Aus­ gleichen einer Druckdifferenz zwischen den Einlaßöff­ nungen (14), wobei die Überlappungsbaugruppe (20) mit jeder der Einlaßöffnungen (14) in Fluidverbindung steht und einen abgemessenen Durchlaß (34) umfaßt, um jede der Einlaßöffnungen (14) in Fluidverbindung zu bringen;
einer Gleiteinrichtung (28), die in der Überlappungsbaugruppe (20) beweglich angeordnet ist, um ein Hin- und Herbewegung zu gestatten, zum abwechselnden Versperren und Entsperren des abgemessenen Durchlasses (34) als Reaktion auf einen vorgegebenen Druck über einer der jeweiligen Einlaßöffnungen (14), um die Druckdifferenz zwischen den Einlaßöffnungen (14) auszugleichen;
einer Kammer (40) in Flüssigkeitsverbindung mit der Gleiteinrichtung (28), wobei die Kammer (40) eine Flüs­ sigkeitsmenge zum Erzeugen eines Gegendrucks enthält, um dem Verschieben der Gleiteinrichtung (28) zu wi­ derstehen.

2. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Überlappungsbaugruppe (20) eine Achse umfaßt, desweiteren mit:
einem axialen Durchlaß (26) zum Halten der Gleitein­ richtung (28) und zum Festlegen der Hin- und Herbewe­ gung in einer axialen Richtung;
einem inneren Hohlraum (30), der mit einem der ersten und zweiten Einlaßöffnungen (14) derartig verbunden ist, daß ein Druckanstieg über der jeweiligen Einlaß­ öffnung (14) zu einer axialen Verschiebung der Gleit­ einrichtung (28) führt;
einem äußeren Hohlraum (32), der zur jeweiligen anderen der ersten und zweiten Einlaßöffnungen (14) offen ist, wobei der äußere Hohlraum (32) von dem inneren Hohlraum (30) axial verschoben ist und durch den abgemessenen Durchlaß (34) mit dem inneren Hohlraum (30) radial ver­ bunden ist, wobei die Gleiteinrichtung (28) normaler­ weise den abgemessenen Durchlaß (34) versperrt und ihn entsperrt, wenn der Druckanstieg den vorgegebenen Druck erreicht.

3. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, worin jede Überlappungsbaugruppe (20) aufweist:
einen Verschluß (22), der in der Körperbaugruppe (12) enthalten ist, wobei ,der Verschluß (22) die Kammer (40) festlegt; und
eine Hülse (24), die in dem Verschluß (22) gehalten wird, wobei der axiale Durchlaß (26) und der innere Hohlraum (30) in der Hülse (24) axial ausgeformt sind, wobei der äußere Hohlraum (32) ein ringförmiger Durch­ laß ist, der entlang dem Außenumfang der Hülse (24) ra­ dial ausgeformt ist, und wobei der abgemessene Durchlaß (34) in der Hülse (24) ausgeformt ist.

4. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der abge­ messene Durchlaß (34) eine Vielzahl radialer Schlitze aufweist.

5. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der abge­ messene Durchlaß (34) vier, um 90 Grad voneinander be­ abstandet angeordnete, radiale Schlitze aufweist.

6. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, die desweiteren eine Feder (42) aufweist, um die Gleiteinrichtung (28) zum Versperren des abgemessenen Durchlasses (34) in ei­ ne Versperrstellung zu drücken.

7. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gleit­ einrichtung (28) entlang dem Außenumfang eine Vielzahl radialer Aussparungen (44) umfaßt, wobei die Aussparun­ gen (44) den Druck zwischen der Kammer (40) und der je­ weiligen Einlaßöffnung (14) ausgleichen.

8. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Körper­ baugruppe (12) eine Vielzahl von Querverbindungsdurch­ lässen (16) zum Fluidverbinden von jeder der Einlaßöff­ nungen (14) mit jeder der jeweiligen Überlappungsbaugruppen (20) umfaßt.