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Vorrichtung zum Entlüften und Auffüllen hydraulischer Systeme
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entlüften und Auffüllen
hydraulischer Systeme, in denen während ihres Betriebes ein pulsierender Druck herrscht,
welche Vorrichtung ein Reservoir für Hydraulikflüssigkeit bei Uberdruck und einen
Kanal zwischen dem Reservoir und dem System umfasst.
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Als Beispiele für derartige hydraulischen Systeme können flüssigkeitsgedämpfte
Wellenkupplungen und hydrostatische Bewegungsübertragungssysteme wie die in der
DT-PS 2.110.607 beschriebenen genannt werden. Aufgrund der Gefahr, dass Luft in
das System eindringt, ist es erforderlich, durch geeignet dimensionierte Kanäle
an einer oder mehreren Stellen des Systems Möglichkeit für eine Entlüftung zu schaffen.
Es ist bekannt, einen solchen Entlüftungskanal an ein Flüssigkeitsreservoir anzuschliessen,
aus dem Flüssigkeitsverluste durch den Kanal in denjenigen Perioden ausgeglichen
werden können, in denen der Druck im System niedriger als der Druck im Reservoir
ist. Wenn der Mittelwert des Druckes im hydraulischen System hoch ist, muss der
Flüssigkeitsdruck im Reservoir entsprechend hoch sein, und um diesen Druck aufrechtzuerhalten
sind oft zusätzliche Pumpen erforderlich, die das System verteuern und erhöhte Gefahr
für Funktionsausfälle bedeuten.
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Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht,
mit einem wesentlich niedrigeren Druck im Flüssigkeitsreservoir zu operieren als
nach der bekannten Technik, so dass das System billiger und betriebssicherer wird.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung is dadurch gekennzeichnet, dass
ein Teil des Entlüftungs- und Auffüllkanals als eine Düse ausgebildet ist, deren
Kontraktionskoeffizient für Flüssigkeitsdurchströmung
in Richtung
vom System zum Reservoir niedriger ist als für Flüssigkeitsdurchströmung in umgekehrter
Richtung.
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Durch eine Düse mit der vorgeschriebenen Ausgestaltung im Kanal zwischen
dem System und dem Reservoir wird erreicht, dass bei einem gegebenen Druckunterschied
der Mengenfluss der Flüssigkeit in Richtung des Systems grösser wird als in Richtung
des Reservoirs, und dies bewirkt, dass man mit einem niedrigeren absoluten Druck
im Reservoir - d.h. grösserem Druckunterschied an der Düse in denjenigen Perioden,
in welchen der Druck im System am höchsten ist, und kleinerem Druckunterschied in
denjenigen Perioden, in welchen der Druck im Reservoir am höchsten ist - trotzdem
sicherstellen kann, dass die Flüssigkeitsmenge, die in den letztgenannten Perioden
in das System hineinströmt, wenigstens genau so gross ist wie diejenige Menge, die
in den erstgenannten Perioden aus dem System ausströmt. Deshalb wird es möglich,
bei einem verhältnismässig niedrigen Flüssigkeitsdruck, der unter dem mittleren
Druck im hydraulischen System liegt, eine vollständige Füllung des Systems zu sichern
und damit die durch eingeschlossene Luft und die dadurch bewirkte, erhöhte Kompressibilität
der Hydraulikflüssigkeit verursachten Nachteile zu vermeiden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Düse einen kreiszylindrischen
Abschnitt, der auf der dem Reservoir zugekehrten Seite in einen konischen oder abgerundeten
Eintritt übergeht und auf der entgegengesetzten Seite von einer Kegelförmig zugespitzten
Wand umgeben ist, die von einer querverlaufenden Wand im Kanal wegragt. Mit dieser
Ausgestaltung kann man Werte für den Kontraktionskoeffizienten von 0,5-0,6 beim
Strömen vom System weg und praktisch von 1 beim Strömen zum System hin erreichen,
und da der Druckunterschied dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit proportional
ist, bedeutet dies, dass die Mengenflüsse zum System hin bzw. von diesem wecj gleich
gross werden, wenn der Druckunterschied in Richtung nach innen zwischen einem Viertel
und einem Drittel des Druckunterschiedes in Richtung nach aussen liegt. Ein Wert
für den Kontraktionskoeffizienten von 1 setzt theoretisch eine Abrundung der Kante
der
Düsenöffnung voraus, aber eine abgefaste Kante oder ein abgefaster
Eintritt ist herstellungstechnisch wesentlich einfacher und kann praktisch denselben
maximalen Wert für den Kontraktionskoeffizienten ergeben, z.B. bei einem Scheitelwinkel
von ca. 600 und einer Länge von ca. einem Drittel des Durchmessers des zylindrischen
Düsenabschnitts.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische
Zeichnung näher erklärt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine hydraulisch
gedämpfte Wellenkupplung mit Entlüftungs- und Auffüllvorrichtungen nach der Erfindung,
und Fig. 2 in grösserem Massstab einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
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Die in Fig. 1 veranschaulichte Wellenkupplung, die z.B. in Verbindung
mit einem Momentkompensator für eine Kolbenbrennkraftmaschine Anwendung finden kann,
ist, von den nachstehend beschriebenen Entlüftungs- und Auffüllvorrichtungen abgesehen,
von bekannter Ausgestaltung und wird deshalb hier nicht in ihren Einzelheiten beschrieben.
Die Kupplung umfasst einen hohlen inneren Rotor 1 und einen damit koaxialen äusseren
Rotor 2, die mit je einem der beiden zusammengekuppelten Maschinenteilen fest verbunden
sind. Die Rotoren 1 und 2 sind miteinander drehverbunden mit Hilfe einer Anzahl
radial verlaufender Blattfedern 3, die aufgrund ihrer Elastizität eine gewisse Winkelverschiebung
zwischen den Rotoren zulassen. Am inneren Rotor 1 ist zwischen je zwei benachbarten
Blattfedern 3 eine radiale Trennwand 4 befestigt, zwischen deren äusseren Kante
und der Innenseite des Rotors 2 ein kleiner Zwischenraum gelassen ist. Zwischen
den Federn 3 und den Wänden 4 werden Kammern 5 gebildet, die bei in Betrieb befindlicher
Kupplung mit öl gefüllt gehalten werden, das als Dämpfungsmittel dient. Jede Kammer
5 ist mit dem zentralen Hohlraum 6 im inneren Rotor 1 durch einen radial durch den
Rotor 1 verlaufenden Kanal 7 verbunden. Der Deutlichkeit halber zeigt Figur 1 nur
einen dieser Kanäle.
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Jeder Kanal 7 hat in seinem äusseren Ende eine Erweiterung 8, und
ein
Düseneinsatz 9 ist in der Erweiterung befestigt, z.B. wie in Fig. 2 gezeigt, mit
Hilfe zusammenwirkender Gewinde.
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Der Boden 10 des Einsatzes 9 hat eine zentrale Düsenbohrung 11 mit
einem kleineren Durchmesser als der in Richtung nach innen folgende Teil des Kanals
7. Das radial nach innen gekehrte Ende der Düsenbohrung 11 ist als konische Abfasung
bzw. konischer Eintritt 12 mit einem Scheitelwinkel von ca. 60° und einer axialen
Tiefe von ca. einem Drittel der Länge der Bohrung 11 ausgebildet. Auf der entgegengesetzten
Seite ist die Mündung der Düsenbohrung 11 von einem kegelförmig vorspringenden Abschnitt
13 der Bodenwand 10 umgeben, dessen Scheitelwinkel ca. 400 betragen kann und der
mit einer die Bohrungsmündung umgebenden scharfen Kante abschliesst. Der umgebende
Hohlraum 14 im Einsatz 9 hat vorzugsweise einen Durchmesser, der dem 3- bis 4-fachen
des Durchmessers der Bohrung 11 entspricht.
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Ein kreiszylindrischer Stift 15 ist in der Wand des Einsatzes 9 befestigt
und erstreckt sich quer über den Einsatz, wobei seine Achse rechtwinklig zur Achse
der Düsenbohrung 11 verläuft und diese Achse schneidet. Der Durchmesser des Stiftes
ist etwas grösser als der Durchmesser der Bohrung 11, und der kleinste Abstand vom
Stift zur scharfen Kante der Bohrung 11 ist grösser als die Hälfte des Durchmessers
der Bohrung.
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Der Hohlraum 6 im Rotor 1 ist an ein nicht eingezeichnetes Flüssigkeitsreservoir
angeschlossen, in dem bei in Betrieb befindlicher Kupplung ein gewisser ueberdruck
aufrechterhalten wird und das gleichzeitig zulässt, dass Luft, die aus den Kammern
5 durch die Kanäle 7 entweicht, das System verlassen kann. Falls während des Betriebes
der Kupplung infolge einer Reduktion der Volumina einiger der Kammern 5 aus den
betreffenden Kammern 5 Ol in den Hohlraum 6 und von dort aus weiter ins Reservoir
gedrückt wird, wird der Flüssigkeitsstrom durch die Düsenbohrung 11, der sich in
Fig. 2 von links nach rechts bewegt, einer starken Kontraktion ausgesetzt, und in
der Praxis sind bei den gezeigten Düsen Werte für den Kontraktionskoeffizienten
von ca. 0,6 und darunter festgestellt worden. Die starke Kontraktion bewirkt, dass
der
Mengenfluss bei einem gegebenen Druckunterschied zwischen der
Kammer 5 und dem Raum 6 nur gut halb so gross ist wie der Mengenfluss in entgegengesetzter
Richtung bei gleichem Druckunterschied, da infolge des gleichmässigen Uberganges
zwischen dem Kanal 7 und der Bohrung 11 durch den abgefasten Eintritt 12 in diesem
Fall der Kontraktionskoeffizient praktisch gleich 1 ist.
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Bei Strömen der Flüssigkeit vom Reservoir in Richtung des Systems
bremst der Stift 15 den austretenden Strahl und sichert dadurch, dass der Hohlraum
14 immer mit Flüssigkeit gefüllt ist, so dass eine Kavitation an der scharfen Düsenkante,
die zu Beschädigung der Düsenkante führen würde, nicht eintreten kann.
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Gleichzeitig beschützt der Stift die Kante der Düsenmündung gegen
mechanische Beanspruchungen. Die verstärkte Ablenkung des Stromes beim Strömen von
Flüssigkeit aus dem System zum Reservoir bewirkt eine kleine zusätzliche Reduktion
des Kontraktionskoeffizienten und damit eine Verstärkung der durch die Erfindung
angestrebten technischen Wirkung.
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Der gezeigte kreiszylindrische Querschnitt des Stiftes wurde in erster
Linie aus herstellungs- und montagetechnischen Gründen gewählt. Im Prinzip könnte
auch eine kreisförmige Scheibe oder ein beliebiges anderes Element, dessen Querschnitt
gleich dem Düsenquerschnitt oder grösser als dieser ist und das in geeignetem Abstand
vor der Düsenmündung angebracht ist, die gewünschte Ablenkung des sich durch die
Vorrichtung bewegenden Flüssigkeitsstromes bewirken.
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L e e r s e i t e