DE2036199A1

DE2036199A1 - Speicher zur Dampfung einer Pumpendruck Schwingung

Info

Publication number: DE2036199A1
Application number: DE19702036199
Authority: DE
Inventors: Ken Hitachi Takenoshita Mitsuaki Katsuta Ichiryu, (Japan) P
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-07-23
Filing date: 1970-07-21
Publication date: 1971-02-11
Also published as: GB1313615A; FR2055443A5; CH512012A; US3672398A; JPS521126B1

Description

2Q3S189

Patentanwälte

Mn-. κ. _LA;_v._;p; ^
Ör.-lnr3._R. t

München 22,

81-15.923Ρ(15·924Η) 21.7-1970

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Speicher zur Dämpfung einer Pumpendruck-Schwingung

Die Erfindung betrifft einen Speicher zur Dämpfung einer Pumpendruck-Schwingung·

Die Erfindungsaufgäbe ist, einen Speicher der beschriebenen Art von höchster Wirksamkeit zu schaffen»

Einen Speicher zur Dämpfung einer Pumpendruck-Schwingung zu verwenden, ist wohlbekannt; aber in der Praxis ist es äußerst schwierig, die Schwingung wirksam zu dämpfen. Besonders bei Hydraulikpumpen, wie z. B₀ Zahnrad-, Flügel- und Kolbenpumpen, die mit einer Drucksehwingung von mehreren hundert Perioden pro Sekunde arbeiten, ist es nur in sehr wenigen Fällen gelungen, die Druckschwingung zu dämpfen.

8i-(Pos. 22.55O)-Bgn-r (7)

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Der Grund dafür ist hauptsächlich, daß die bekannten Speicher unter der falschen Annahme entworfen worden sind, daß die Bauart von Druckspeiehern oder Stoßdäapfungs-Speichern sich auf die Dämpfung hochfrequenter Pumpendruck-Schwingungen anwenden lassen«)

Denn die bekannten Speicher, deren Fassungsrauai von einigen Dutzend Kubikzentimetern bis zu einigen Dutzend Litern reicht, sind, wie in Fig. 1 gezeigt, zum Schutz« einer Gummimembran und zur Vergrößerung der Stoßdämpfung entworfen worden.

Fig. 1 zeigt die Bauart eines Speichers mit verhältnismäßig großem Volumen von etwa einem Liter. In ihr sind mit der Ziffer 1 eine Gummimembran bezeichnet, mit 2 ein Druckgefäß, mit 3 ein Rückschlagventil zum Schütze der Gummimembran, mit k eine Feder für das Rückschlagventil, mit 5 eine Gewindebohrung, die an eine Haupt-Rohrleitung anzuschrauben ist, und mit 6 ein Hals, durch den Öl von der Haupt-Rohrleitung in das Speicher-Druckgefäß und umgekehrt fließt. .

Bei der oben beschriebenen Bauform ist der wirksame Durchmesser des Halses 6 wegen des Rückschlagventils 3 und des dafür nötigen Ventilsitzes nur klein.

Fig. 2 seigt als Beispiel einen kleinen Speicher, sogenannten Geräuschdämpfer, der sum Schütze der Nadel eines Druckanzeigers gebräuchlich ist. In Fig. 2 ist mit 1* eine Gummimembran, mit 2' ein Druckgefäß, mit 3¹ eine an die Guramimembran zu deren Schütze angeklebte starre Platte, die sich an den den Ventilsitz 4" bildenden Teil der Innenwand des Druckgefäßes anlegt, und mit 5* eine an

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die Hauptleitung anzuschließende Bohrung bezeichnete Der wirksame Innendurchmesser des Halses 6* ist üblicherweise nur klein₀

£s ist durch Theorie und durch Versuche bewiesen, daß es fast unmöglich ist, eine hochfrequente Druckschwingung durch irgendeine jener beiden Bauarten zu dämpfen.

Die· wird im folgenden theoretisch, erläutert. Fig. ist ein schematisches Bild des Leitungskreislaufs einer Pumpe, in dem ein Speicher angeordnet ist, der die Pumpenschwingung vermindern und somit Schwingung und Lara der Leitung verhindern soll. Im Bild ist mit dem Bezugszeichen 11 die Pumpe, mit 12 eine Hauptleitung, mit 13 der Hals des Speichers, mit I¹* das Druckgefäß des Speichers, mit 15 die Gummimembran des Speichere, mit 16 die abgeschlossene Gaskammer des Speichers, mit 17 eine Drossel und mit 18 ein Sammelbehälter bezeichnet. Die Drossel ist so angeordnet, daß die Hydraulikleitung Arbeit leistet.

Wenn eine hochfrequente Pumpenschwingung durch einen Speicher gedämpft werden soll, müssen zwei Bedingungen erfüllt seint Erstens muß die Eigenfrequenz des Speicher-Systems nahe einer Hauptkomponente des Sohwingungsdruokee sein, und zweitens muß, da die Pumpendruok-Schwingungsfrequenz breit zu sein pflegt, das Schwingung·dämpfungsband so breit sein, daß es zwei oder drei Komponenten des Schwingungsdruckes dämpft. Zur ersten dieser Bedingungen sei erinnert, daß die die Eigenfrequenz des Speichers bestimmende Masse M, mit den Bezeichnungen der Hals-Abmessungen ausgedrückt, ungefähr

ist, worin j die Dichte des Öls, S der Querschnitt des

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Halses und L die wirksame Länge des Halses ist.

Die Federkonetante K des Speichers, mit den Bezeichnungen der Hai*-Abmessungen formuliert, ist

_(2)f

worin k der Pqlytropie-Exponent des eingeschlossenen Gases, ρ der herrschende mittlere Druck und V das Volumen das Gases beim Druck ρ ist.

Daher ist die Eigenfrequenz f des Speichere

Aus dieser Gleichung iet ersichtlich,- daß raan den Wert f groß wählen kaiasi₉ ind«« mmn dom Hai β quer schnitt S groß, die wirksam« Halsiäng® L klein und das Volumen des Gases beim Gasdruck ρ bei gegebenen Werten von ρ und φ klein wählt.

Das Ausmaß der Sehwingungsdxttek-Dämpfung ist in

Flg. 4 dargestellt® Wl® «rsichtlich,, ©rs©Sa®int das Dämpfungs-Band beiderseits der Eigenfrequenz ff des Speichere. Der Bereich dea Dämpfomge-Beuadee IKBt α leb. ausdrü@k®im als das Verhältnis zwischen einer B®%,w.tg@ffv@qn<gsi&%, ff.. , h©± d®r der Schwingtsügffiäruck mm 3 ^B gedämpft wird, und ®in®r Eigenfrequenz f , also al β _~X. _o
theoretisch durch die F©ra®i

*1 2f ^ _β C . V
ausgedrückt _s worim F dar

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■- 5 -

Strömungsgeschwindigkeit ist. Deshalb iat

F² =■ F \ OC. k . ρ .L² (5),

⁵·^{ν 8}T *.. c²

worin Od = r—- 1st.

l/e V

Denn man kann den Dämpfungsbereich verbreitern, indem man den Wert f^ klein macht, wenn der Vert f konstant oder, ander· gesagt, der Wert OC konstant ist, und

F
indem man den Wert —g— klein macht, wenn der in Formel

(5) unter dem Wurzelzeichen genannte Wert konstant ist. Dies bewfist, daß es wirksam ist, wenn man den Halsquerschnitt groß macht.

Aus dem Dargelegten ergibt sich, daß man, um den eingangs genannten zwei Bedingungen zu genügen, erstens den Hals weiter und kürzer machen und zweitens das Fassungsvolumen des Speichers möglichst groß machen muß, um den Dämpfungsbereich weiter zu machen.

Es hat sich durch Versuche bestätigt, daß das beste Ergebnis erreicht wird, wenn — ^ 0,5 und _· * 0,5 ist, worin d den Durchmesser des Spelcherhalses, D den Durchmesser der Leitung und L die Länge des Speicherhalses bezeichnen.

Wenn υ ■< 0,5 ist, werden die sekundären und die höheren Schwingungsdrücke nicht gedämpft, was sieh in der in Flg. 8 für υ s 0_tk gezeichneten Linie zeigt, und daher die angestrebte Wirkung nicht erreicht. Ferner wird bei

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τ)^>θ»5 die Eigenfrequenz des Speichere klein und daher aus ähnlichem Grund der erstrebte Effekt nicht erzielt·

Nach dem oben Dargelegten wird klar sein, daß die bekannten Speicher der in Fig. 1 und Figo 2 gezeigten Bauarten ungenügend sind, weil der HaJLsdurchmesser im Vergleich zum Leitungsdurohmeeeer äußeret klein ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 soheraatisch Speicher der bekannten Art,

Fig. 3 ein Schema einer Rohrleitungeanordnung mit dem Speicher,

Fig. k ein Diagramm mit einer theoretischen Kurve der Dämpfung durch d@n Speicher,

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Ausführung des erfindungegemäßen Speichers„

Fig. 6 eine Stirnaraeicht des metallenen Schutzgitters,

Fig. 7 einen Längsschnitt einer anderen Aueführungsart des erfindungsgemäßen Speichers,

Fig. 3 ein Diagramm der Sohwingungsd&iBpfungsergeb-

nisse an einer Zahnradpumpe mit Zahnrädern mit 16 Zähnen bei 1000 U/min₈ xmd zwar ohne Sohwin-

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gungsdämpfer, alt Schwingungsdämpfer alter Art nach Fig. 2 und alt erfindungsgemäßem Schwingungsdämpfer, ■

Fig. 9 einen Querschnitt durch die beim Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung benutzte Gummimembran.

In Fig. 5 und 7 bemeichnen die Bezugezeichen 20 ein nippelähnliohe· Stück einer DruokflUsaigkeit«-Leitung mit einem einstückig damit gegossenen Stutzen, der den Speicherhals 21 bildet. Diese einstüekige Bauart ist äußeret einfach und außerdem vollkommen leckdioht. Mit 22 ist ein am Halsetutzen angegossener Flanβoh und mit 23 ein in den Hohlraum A des Stutzens eingesetzte biegsame Gummimembran von U-förmlgem Längsschnitt bezeichnet| die Membran hat an ihrem offenen Ende einen Flansch 2k, Mit 25 ist ein Deckel mit darin gebohrtem Loch 26 für die Druckgaszufuhr und mit 27 ist ein in dieser Bohrung angeordnetes Rückschlagventil bezeichnet· Beim Zusammenbau des Speichers wird die Membran 23 in den Hohlraum A des Halses 21 gesteckt und sodann der Deckel 25 ·ο auf den Flansch 22 des Haisstutzena gelegt, daß die Membran zwischen Flansch und

Deckel eingeklemmt 1st, und mit Bolzen"28 zuβammengespannt, Danach wird durch das Loch 26 Gas hohen Druckes in den von der Membran 23 geschlossenen Raum eingeführt· Aa unteren Ende des Halses 21 1st ein Gitter 29 befestigt, z. B. angeschweißt, auf dem die Membran 23 alt ihrer Unterseite aufsitzt. Vie aus Fig. 6 ersichtlich, besteht das Gitter aus Kettdrähten a und Schußdrähten b. Dieses Gitter verhindert, daß die Membran zu sehr gedehnt wird und birst; es hilft, die Membranfläohe und somit den Halsquer-

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schnitt groß zu »eichen. Bei 30 sind ein den Enden des Rohr·tuck·· 20 Gewinde für den Anschluß der in Fig. 12 gezeigten Rohrleitung vorgesehen. Bei der beschriebenen Bauform ist das Verhältnis zwischen dem Hftl»durchmesser d und den Rohrleitungsdurchmesser D gleich 1, also 77 = 1.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung; dort sind gleiche Teile rait gleichen Bezugszeiohen wie in Flg. 5 versehen. Dort bezeichnet 31 den mit dem Rohrleitung·»tück gemeinsam gegossenen Haiestutzen. Dieser ist innen am Umfang bei 32 ausgehöhlt, und unterhalb dieser Aushöhlung ist ein ringförmiger Ventilsitz 33 vorgesehen· Im Hohlraum A des Halsetutzene 31 i«t die sackförmige Membran Jk Angeordnet· Die Uafasigawand des Gummisaeks Jh ist in Anpassung an die Aushöhlung ausw&rts gewölbt. An der Unterseite des Guraaiaaek®« Jk ist eine metallene Platte 35 angeklebtj diese hat, aaf dem Ventilsitz 33 aufsitzend, di© gleichen Aufgaben mud Wirkungen wie das Gitter 29 der vorher geschilderten B ata form.

Ferner beseitigt die Platte 35 den Nachteil des Gitters 29t ^{dftß di}· GumaimoBbran sieh durch die Maschen des Gitters hindurohwöltat und, wenn die M&sehen groß sind, zu bersten droht. Der Sitz 33 hat den Vorteil, daß die beim Einbau des Siebes 29 erforderliche müheaae Arbeit überflüssig wird. Dl« Bauform mit dem Sitz 33 wird nur dann angewendet, wenn die Metallplatte an der CkHetsiraenbran vorgesehen ist· Das Verhältnis des Halsdtarchmeseers d zum Leitungsdurohmeaser D ist bei dieser Bauart 1, also =: »

Fig. 8 ist ein Diagramm, das dl® B®zlehung zwischen. der Schwingung*frequenz und der Größe des gediüapften Sehwingungsdruckes zeigt, und zwar, wenn keim Speieher

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benutzt wird, wenn ein herkömmlicher Speicher benutzt wird und wenn ein erfindungsgemäßer Speicher, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, benutzt wird. Au· dem Diagramm geht klar hervor, daß der herkömmliche Speicher unwirksam gegen sekundäre und höhere Komponenten de· Schwingungedruckes, aber etwas wirksam gegen die Primärkomponenten des Schwingungsdruckes ist. Vie der Vergleich zeigt, dämpft der erfindungsgemäße Speicher die Primärkomponente um etwa 20 dB und die Sekundär- und Tertiärkomponenten um etwa 10 dB·

Fig. 9 zeigt die Bauart einer bei der Erfindung wirksam erwiesenen Gummimembran· Vie gezeichnet, ist die Vandstärke des Gummisackesam kleinsten im Scheitel kl der Auswärtswölbung der Umfangewand und nimmt von dort aufwärts und abwärts zu. Durch Verwendung dieser Bauform läßt sich die Steifheit des Gummisackes im ganzen und somit die im Gummi auftretende Beanspruchung vermindern. Ferner läßt sich die Wandstärke am Flansch kZ und an dem Teil kk, wo die Metallplatte k3 am Gummisack kO befestigt ist, genügend dick machen. Dauerversuche mit solchem Gummi sack haben erwiesen, daß der Sack für lange Lebensdauer geeignet 1st.

Man beachte, daß der Gummisack mit Gewebeeinlagen hergestellt werden kann; durch solches Material wird etwaige Überdehnung des Membraneacks beim Einlassen des Puffergases höchst wirksam vermieden.

Der erfindungsgemäße Speicher dämpft Pumpen«ehwingungen in sehr wirkungsvoller Weise und 1st von großem gewerblichem Wert.

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Claims

Patentansprüche

ft.J Speicher zur Dämpfung einer Puapendruck-Schwingung, der in einer Pumpendruckleitung angeordnet ist und eine sackförmige Gummimembran aufweist, die zwischen dem Rand eines Druckgefäßes und seinem Deckel eingespannt 1st und den Gefäßinnenraum in zwei Kammern teilt, in deren eine durch eine Einfüllbohrung Druckgas eingefüllt und deren andere mit der Pumpendruckleitung durch einen Hals verbunden 1st, dadurch gekennzeichnet _v daß das Verhältnis zwischen dem Durchmesser (d) des Halses und dem Durchmesser (D) der Pumpendrucklelt^ng nicht kleiner als 0,5 und das Verhältnis zwischen der Ltage (L) des Halses und den Durchmesser (d) der Pumpendruekleitung nicht größer als 0,5 ist.
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stuck (20) der Pumpendruckleitung, in der der Speicher angeordnet ist, und das Druckgefäß (21) ein einziges Stück bilden.
3· Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hubbegrenzung für die Gumaimeubran (23) im Hals ein metallenes Gitter (29) angeordnet 1st (Figo 5)
hm Speicher nach Anspruch 1 oder Z₉ zeichnet, daß zur Hubbegrenzung an dar eine Metallplatte (35) angeklebt ist* die auf (33) im Hals aufsitzt (F±g* 7U
5. Speicher nach ®ia©ta der

gekennzeichnet,- daß die UanfangswasKi- ύ@τ QmmmAm&EATmm. aus» wärts gewölbt und im Selneiiei (%1) der Wölfesaiag mm ist und von dort aufwärts nnd abwärts an Biek©

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Auszug

Es ist «in Speicher mua Einbau in di· Druckleitung •in«r Puape sur DHapfung einer Puapendruck-Sohwingong «u schaffen, der so gebavt ist, daß das Verhältnis xwlsohen dea Durchmesser d dmm Speicherhalse· und dea Leituncs-Durohaesser D nioht kleiner als 0,5» d· h. ^ * O_t5» and das Verhältnis swisohen der Lange L des Speioherhalses und des Leitunss-Derohsieseer D nicht grbQmr als O₉5, d. ^h« D * 0,5; let/

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