DE4023709A1 - Vorrichtung zur absorption von druckpulsationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Absorption von Druckpulsationen und anderen Schwingungen in druckmittelbe­ aufschlagten, insbesondere hydraulischen Systemen, mit min­ destens einer im druckbeaufschlagten Verbraucherzulaufstrom angeordneten Dämpfungskammer mit Eingangs- und Ausgangs­ bohrungen.

Eine derartige Anordnung ist durch die DE 38 08 901 A1 und DE 39 15 781 A1 bei hydraulischen Radialkolbenpumpensystemen für Kraftfahrzeuge bekannt geworden. Sie dient dazu, die pumpenbedingten Druckschwankungen im Ausgangskreis der Pumpe, d. h. den Ungleichförmigkeitsgrad des Zulaufstromes zum Verbraucher, zu verringern. Diese Druckschwankungen übertragen sich letztlich auf das Stellglied, z. B. auf das Bremspedal eines Kfz bei Anwendung in einem Lenkhilfsystem (Servolenkung). Die Dämpfungskammern der bekannten Anordnun­ gen besitzen im wesentlichen einen zylindrischen Innenraum, der durch sein verhältnismäßig großes Volumen als Sammelraum für die Hydraulikflüssigkeit dient und die Druckschwankungen dämpft.

Neben den vom Druckerzeuger (meist eine Pumpe) prinzipbe­ dingt erzeugten Pulsationen bewirken - generell gesehen - auch Schalt-, Steuer- und Regelvorgänge Druckpulsationen in pneumatischen bzw. hydraulischen Systemen. Ferner wirken über die Verbraucher von außen Kräfte auf Baugruppen des Druckmittelkreises ein, z. B. auf hydraulische Motoren, Zylinder, Ventile, die, umgewandelt als Pulsationen, im Druckmittelkreis wirksam werden. Es treten daher generell in pneumatischen und hydraulischen Systemen Pulsationen, Schwingungen, Luft- und Körperschall mit unangenehmen Fre­ quenzen und erheblichen Amplituden, erzeugt von Pumpen oder von anderen Pulsations- oder Schwingungserzeugern, auf. Sie können Zerstörungen, Defekte, Funktionseinbußen und Ge­ brauchsminderungen infolge störender Geräusche und Schwin­ gungen an Meßmitteln sowie Funktionsüberwachungselementen und eine verkürzte Lebensdauer der Aggregate sowie auch eine Geräusch- und Schwingungsbelästigung in Maschinenhallen, Werkstätten, Büros und Fahrzeugen bewirken.

Die Probleme wurden bisher speziell für die einzelnen Produkte gelöst, beispielsweise für Radialkolbenpumpen­ systeme in Kfz-Anlagen gem. den eingangs genannten Schrif­ ten. Diese zumeist primären und individuellen Maßnahmen sind technisch und kostenmäßig unbefriedigend und führen in der Regel auch nur zu einer Teillösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs bezeichneten Anordnung eine Dämpfungskammer zu schaffen, die universell einsetzbar, ggf. auch nachrüstbar ist und die eine gute und preiswerte Geräusch- und Pulsationsminderung gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Dämpfungskammer einen im wesentlichen kugel- oder eiförmigen Innenraum und eine schalldämpfende mehrschichtige Ummantelung besitzt, und daß die Ein- und Ausgangsbohrungen gegenüberliegend versetzt zueinander angeordnet sind.

Der Hohlraum mit kugel- bis eiförmiger Gestalt und versetz­ ten Ein- und Ausgangsbohrungen bewirkt, daß eindringende Pulsationen ständig reflektiert sowie gebrochen werden und sich gegenseitig auslöschen.

Damit sich Luft- und Körperschall nicht ungehindert von der Druck-Eingangsseite auf die Verbraucherseite fortpflanzen kann, ist eine mehrschichtige Ummantelung der Dämpfungs­ kammer vorgesehen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist damit eine wirksame und preiswerte Pulsationsminderung möglich, eine Anordnung, die universell einsetzbar und auch in bestehende Anlagen nachrüstbar ist.

Eine besonders wirksame Pulsationsminderung läßt sich nach einem ausgestaltenden Merkmal der Erfindung dadurch erzielen, daß drei Dämpfungskammern axial fluchtend hintereinander geschaltet und die Ein- bzw. Ausgangsbohrungen jeweils axial versetzt angeordnet sind.

Zur Verminderung der Druckpulsationen des Druckerzeugers durch Rückkopplung in der Dämpfungskammer ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß die dem Druckerzeuger zugeord­ nete Eingangsbohrung der Dämpfungskammer einen verhältnis­ mäßig großen Querschnitt aufweist.

Eine besonders wirksame Ummantelung der Dämpfungskammern er­ gibt sich dadurch, daß die Dämpfungskammern in axial auf­ einanderfolgenden Blöcken ausgeformt sind, die über Dichtan­ ordnungen miteinander verbunden sind, von denen die beiden äußeren jeweils einen koaxial zueinander verlaufenden topf­ artigen Fortsatz besitzen. Zur Verstärkung der radialen Schallverminderung ist zweckmäßig zwischen den topfartigen Fortsätzen mindestens ein sich axial erstreckender Ringraum vorgesehen, in dem ein Unterdruck herstellbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung so­ wie Vorteile ergeben sich anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles in Form einer mehrstufigen Dämpfungskammer in einem hydraulischen System.

Die einzige Figur der Patentzeichnung zeigt drei kugelför­ mige, hintereinandergeschaltete Hohlräume, die Kugelkammern 1, 2, 3 eines Dämpfungskörpers in einem hydraulischen System, die mit einer mehrschichtigen Ummantelung umgeben sind. Die Kugelkammer 1 steht über eine verhältnismäßig große Ein­ gangsbohrung 4 mit einer druckbeaufschlagten Leitung in Ver­ bindung, über die die Druckpulsationen bzw. Schwingungen übertragen werden. Aufgrund der großen Eingangsbohrung ist die Druckverbindung vom Druckerzeuger (z. B. Pumpe) bis zur Kugelkammer 1 als einteiliger Druckzuführraum zu sehen.

Über die Eingangsbohrung 4 tritt daher - wie mit dem Pfeil gekennzeichnet - das pulsierende Druckmedium in den Dämpfungskörper ein. Die Kugelkammer 1 steht über die Aus­ gangsbohrung 5 mit der Eingangsbohrung 6 der Kugelkammer 2 in Verbindung. Entsprechend ist die Kugelkammer 2 über die Ausgangsbohrung 7 mit der Eingangsbohrung 8 der Kugelkammer 3 verbunden. Im Übergangsbereich der Bohrungen befindet sich jeweils eine Querschnittsverengung, die zu einer Bedämpfung der Schwingungsfronten beiträgt. Am Ausgang 9 der Kugel­ kammer 3 tritt das pulsationsarme Druckmedium aus dem Dämpfungskörper aus und in den Verbraucherzulauf ein.

Die Eingangs- und Ausgangsbohrungen jeder Kugelkammer sind - wie auch in der Zeichnung zu erkennen ist - axial versetzt zueinander angeordnet.

Druckpulsationen, welche von einem (nicht dargestellten) Druckerzeuger verursacht werden, werden in die mit der großen Eingangsbohrung 4 versehene Kugelkammer 1 hineinge­ führt. In dieser Kugelkammer erfolgt ein Teilabbau der ein­ treffenden Druckpulsationen. Die Wirkung des kugelförmigen Hohlraums besteht nämlich darin, daß eintretende Druck­ pulsationen sich nach allen Seiten fortpflanzen. Beim Auf­ treffen auf den Hohlraummantel werden sie entsprechend ihres Einfallwinkels reflektiert und zurückgeworfen. Dieser Vor­ gang wiederholt sich ständig. Dabei ist davon auszugehen, daß in der Mehrzahl Pulsationsspitzen auf Pulsationstäler treffen und sich somit gegenseitig aufheben. Aufgrund der großen Eingangsbohrung 4, die den einteiligen Druckzuführ­ raum zum Druckerzeuger herstellt, wird auch die Druck­ pulsation vom Druckerzeuger in die Kugelkammer 1 infolge Rückkopplung bereits stark vermindert, d. h. auch durch die verminderte Druckpulsation im Druckzuführsystem selbst wird die Atmungsarbeit bis rückwärts in den Druckerzeuger hinein vermindert. Der hierdurch erzeugte Luftschall reduziert sich ebenfalls. Durch die Kugelkammer 1 tritt daher bereits eine Geräuschreduzierung durch verminderte Atmungsarbeit im Inneren und an der Oberfläche des Druckerzeugers ein.

Um den direkten Durchgang von Druckpulsationen zu vermeiden, sind Eingangs- und Ausgangsbohrung 4 bzw. 5 der Kugelkammer 1 gegeneinander versetzt angeordnet. Dies dürfte außerdem das Absorptionsverhalten noch verstärken.

Über die Eingangsbohrung 6 tritt das bereits gedämpfte, je­ doch noch pulsierende Druckmedium in die Kugelkammer 2 ein. Hierbei erfolgt entsprechend dem erläuterten Prinzip ein weitergehender Pulsationsabbau infolge Todlaufens der Druck­ wellen im Zentrum der Kugel. Die Ein- und Ausgangsbohrung 6 bzw. 7 dieser Kugelkammer 2 sind aus den zuvor erwähnten Gründen ebenfalls versetzt angeordnet.

Ein restlicher Pulsationsabbau der die Kugelkammer 2 noch passierenden Schwingungen, erfolgt in der Kugelkammer 3, in die das Druckmedium über die Eingangsbohrung 8 eintritt. Diese Kugelkammer 3 dient allerdings primär dazu, vom Ver­ braucher kommende direkte Pulsationen (z. B. von hy­ draulischen Motoren, Zylindern, Ventilen usw.) bzw. indirekt verursachte Pulsationen (so z. B. auf vorgenannte hy­ draulische Bauelemente wirkende äußere Kräfte) weitgehend zu eliminieren. Die Wirkungsweise ist dabei entsprechend der­ jenigen der Kugelkammern 1 und 2.

Die mehrstufige Kugelkammeranordnung nach der Figur der Pa­ tentzeichnung bewirkt daher eine sehr starke Dämpfung der Druckpulsationen im Druckmedium.

Dennoch ist die in der Patentzeichnung dargestellte Ausfüh­ rungsform als ein Ausführungsbeispiel zu verstehen. Die Aus­ führung des erfindungsgemäßen Pulsations-Dämpfungskörpers kann auch in seiner einfachsten Form aus einer einzigen Ku­ gel bestehen. Diese Kugel kann ggf. den spezifischen Anfor­ derungen entsprechend etwas modifiziert ausgeführt sein. Ebenso müssen die Kugelkammern nicht unbedingt axial hin­ tereinander angeordnet sein, wenn z. B. spezifische Anfor­ derungen (Einbauverhältnisse) nur eine andere Körperkontur zulassen.

Die Kugelkammern 1 bis 3 sind in vier Blöcken des Dämpfungs­ körpers, die untereinander über Dichtringe 13 verbunden sind, ausgeformt. So ist die Kugelkammer 1 in dem Kopfteil 10, welches vorzugsweise aus Leichtmetall besteht, und dem inneren Block 11, der vorzugsweise durch ein mehrschichtiges Kunststoffmaterial gebildet wird, enthalten. Die Kugelkammer 2 ist in entsprechender Weise in den Blöcken 11 und 12 aus­ geformt, wobei letzterer ebenfalls vorzugsweise aus einem mehrschichtigen Kunststoff aufgebaut ist. Die Kugelkammer 3 schließlich befindet sich in den Blöcken 12 und 15, wobei letzterer topfartig ausgebildet ist und vorzugsweise eben­ falls aus einem mehrschichtigen Kunststoff besteht. Die Blöcke sind in einer topfförmigen Aufnahme 16 aus Leichtme­ tall gehaltert, die über eine Klebung 17 mit dem Block 15 verbunden ist. Zwischen dem kopfseitigen Block 10 und den inneren Blöcken 11 bzw. 12 einerseits und dem topfartigen Block 15 andererseits bestehen Ringkanäle 18, die über einen Anschluß 14 mit einem Unterdruckerzeuger verbindbar sind. Der Unterdruckerzeuger kann beispielsweise der Ansaugkrümmer bzw. der Vergaser eines Kfz-Motors oder die Ansaugverengung einer Pumpe usw. sein. Die beschriebene Ummantelung der Ku­ gelkammer dient dazu, daß vom Pulsationserzeuger kommender Körperschall nicht über den Dämpfungskörper weitergeleitet wird. Deshalb ist das Gehäuse des Dämpfungskörpers sowohl in Durchflußrichtung als auch radial nach außen hin mehr­ schichtig aufgebaut. Beim axialen Durchlauf z. B. muß der Körperschall zuerst eine Metallschicht durcheilen. Als nächstes wird er durch einen Kunststoffteil geleitet, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationen stark re­ duziert bzw. verändert wird. Der in die Kugelkammern noch eindringende Körperschall bzw. der hier noch indirekt über Pulsations-/Atmungsarbeit verursachte Körperschall wird, ebenso auch in radialer Richtung, vermindert. Hierbei wird der auftretende Luftschall primär durch den die Kugelkammern ringförmig umschließenden Unterdruckraum 18 absorbiert. Ebenso wirkt dieser Unterdruckraum dämpfend auf den Körper­ schall. Im dargestellten Ausführungsbeispiel müssen z. B. die Körperschalldruckwellen insgesamt fünf verschiedene Schichten (die Kugelkammerschalen mitgerechnet) durchdringen. Die An­ zahl und Reihenfolge der Schichten ist vom Fachmann jeweils in einer entsprechenden Untersuchung für den jeweiligen An­ wendungsfall spezifisch zu ermitteln und festzulegen.

Das Grundprinzip der mehrschichtigen Ummantelung besteht da­ her darin, daß auftretender Körper- und Luftschall beim Durcheilen der unterschiedlichen Schichten jeweils seine Schallausbreitungsgeschwindigkeit ändern muß; zudem wird er an den Grenzflächen gebrochen. Er verliert somit Energie. Unterstützt wird dieser Effekt durch das weitgehende Fehlen von Luft im Unterdruckraum 18. Außerdem kann über die Schichtung die Frequenz des dennoch nach außen dringenden Schalls beeinflußt werden, derart, daß sie für den Benutzer erträglicher ist.

Claims (8)

1. Anordnung zur Absorption von Druckpulsationen und an­ deren Schwingungen in druckmittelbeaufschlagten, insbe­ sondere hydraulischen Systemem, mit mindestens einer im druckbeaufschlagten Verbraucherlaufstrom eingeschalteten Dämpfungskammer mit Eingangs- und Ausgangsbohrungen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskam­ mer (1, 2, 3) einen im wesentlichen kugel- oder eiförmigen Innenraum und eine schalldämpfende mehrschichtige Um­ mantelung (10, 11, 12, 15) besitzt, und daß die Ein- und Ausgangsbohrungen (4 bis 9) gegenüberliegend versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Dämpfungskammern (1 bis 3) axial fluchtend hintereinander geschaltet und die Ein- bzw. Ausgangsbohrungen (4 bis 9) jeweils axial ver­ setzt angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dem Druckerzeuger zugeordnete Eingangsbohrung (4) der Dämpfungskammer (1) einen ver­ hältnismäßig großen Querschnitt aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dämpfungskammern (1 bis 3) in axial aufeinanderfolgenden Blöcken (10, 11, 15) ausgeformt sind, die über Dichtanordnungen (13) miteinander verbun­ den sind, von denen die beiden äußeren (10, 15) jeweils einen koaxial zueinander verlaufenden topfartigen Fort­ satz besitzen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blöcke einen mehrschichtigen Aufbau aus Kunststoffmaterial besitzen und der äußere, von der Eingangsbohrung (4) der Dämpfungskammer durch­ drungene Block (10) einen metallischen kappenförmigen Abschluß aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blöcke in einer metallischen Topfanordnung (16) aufgenommen sind, die von der Aus­ gangsbohrung (9) der Dämpfungskammer durchdrungen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den topfarti­ gen Fortsätzen mindestens ein sich axial erstreckender Ringraum (18) vorgesehen ist, in dem ein Unterdruck her­ stellbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskam­ mern (1 bis 3) aus Kunststoff oder metallisch sind bzw. eine metallische Innenauskleidung haben.