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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leitung zum Zuführen eines
Fluids und zum Dämpfen von
Druckpulsationen in dem Fluid, und insbesondere aber nicht ausschließlich eine
Leitung für
einen hydraulischen Kreislauf einer Servolenkung eines Fahrzeugs.
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Wie
bekannt ist, werden in hydraulischen Systemen, in welchen das Arbeitsfluid
durch eine Pumpe in Umlauf gebracht wird, die Druckpulsationen,
die durch die Pumpe erzeugt werden, entlang der Leitungen übertragen
und können
zur Entstehung von einem unerwünschten
Geräusch
und einer unerwünschten
Vibration führen.
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Um
solche Pulsationen zu reduzieren, werden heutzutage Leitungen verwendet,
in welchen das Fluid derart geführt
wird, dass es reflektierte Druckwellen erzeugt, welche mit den einfallenden
Wellen interferieren; und durch eine geeignete Größeneinstellung
der Längen,
welche von den Wellen zurückgelegt
werden, kann eine zerstörende
Welleninterferenz und somit eine wesentliche Verkleinerung in der Pulsation
auf einer vorgegebenen Frequenz erreicht werden.
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In
einer bekannten Ausführung
werden Leitungen des obigen Typs gebildet durch ein äußeres Rohr;
und ein inneres Rohr, welches sich bis auf eine geeignet berechnete
Länge von
einem Endanschlussstück
aus erstreckt und so eine ringförmige Kammer
mit dem äußeren Rohr
bildet. Das Fluid strömt
entlang des Anschlussstücks
in das innere Rohr hinein, und an dem Auslassabschnitt des inneren
Rohres überlagern
sich die eintretenden Druckwellen mit den Wellen, welche entlang
der ringförmigen
Kammer wandern und durch die Endwand der Kammer reflektiert werden,
die durch das Anschlussstück
gebildet wird. Damit die Interferenz zerstörend ist, muss die Länge der
ringförmigen
Kammer gleich einem Viertel der Wellenlänge der Druckwellen sein.
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Leitungen
des obigen Typs werden durch das obige Einstellen der Größe des inneren
Rohres auf eine vorgegebene Frequenz „abgestimmt". In einer realen Leitung
sind jedoch die Druckpulsationen periodisch aber nicht rein sinusförmig mit
einer spezifischen Frequenz und können daher in eine Vielzahl von
Frequenzkomponenten unterteilt werden, umfassend eine fundamentale
oder erste Harmonische und Harmonische von Frequenzen, welche gleich
zu Vielfachen der fundamentalen Frequenz sind. Dies stellt daher
das Problem dar, dass eine Anzahl von Komponenten gedämpft werden
muss, typischerweise die ersten zwei oder drei Harmonischen, welche
eine viel größere Amplitude
als die Harmonischen höherer Ordnung
haben. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine Leitung verwendet wird,
die eine Anzahl von elementaren Leitungen des obigen Typs umfasst,
die in Reihe angeordnet sind, und wobei jede auf eine jeweilige
Frequenz abgestimmt ist. Eine solche Lösung ist jedoch teuer und ergibt
Beschränkungen
hinsichtlich des Designs, durch Vorgeben einer minimalen Länge der
Leitung.
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Das
Patent
EP 796408 beschreibt
eine kompaktere Lösung
(
1), wobei eine Leitung
1 ein äußeres Rohr
2 umfasst,
und eine erste innere Leitung
3, welche mit dem äußeren Rohr
eine ringförmige Kammer
5 bildet,
welche innerhalb einer Expansionskammer
6 mündet, die
sich zwischen dem ersten inneren Rohr
3 und einem Anschlussstück
7 erstreckt, das
innerhalb eines Mittelbereiches des äußeren Rohres
2 befestigt
ist.
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Das
Anschlussstück 7 ist
innerhalb des äußeren Rohres 2 durch
eine äußere Hülse 8 festgeklemmt,
die auf das äußere Rohr 2 gequetscht
ist, und ist mit einem Ende eines zweiten inneren Rohres 9 zusammengefügt, das
sich in Richtung eines Auslassanschlussstückes 10 erstreckt
und mit dem äußeren Rohr 2 eine
zweite ringförmige
Kammer 11 bildet, welche axial durch das Anschlussstück 7 begrenzt
wird und an dem entgegengesetzten Ende innerhalb einer zweiten Expansionskammer 14 mündet, die
sich zwischen dem zweiten inneren Rohr 9 und dem Auslassanschlussstück 10 erstreckt.
Das zweite innere Rohr 9 ist an dem freien Ende durch einen
Stöpsel 15 geschlossen,
welcher axial eine innere Kammer 18 des zweiten inneren
Rohres 9 begrenzt, und weist wenigstens eine Öffnung 17 auf, welche
die innere Kammer 18 und die zweite ringförmige Kammer 11 verbindet
und auf einem vorbestimmten Abstand von den Oberflächen 13, 16 positioniert
ist.
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Obwohl
sie technisch wirksam ist, ist die obige Lösung relativ komplex und teuer
herzustellen, durch Einbinden einer großen Anzahl von Komponententeilen
und Rohrschneid- und Montagevorgängen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidzuleitung
zur Verfügung
zu stellen, welche derart ausgeführt
ist, dass sie die vorgenannten Nachteile ausräumt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Leitung zum Zuführen eines Fluids und zum Dämpfen von
Druckpulsationen in dem Fluid zur Verfügung gestellt, und von dem
Typ, welcher ein äußeres Rohr, zwei
Endanschlussstücke,
die auf eine fluiddichte Art und Weise an dem genannten äußeren Rohr
befestigt sind, und ein inneres Rohr umfasst, das innerhalb des
genannten äußeren Rohres
aufgenommen ist und mit diesem wenigstens eine erste ringförmige Kammer
ausbildet; dadurch gekennzeichnet, dass eines der genannten Rohre
einen Zwischenbereich (mittleren Bereich) umfasst, welcher radial
deformiert ist, und auf eine fluiddichte Art und Weise wenigstens bei
der Verwendung mit dem anderen der genannten Rohre zusammenwirkt.
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Eine
vorzuziehende, nicht beschränkende Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird im Wege eines Beispiels mit Bezug auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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die 1 einen
Axialschnitt einer ersten Leitung zeigt, die auf eine bekannte Art
und Weise ausgebildet ist;
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die 2 einen
Axialschnitt einer ersten Ausführung
einer Leitung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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die 3 einen
Axialschnitt einer zweiten Ausführung
einer Leitung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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die 4 einen
teilweisen Axialschnitt einer dritten Ausführung einer Leitung in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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die 5 einen
teilweisen Axialschnitt einer vierten Ausführung einer Leitung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
Zahl 20 in der 2 bezeichnet als ein Gesamtes
eine Leitung zum Zuführen
eines Hochdruckfluids, insbesondere für einen hydraulischen Kreislauf
einer Servolenkung eines Fahrzeugs.
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Die
Leitung 20 umfasst ein äußeres Rohr 21, welches
aus einem geeignet verstärkten
elastomerischen Werkstoff hergestellt ist, das einen Innenseitendurchmesser
D1 aufweist und einen Endbereich 24 umfasst, der mit einem
Einlassanschlussstück 25 zusammengefügt ist,
und einen entgegengesetzten Endbereich 26, der mit einem
Auslassanschlussstück 27 zusammengefügt ist.
Die Bereiche 24, 26 sind auf die jeweiligen Anschlussstücke 25, 27 durch jeweilige,
bekannte äußere Befestigungskappen 28, 29 geklammert,
die auf die Bereiche 24, 26 gepresst sind; und
die Anschlussstücke 25, 27 weisen
jeweilige axiale Durchgangsbohrungen 31, 32 auf,
die jeweils eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung der
Leitung 20 definieren.
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Die
Leitung 20 umfasst ferner ein inneres Rohr 34,
welches einen Außenseitendurchmesser D2
aufweist, der kleiner ist als D1, und welches auf in geeigneter
Weise aus PTFE hergestellt ist und an einem Stutzen 35 befestigt
ist, der durch einen axialen Fortsatz des Einlassanschlussstückes 25 gebildet wird.
Das innere Rohr 34 ist an einem Zwischenbereich (mittleren
Bereich) 40 des äußeren Rohres 21 innerhalb
des äußeren Rohres 21 festgeklemmt,
welcher Zwischenbereich einen Innenseitendurchmesser aufweist, der
im wesentlichen gleich zu D2 ist und auf eine fluiddichte Art und
Weise mit dem inneren Rohr 34 zusammenwirkt/zusammenarbeitet.
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Der
Zwischenbereich 40 wird in geeigneter Weise durch die radiale
Komprimierung definiert, die durch eine äußere Hülse 45 ausgeübt wird,
die auf das äußere Rohr 21 gequetscht
ist.
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Das
innere Rohr 34 definiert mit dem äußeren Rohr 21, und
auf entgegengesetzten Seiten des Zwischenbereiches 40,
eine erste ringförmige
Kammer 46 mit der Länge
L1 und eine zweite ringförmige Kammer 48 mit
der Länge
L2.
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Die
erste ringförmige
Kammer 46 ist geschlossen und wird axial an einem Ende
durch das Einlassanschlussstück 25 und
an dem entgegengesetzten Ende durch den Zwischenbereich 40 des äußeren Rohres 21 begrenzt.
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Die
zweite ringförmige
Kammer 48 wird axial an einem Ende durch den Zwischenbereich 40 begrenzt
und ist an einem freien Ende 49 des inneren Rohres 34 geöffnet, welches
mit einem Abstand zu dem Auslassanschlussstück 27 endet. Die zweite ringförmige Kammer 48 mündet somit
innerhalb einer Expansionskammer 52, die sich axial zwischen
dem inneren Rohr 34 und dem Auslassanschlussstück 27 erstreckt,
und wird radial durch das äußere Rohr 21 begrenzt.
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Das
innere Rohr 34 umfasst eine erste Anzahl von Paaren von
diametral entgegengesetzten Bohrungen 53, 54, 55, 56, 57,
welche die innere Kammer 58 des inneren Rohres 34 mit
der ersten ringförmigen
Kammer 46 verbinden; und eine zweite Anzahl von Paaren
von diametral entgegengesetzten Bohrungen 59, 60,
welche die innere Kammer 58 des inneren Rohres 34 mit
der zweiten ringförmigen
Kammer 48 verbinden.
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Im
einzelnen sind die Bohrungen 53, 54, 55, 56, 57 in
einer Abfolge zwischen dem Einlassanschlussstück 25 und dem Zwischenbereich 40 angeordnet;
und die Anzahl und der Querschnitt der Bohrungen sind ausgewählt, im
Verhältnis
zu der Dicke des inneren Rohres 34, um eine vorbestimmte
Drossel zu definieren, welche die Fluidströmung zwischen der inneren Kammer 58 und
der äußeren ersten
ringförmigen
ersten Kammer 46 erfährt.
In geeigneter Weise sind die Bohrungen 53, 57 jeweils
rechts nahe dem Einlassanschlussstück 25 und dem Zwischenbereich 40 positioniert,
so dass sie bei der Entlüftung der
Leitung 20 helfen, das heißt bei der Entfernung von jeglichen
Luftblasen, welche verbleiben, nachdem der Kreislauf gefüllt worden
ist.
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Die
Bohrungen 59, 60 sind in einer Abfolge ausgehend
von dem Zwischenbereich 40 zu der Expansionskammer 52 positioniert.
Die Bohrungen 60 sind auf einem vorbestimmten Abstand L3
zu dem Zwischenbereich 40 positioniert; und die Bohrungen 59 sind
in geeigneter Weise dicht zu dem Zwischenbereich 40 positioniert,
wiederum, um bei der Entlüftung
der Leitung zu helfen.
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Das äußere Rohr 21 und
das innere Rohr 34 bilden als ein Gesamtes eine erste Resonanzdämpfungsvorrichtung 61 und
eine zweite Dämpfungsvorrichtung 62 mit
destruktiver Interferenz.
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Bei
der tatsächlichen
Verwendung strömt das
mit Druck beaufschlagte Arbeitsfluid durch das Einlassanschlussstück 25 in
das innere Rohr 34 hinein, und die Druckwellen bewegen
sich von dem inneren Rohr 34 durch die Bohrungen 53 bis 57 in
die erste ringförmige
Kammer 46 hinein, wo die Amplitude der Pulsationen durch
absorbierende Energie in Resonanzzuständen wesentlich gedämpft wird.
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Das
Fluid strömt
dann an dem Zwischenbereich 40 vorbei entlang des inneren
Rohres 34 und von diesem durch die Bohrungen 59 und 60 in
die zweite ringförmige
Kammer 48 hinein. An dem Auslass des inneren Rohres 34 werden
die Druckpulsationen durch destruktive Interferenz mit den Druckwellen
gedämpft,
die sich entlang der zweiten ringförmigen Kammer 48 bewegen
und durch den Zwischenbereich 40 reflektiert werden. In
diesem Fall wird die gegenphasige Summe (counter-phase sum) dadurch erzielt,
dass die Längen
L2, L3 gleich einem Viertel der Wellenlängen von den jeweiligen Frequenzkomponenten,
die gedämpft
werden sollen, ausgewählt werden.
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Schließlich strömt das Fluid
aus der zweiten ringförmigen
Kammer 48 in die Expansionskammer 52 hinein – wo die
Druckwellen weiter durch die Elastizität des äußeren Rohres 21 gedämpft werden – und dann
in das Auslassanschlussstück 27 hinein.
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Die 3 zeigt
eine weitere Ausführung 70 einer
Leitung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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Die
Leitung 70 ist in ihrer Struktur ähnlich zu der Leitung 20,
die oben beschrieben worden ist, und unterscheidet sich im wesentlichen
mit Bezug auf die Montage, das heißt Strömung, Richtung. Um der Klarheit
willen werden die Teile der Leitung 70, welche identisch
zu den Teilen der Leitung 20 sind, die bereits beschrieben
worden sind, durch Verwendung derselben Bezugszahlen bezeichnet,
ungeachtet der geänderten
Position oder Funktion.
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In
diesem Fall bildet das Anschlussstück 27 das Einlassanschlussstück; das
Anschlussstück 25 bildet
das Auslassanschlussstück;
und das innere Rohr 34 ist an dem Auslassanschlussstück 25 befestigt,
so dass Fluid zuerst durch die Vorrichtung 62 mit destruktiver
Interferenz strömt
und dann durch die Resonanzvorrichtung 61.
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Versuche
haben gezeigt, dass die Leistung der Leitung 70 im wesentlichen
gleich zu derjenigen der Leitung 20 ist, und in bestimmten
Anwendungen sogar besser.
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Die 4 zeigt
ein Teil einer Variation 71 der Leitung 70. In
der Leitung 71 – von
der nur ein Auslassbereich gezeigt ist – ist das innere Rohr 34 einfach
gegen das Auslassanschlussstück 25 abgestützt, entgegengesetzt
dazu, mit ihm zusammengefügt
zu sein, so dass das innere Rohr 34 nur durch den Zwischenbereich 40 (nicht
gezeigt) des äußeren Rohres 21 gehalten
wird. Der Außenseitendurchmesser
des inneren Rohres 34 muss offensichtlich größer sein
als der Durchmesser der Bohrung 31 in dem Anschlussstück 25.
In diesem Fall kann das innere Rohr 34 aus einem Werkstoff
mit einer geringeren Temperaturbeständigkeit als PTFE hergestellt sein,
zum Beispiel aus einem aliphatischen oder aromatischen Polyamid,
weil eine mögliche
Erweichung bei der Arbeitstemperatur nicht die Gefahr birgt, dass sich
das Rohr von dem Anschlussstück
losarbeitet.
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Die 5 zeigt
eine vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung, welche als ein Gesamtes durch 72 bezeichnet
ist. Die Leitung 72 kann die obigen Merkmale von jeder
der beschriebenen Leitungen 20, 70, 71 umfassen
und unterscheidet sich dadurch, dass das innere Rohr 34 und
das äußere Rohr 21 an
dem Zwischenbereich der Leitung abgedichtet sind, nicht durch eine
Verminderung des Durchmessers des äußeren Rohres 21, sondern
durch einen radialen Vorsprung 73 des inneren Rohres 34,
welcher mit der inneren Oberfläche
des äußeren Rohres 21 zusammenarbeitet,
welches in diesem Fall einen konstanten Durchmesser aufweist. Der
Vorsprung kann zum Beispiel durch Warmblasen (hot blowing) ausgebildet
werden.
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Die
Vorteile der Leitung 20 in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich
sein.
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Insbesondere
durch Abdichten des inneren Rohres 34 und des äußeren Rohres 21 durch
Deformieren eines Zwischenbereichs von einem der beiden Rohre, ist
es möglich,
auf ein inneres Anschlussstück
zu verzichten und so die Anzahl von Komponenten und von Schneid-
und Montagevorgängen
mit Bezug auf die bekannte Technik (1), welche
zwei innere Rohre verwendet, von denen eines mit einem inneren Anschlussstück zusammengefügt ist,
zu reduzieren.
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Eine
Leitung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung stellt einen verminderten Ladungsverlust
zur Verfügung,
im Vergleich zu bekannten Lösungen,
durch Eliminieren von lokalen Verlusten, welche dadurch verursacht
werden, dass Fluid aus dem ersten inneren Rohr heraus und in das
mittlere Anschlussstück
hinein strömt,
und ermöglicht gleichzeitig
eine genaue Kalibrierung der Dämpfungsvorrichtung
mit Bezug auf die Frequenz, die gedämpft werden soll.
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Natürlich können Änderungen
an der Leitung 20 ausgeführt werden, ohne jedoch vom
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Insbesondere
kann die Leitung sogar eine Anzahl von Zwischenbereichen mit einem
kleinen Durchmesser umfassen, welche eine Anzahl von Dämpfungsvorrichtungen
bilden, welche jeweilige Eingriffsfrequenzen aufweisen und miteinander und/oder
mit anderen Interferenz-, Resonanz- oder Expansionsdämpfungsvorrichtungen
kombiniert sind. Und die Vorrichtungen können eine oder mehrere mittlere
Bohrungen auf vorbestimmten Abständen
von den jeweiligen reflektierenden Oberflächen aufweisen.
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Schließlich können, im
Gegensatz zu der anfänglichen
radialen Interferenz zwischen dem inneren Rohr 34 und dem äußeren Rohr 21,
der Zwischenbereich 40 und das innere Rohr 34 nur
bei der tatsächlichen
Verwendung durch den Druck des Fluids abgedichtet werden, welcher
das innere Rohr 34 radial aufweitet.