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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Hydraulikfluid und im Besonderen auf eine solche Dämpfungsvorrichtung, die in einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine verwendet wird.
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Hydraulikzylinder kommen weit verbreitet beispielsweise im Anlagenbau, insbesondere im Papiermaschinenanlagenbau zum Einsatz, um bewegbare Bauteile anzutreiben. Zum Ansteuern eines solchen Hydraulikzylinders in zumindest einer Richtung wird ein Hydraulikfluid, das von einer Druckquelle bereitgestellt wird, mit einem bestimmten Druck beaufschlagt und durch eine Rohrleitung zu dem Hydraulikzylinder geführt wobei die Druckbeaufschlagung zusätzlich mittels Ventilen gesteuert wird. Für den entgegengesetzten Betrieb des Hydraulikzylinders kann das Hydraulikfluid bei einem sogenannten einfachwirkenden Zylinder abgelassen werden, sodass ein Kolben des Hydraulikzylinders durch eine daran anliegende Last bewegt wird. Bei einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder wird hingegen der entgegengesetzte Betrieb des Hydraulikzylinders durch Aufbringen eines entsprechenden Hydraulikdrucks an einer kolbenstangenseitigen Kammer durchgeführt. Der Hydraulikzylinder, die Druckquelle, bspw. eine Pumpe, die Rohrleitung und die Ventile bilden Bestandteile eines Hydrauliksystems.
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Beim Betrieb des Hydrauliksystems treten Druckschwankungen bzw. Pulsationen im Hydraulikfluid auf, die beispielsweise durch den Pumpenbetrieb, das Schalten der Ventile oder auch eine an dem Kolben wirkende, schwingende Last eingebracht werden können. Je nach Hydrauliksystem können solche Pulsationen beträchtliche Ausmaße annehmen und zu einer Beschädigung des Hydrauliksystems führen. Besonders große Druckamplituden können erreicht werden, wenn sich Pulsationen überlagern oder wenn der Strom des Hydraulikfluids plötzlich gebremst wird. Dieser zuletzt genannte Fall wird auch als Druckstoß bezeichnet und tritt beispielsweise dann auf, wenn ein Steuerventil plötzlich geschlossen wird und das Hydraulikfluid beispielsweise durch den Pumpenbetrieb noch mit Druck beaufschlagt ist.
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Ein weiterer Fall, bei dem sehr starke Pulsationen erzeugt werden, tritt beim Betrieb schnell öffnender Walzen in Kalandern auf, deren doppeltwirkender Hydraulikzylinder zum schnellen Öffnen an einem entsprechenden Abschnitt im Zylinder mit Hydraulikdruck versorgt wird, bis der Kolben an einem Anschlag anschlägt. Ein solcher Kalander ist aus der
WO 97/42375 bekannt und wird im Folgenden kurz erörtert.
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1 der
WO 97/42375 zeigt einen Kalander, bei dem mehrere Walzen durch entsprechende Hydraulikzylinder im Betrieb nach oben gedrückt werden. Wie
2 der
WO 97/42375 zu entnehmen ist, sind die Hydraulikzylinder doppeltwirkende Zylinder, bei denen Hydrauliköl zum Anheben der Walzen und somit zum Schließen des Walzenspalts in eine Kammer an der dem Kolben abgewandten Seite eingebracht wird, und bei denen zum Öffnen des Walzenspalts ein Hydrauliköl in eine Kammer an der Seite des Kolbens eingebracht wird. Die kolbenseitigen Kammern sind hydraulisch mit einem Solenoidventil
31 verbunden, das dann betätigt wird, wenn beispielsweise mittels. eines geeigneten Sensors ein Reißen der Papierbahn festgestellt wird und ein schnelles Öffnen der Walzenspalte erforderlich ist. Gleichzeitig wird ein Solenoidventil
35 betätigt, um die dem Kolben abgewandte Kammer von der Druckquelle zu trennen und das dort vorhandene Hydraulikfluid in einen Tank zu entlasten. Somit liegt an der kolbenseitigen Kammer ein Hydraulikdruck an, der die an dem Kolben wirkende Last dabei unterstützt, das Hydrauliköl aus der dem Kolben abgewandten Kammer herauszubefördern. Wenn die Bewegung des Kolbens bei vollständig geöffnetem Walzenspalt plötzlich anhält, liegt immer noch der Hydraulikdruck an der kolbenseitigen Kammer an, kann aber nicht mehr in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Dies führt zu einem plötzlichen Anstieg des Drucks, der sich im hydraulischen System als Pulsation fortpflanzt und dort beträchtliche Schäden anrichten kann.
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Es besteht daher Bedarf dazu, solche Pulsationen zu dämpfen, um eine Beschädigung des Hydrauliksystems zu verhindern. Diesbezüglich ist es bekannt, zur Steuerung der dynamischen Dämpfung des Hydraulikzylinders das Rohrsystem entsprechend auszulegen bzw. zu dimensionieren und/oder ein seitliches Rohr zu einem langen, separaten Dämpfungsrohr hinzuzufügen. Dadurch wird das Rohrsystem jedoch sehr lang und benötigt bei der Befestigung am Rahmen des Kalanders viel zusätzlichen Bauraum und es ist aufwändig, diese zusätzliche Rohrlänge sicher und stabil am Rahmen zu befestigen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Hydraulikfluid zu schaffen, mit der ein unnötig langes Rohrsystem und entsprechend vergrößerter Bauraum vermieden werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Hydraulikzylinder mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Hydraulikfluid hat einen ersten einseitig geschlossenen Rohrabschnitt, der schraubenförmig gewunden ist. Durch das schraubenförmige Winden des einseitig geschlossenen Rohrabschnitt kann dieser trotz einer zum Dämpfen erforderlichen, beträchtlichen Länge auf platzsparende Weise angeordnet werden. Bei üblichen Anwendungen solcher dämpfenden Rohrabschnitte wird beispielsweise eine Rohrlänge zwischen 10 und 100 m benötigt. Durch das schraubenförmige Anordnen des Rohrabschnitts, kann diese Rohrlänge an einem Platz untergebracht werden, der deutlich kürzer als die benötigte Rohrlänge ist.
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Die Dämpfungsvorrichtung kann ferner einen zweiten einseitig geschlossenen Rohrabschnitt haben, der schraubenförmig gewunden ist. Dadurch kann weitere dämpfende Rohrlänge auf ähnliche Weise wie bei dem ersten Rohrabschnitt zur Verfügung gestellt werden.
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Der zweite Rohrabschnitt ist vorzugsweise radial innerhalb des ersten Rohrabschnitts angeordnet. Auf diese Weise wird der Bereich radial innerhalb des ersten schraubenförmig gewundenen Rohrabschnitts auf platzsparende Weise für den zweiten schraubenförmig gewundenen Rohrabschnitt verwendet.
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Die Dämpfungsvorrichtung kann ferner einen dritten einseitig geschlossenen Rohrabschnitt haben, der schraubenförmig gewunden ist und radial innerhalb des zweiten Rohrabschnitts liegt. Auf diese Weise wird der Bereich radial innerhalb des zweiten schraubenförmig gewundenen Rohrabschnitts auf platzsparende Weise für den dritten schraubenförmig gewundenen Rohrabschnitt verwendet.
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Die Rohrabschnitte haben vorzugsweise unterschiedliche Rohrlängen. Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit der Frequenzen der zu dämpfenden Schwingungen auf geeignete Weise abgestufte Rohrlängen zuzuschalten.
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Vorzugsweise ist der Rohrdurchmesser eines weiter innen liegenden Rohrabschnitts kleiner als der Rohrdurchmesser eines weiter außen liegenden Rohrabschnitts. Dadurch lassen sich die innen liegenden Rohrabschnitte leichter herstellen, da Rohre mit größerem Rohrdurchmesser für einen größeren Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung leichter hergestellt werden können. Demgegenüber lassen sich Rohre mit kleinerem Rohrdurchmesser leichter für einen kleineren Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung herstellen.
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Weiter vorzugsweise hat die Dämpfungsvorrichtung eine für die Rohrabschnitte gemeinsam vorgesehene Magnetventilanordnung, mit der die Rohrabschnitte jeweils parallel zu einander oder in Reihe mit einander zu einem zu dämpfenden System zugeschaltet werden können. Dadurch können verschiedenen Rohrabschnitte mit jeweils verschiedenen oder gleichen Rohrlängen in Reihe oder parallel zugeschaltet werden, sodass insgesamt verschiedene wirksame Rohrlängen mit lediglich einem Magnetventildruckverlust ausgewählt werden können.
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Vorzugsweise ist jeweils in Radialrichtung zwischen zwei Rohrabschnitten ein Stützelement angeordnet. Somit können die Bewegungen der Rohrabschnitte in Radialrichtung auf geeignete Weise abgestützt werden und die Rohrabschnitt können relativ zueinander positioniert werden.
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Weiterhin ist vorzugsweise radial innerhalb des innersten Rohrabschnitts ein Stützelement angeordnet. Somit kann der innerste Rohrabschnitt positioniert werden, wobei die Abstützung der Rohrabschnitte in Radialrichtung weiter verbessert wird.
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Ferner hat die Dämpfungsvorrichtung vorzugsweise eine Heizeinrichtung zum Heizen des Rohrabschnitts bzw. der Rohrabschnitte. Somit kann durch Erwärmen des Fluids dessen Viskosität verringert werden und auf diese Weise kann die Fluidreibung verringert werden, sodass die Leistungsfähigkeit der Dämpfungsvorrichtung verbessert wird.
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Ferner hat die Dämpfungsvorrichtung vorzugsweise eine Anschlussleiste, in die die Magnetventilanordnung eingegliedert ist und die einen Anschluss zum Anschließen des zu dämpfenden Systems sowie mindestens einen Rohrabschnittanschluss zum Anschließen des Rohrabschnitts bzw. der Rohrabschnitte aufweist. Somit wird für die ineinander angeordneten Rohrabschnitte lediglich eine einzige Anschlussleiste benötigt, die zusammen mit der Magnetventilanordnung eine gemeinsame Einheit bildet und direkt an die jeweiligen Rohrabschnitte gefügt werden kann, ohne dass zusätzliche Rohrrichtungswechsel erforderlich sind. Eine geringere Anzahl an Rohrrichtungswechseln verringert den Druckverlust im System und erleichtert das Ablassen von Luft aus dem System.
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Vorzugsweise sind die Stützelemente fest mit der Anschlussleiste verbunden. Somit wird ein kompakter und steifer Aufbau erhalten, bei dem unerwünschte, durch den Fluiddruck hervorgerufenen Bewegungen der Rohrabschnitt insbesondere in Radialrichtung unterbunden werden können.
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Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung ermöglicht durch die schraubenförmige Ausbildung der Rohrabschnitte eine besonders kompakte Bauweise. Insbesondere dann, wenn die Dämpfungsvorrichtung wegen der benötigten Rohrlänge sehr hoch werden würde, kann durch Aufteilen auf mehrere schraubenförmig ausgebildete Rohrabschnitte und durch ineinander Anordnen dieser Rohrabschnitte eine sehr kompakte Bauweise erhalten werden. Ein einzelner, hoher, schraubenförmiger Rohabschnitt mit der benötigten Rohrlänge wäre für Schwingungen in verschiedenen Richtungen anfällig, wodurch die Effizienz des Systems beeinträchtigt würde. Das Aufteilen in mehrere ineinander angeordnete Rohrabschnitte, die verschiedene Durchmesser ihrer schraubenförmigen Anordnung haben, bringen eine höhere Stabilität hervor und können durch die Stützelemente einfacher abgestützt werden. Dies macht das System leistungsfähiger, insbesondere auch deshalb, weil die Dämpfungsvorrichtung leichter in der Nähe des zu dämpfenden Systems (des Hydraulikzylinders) am Maschinenrahmen untergebracht werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist die parallel schaltbare Anordnung der Rohrabschnitte. Insbesondere bei einer in Reihe schaltbaren Anordnung von Rohrabschnitten, die nicht ineinander sondern nebeneinander angeordnet sind, sind nach jedem schraubenförmigen Rohranschnitt zusätzliche Komponenten erforderlich, etwa jeweils ein eigener Ventilblock samt Magnetventil sowie zusätzliche Bohrungen im Ventilblock, die dazu dienen, das Druckniveau und andere erwünschte Funktionen zu handhaben. Diese zusätzlichen Komponenten bringen jeweils einen eigenen Beitrag zum gesamten Druckverlust mit sich und erschweren das Entlüften des Systems beim Hochfahren. Das Entlüften des Systems ist dazu erforderlich, das System leistungsstark zu machen, wobei Luftblasen insbesondere von jedem Rohrrichtungswechsel und jedem Ventilblock beseitigt werden muss. Im Gegensatz zu nebeneinander angeordneten Rohrabschnitten mit den zusätzlichen erforderlichen Rohrrichtungswechseln und Ventilblöcken kann mit der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung auf unnötige, zusätzliche Ventilblöcke und Rohrrichtungswechsel verzichtet werden, wodurch das Entlüften des System vereinfacht und das Gesamtsystem leistungsstärker wird.
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Im folgenden Verlauf wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Ansicht einer Dämpfungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und
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2 eine schematische Draufsicht der Dämpfungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Die in 1 gezeigte Dämpfungsvorrichtung 1 hat drei in Radialrichtung ineinander angeordnete Rohrabschnitte 2, 3, 4, die jeweils schraubenförmig ausgebildet sind. Jeder Rohrabschnitt 2, 3, 4 hat somit mehrere Windungen mit Durchmessern, die für den jeweiligen Rohrabschnitt im Wesentlichen gleich sind. Dabei hat der äußerste Rohrabschnitt 2 den größten Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung, der mittlere Rohrabschnitt 3 hat einen kleineren Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung als der äußere Rohrabschnitt 2, und der innerste Rohrabschnitt 4 hat einen kleineren Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung als der mittlere Rohrabschnitt 3.
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Die abgewickelten Rohrlängen der Rohrabschnitte 2, 3, 4 können auf geeignete Weise so aufgeteilt werden, dass sie zusammen eine für das Dämpfen der Schwingungen benötigte Gesamtlänge haben. Beispielsweise benötigt ein Zylinder Ø32/20-1440 eine Gesamtlänge von 96 Metern Rohrlänge, die dem Zylinder durch die Dämpfungsvorrichtung 1 hinzugefügt werden. Vorzugsweise wird diese Gesamtlänge derart auf die drei Rohrabschnitte 2, 3, 4 aufgeteilt, dass die Bauhöhe der schraubenförmig ausgebildeten Rohrabschnitte 2, 3, 4 von Außen nach Innen gesehen in der Radialrichtung der Rohrabschnitte größer wird, sodass der innersten Rohrabschnitt 4 in der Seitenansicht von den anderen Rohrabschnitten 2, 3 vorragt.
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Jeder Rohrabschnitt 2, 3, 4 ist an seinem in 1 oberen Ende geschlossen und bildet somit einen einseitig geschlossenen Rohrabschnitt. An dem in 1 unteren Ende hat jeder Rohrabschnitt 2, 3, 4 einen um 90° gebogenen Richtungswechslungsabschnitt, dessen offenes Ende mit einem zugehörigen Magnetventil 10, 11, 12 verbunden. Die Magnetventile 10, 11, 12 sind jeweils in einer gemeinsamen Anschlussleiste 8 untergebracht und können von beliebiger Bauart sein. Sie können beispielsweise von der In-line-, Sandwich- oder Cartrdige-Bauart sein. Als ein konkretes Beispiel kann ein Magnetventil des Modells „DTDA-MCN-224” der Firma SUN HYDRAULICS angegeben werden.
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Die Anschlussleiste 8 hat einen Anschluss 9, an den das zu dämpfende System, also beispielsweise ein Hydraulikzylinder, angeschlossen werden kann. Der Anschluss 9 verbindet das zu dämpfende System mit einer Bohrung im Inneren der Anschlussleiste 9, die wiederum mit entsprechenden Eingangsanschlüssen der Magnetventile 10, 11, 12 verbunden ist. Ausgangsanschlüsse der Magnetventile 10, 11, 12 sind jeweils mit den zugehörigen, offenen Enden der Rohrabschnitte 2, 3, 4 in Verbindung.
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Das Magnetventil 10 kann so geschaltet werden, dass es den Anschluss 9 mit dem Rohrabschnitt 2 und/oder dem Eingangsanschluss des Magnetventils 11 in Verbindung bringt. Das Magnetventil 11 kann so geschaltet werden, dass es den Anschluss 9 mit dem Rohrabschnitt 3 in Verbindung bringt. Das Magnetventil 12 kann so geschaltet werden, dass es den. Anschluss 9 mit dem Rohrabschnitt 4 in Verbindung bringt.
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Somit kann der Anschluss 9 und somit das zu dämpfende System mit jedem Rohrabschnitt 2, 3, 4 einzeln oder mit einer beliebigen Kombination von Rohranschnitten 2, 3, 4 in Verbindung gebracht werden. Insbesondere kann der Anschluss 9 mit allen drei Rohrabschnitten 2, 3, 4 in Verbindung gebracht werden. Dabei sind die Rohrabschnitte 2, 3, 4 jeweils parallel zueinander geschaltet.
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Auf diese Weise ist es möglich, je nach Erfordernis, eine geeignete Rohrlänge zum Zwecke der Dämpfung durch entsprechendes Schalten der Ventile 10, 11, 12 zu dem zu dämpfenden System hinzuzufügen.
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Ferner sind zwischen den Rohrabschnitten 2 und 3 und zwischen den Rohrabschnitten 3 und 4 jeweils ringförmige Stützelemente 5, 6 vorgesehen, die mit der Anschlussleiste 8 fest verbunden sind. Im Inneren des innersten Rohrabschnitts 4 ist ferner ein säulenartiges Stützelement 7 vorgesehen, das ebenso mit der Anschlussleiste 8 fest verbunden ist. Diese Stützelemente 5, 6, 7 halten die Rohrabschnitte 2, 3, 4 sicher in ihrer gewünschten Einbaulage und verhindern zudem, dass die Rohrabschnitte 2, 3, 4 während des Betriebs ungewünschte Bewegungen infolge von Druckänderungen vollziehen.
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Gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels können die Rohrabschnitte 2, 3, 4 auch in Reihe schaltbar sein. Dazu sind die jeweiligen oberen Enden der Rohrabschnitte mittels zusätzlicher Rohrlänge nach unten zu führen und mit den Eingangsanschlüssen des folgenden Magnetventils zu verbinden. Mit Bezug auf 1 und 2 wäre gemäß dieser Modifikation das obere Ende des Rohrabschnitts 2 mit dem Eingangsanschluss des mittleren Magnetventils 11 zu verbinden und das obere Ende des mittleren Rohrabschnitts 3 wäre mit dem Eingangsanschluss des Magnetventils 12 zu verbinden. Entsprechend hätte diese Magnetventile 10, 11, 12 keine eigenen Ausgangsanschlüsse, die jeweils mit dem nächsten Magnetventil verbunden sind.
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Allerdings erhält man bei dieser Modifikation zusätzliche Rohrrichtungswechsel beim Verbinden des oberen Endes des jeweiligen Rohrabschnitts, mit dem entsprechenden nächsten Ventil. Dies führt zu höheren Druckverlusten und zu einem schlechteren Entlüftungsverhalten. Von diesem Gesichtspunkt ist das Ausführungsbeispiel daher vorzuziehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 97/42375 [0004, 0005, 0005]
