DE69733949T2

DE69733949T2 - Energiedämpfungsvorrichtung für eine Flüssigkeitsförderleitung

Info

Publication number: DE69733949T2
Application number: DE69733949T
Authority: DE
Inventors: R. Jack COOPER; Yungrwei Chen
Original assignee: Dayco Products LLC
Current assignee: Fluid Routing Solutions Inc
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2017-06-28
Also published as: ES2247636T3; BR9710123A; AU3735897A; EP0907856B1; EP0907856A4; JP2001508525A; DE69733949D1; US6125890A; CA2258761C; AU741113B2; EP0907856A1; KR20000022524A; WO1998000664A1; CA2258761A1

Description

TECHNISCHES ANWENDUNGSGEBIET
Diese Erfindung betrifft eine neue Energiedämpfungsvorrichtung für eine Flüssigkeitsförderleitung und ein Verfahren zum Dämpfen von Energie in einer solchen Leitung. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anordnung im Hydrauliksystem einer Servolenkungseinheit eines Fahrzeugs, obwohl die Erfindung auch für jedes andere Flüssigkeitsfördersystem geeignet wäre.
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
In Hydrauliksystemen, in denen die Betriebsflüssigkeit von einer Pumpe in Umlauf gebracht wird, werden die von der Pumpe erzeugten Schwingungen des Druckes durch die Leitungen übertragen und führen zu Lärm und/oder Schwingungen, die von der Hydraulikflüssigkeit erzeugt werden. Bei der Servolenkungsflüssigkeit in Fahrzeugen treten dieser Lärm und/oder diese Schwingungen z. B. dann auf, wenn Fahrzeuge im Leerlauf oder bei sehr niedriger Drehzahl eingeparkt oder ausgeparkt werden, beispielsweise wenn sie nur in einen Parkplatz hinein- und aus diesem herausbewegt bewegt werden oder dergleichen, wobei die Räder des Fahrzeugs von dessen Servolenkungssmechanismus bewegt werden. Beträchtlicher Lärm und/oder Schwingungen (Rütteln) können insbesondere dann erzeugt werden, wenn die Servolenkungsflüssigkeit von der Flüssigkeitspumpe durch den Servolenkungsmechanismus zu der eigentlichen Lenkstruktur fließt. Weitere technische Grundlagen auf diesem Gebiet sind dem US-Patent Nr. 3,323,305, Klees, zu entnehmen.
Systeme zum Steuern der Resonanz von Druckwellen in Einspritzsystemen sind bekannt. Bei dem US-Patent Nr. 5,168,855, Stone, wird z. B. Flüssigkeit durch Rückschlagventile geleitet, die mit einem entweder unmittelbar in ihnen oder in einer Bypassleitung angeordneten Drosselkörper versehen sind. Das US-Patent Nr. 5,509,391, DeGroot, beschreibt eine Spulen-Ventil-Anordnung zum Steuern eines Flüssigkeitsstromes zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung.
In der DE 38 09 310 A1 ist eine Hydraulikflüssigkeits-Förderleitung eines Servolenkungssystems beschrieben, die einen flexiblen Druckschlauch umfaßt. Ein inneres Schlauchelement ist feder- oder wendelartig ausgebildet und aus Metall hergestellt. Der flexible Wendelschlauch ist an einem Endstück des elastischen Schlauchabschnittes befestigt und wird von diesem in seiner Lage gehalten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Dämpfung von Energie in einem System zu schaffen, das Flüssigkeit fördert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Energiedämpfungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein Schlauchabschnitt vorgesehen ist, der in einer Flüssigkeitsförderleitung angeordnet ist, und daß in einem Teil des Schlauchabschnittes eine Feder angeordnet ist, wobei der Durchmesser und die Länge der Feder so bemessen sind, daß die Feder in dem Schlauchabschnitt frei schwimmen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der Erfindung und ihre technischen Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Kraftfahrzeug-Servolenkungssystem, das die Energiedämpfungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung enthält;
2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung;
3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung;
4 ein Ausführungsbeispiel der Feder der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung;
5 bis 8 Ansichten ähnlich zu der in 3, die weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung zeigen;
9 und 10 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung in Rückleitungen von Servolenkungssystemen;
11 eine graphische Darstellung, die starke Verschiebungen oder Schwingungsspitzen in der Rückleitung eines Servolenkungssystems zeigt, das keine Energiedämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, und
12 eine graphische Darstellung, die eine deutlich reduzierte Schwingung in einer Rückleitung eines Servolenkungssystems zeigt, das die erfindungsgemäße Energiedämpfungsvorrichtung enthält.
VORTEILHAFTE AUSFÜHRUNGEN DER ERFINDUNG
Obwohl die verschiedenen Merkmale dieser Erfindung im folgenden im Zusammenhang mit einer Energie- oder Schalldämpfungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug-Servolenkungssystem abgebildet und beschrieben sind, können die verschiedenen Merkmale dieser Erfindung selbstverständlich auch einzeln oder in verschiedenen Kombinationen zur Bildung einer Energiedämpfungsvorrichtung für andere Systeme verwendet werden, die Flüssigkeit fördern.
Diese Erfindung ist daher nicht nur auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, da die Zeichnungen lediglich dazu dienen, eine von vielen Anwendungsmöglichkeiten dieser Erfindung zu veranschaulichen.
Bei näherer Betrachtung der Zeichnungen zeigt 1 ein vereinfachtes Kraftfahrzeug-Servolenkungssystem. Im Betrieb erzeugt die Servopumpe 11 Druckwellen, die von einer Leitung T, wie z. B. einer Stahlrohrleitung, auf die Druckschlauchanordnung oder Druckleitung 12, das Servolenkgetriebe 13, die Rückschlauchanordnung oder Rückleitung 14 und den Behälter 15 übertragen werden und schließlich über die Zuführleitung 16 zur Pumpe 11 selbst zurückfließen. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Behälter 15 und die Pumpe 11 nicht durch einen Schlauch oder eine ähnliche Leitung getrennt sein müssen, sondern eine einzige Einheit bilden können.
Um Lärm, wie z. B. Resonanzlärm, insbesondere in der Rückleitung 14 weitgehend zu reduzieren und dadurch den von der Servopumpe 11 erzeugten Lärm oder die Schwingungen der Servolenkung zu eliminieren oder zumindest weitgehend zu reduzieren, ist die Energiedämpfungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung, die im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, in der Rückleitung 14 zwischen dem Getriebe 13 und dem Behälter 15 oder der Pumpe 11 angeordnet. Alternativ wäre es auch vorstellbar, die Energiedämpfungsvorrichtung 20 in der Druckleitung 12 oder sowohl in der Rückleitung 14 als auch in der Druckleitung 12 anzuordnen. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Energiedämpfungsvorrichtung 20 sowie von Komponenten und Anordnungen derselben sind in den 2 bis 10 dargestellt und nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Energiedämpfungsvorrichtung 20 gemäß dieser Erfindung ist in 2 gezeigt und umfaßt eine Feder 21, die z. B. in der Rückleitung 14 oder der Druckleitung 12 des Systems gemäß 1 angeordnet ist, obwohl die Feder 21 auch in einem separaten Schlauchabschnitt angeordnet sein kann, der seinerseits in dieser Rückleitung 14 oder Druckleitung 12 angeordnet ist, wie in den Ausführungsbeispielen der 3 und 5 bis 8 gezeigt, wo die Feder 21 in einem Schlauchabschnitt 22 angeordnet ist.
In 10 ist gezeigt, wie die erfindungsgemäße Energiedämpfungsvorrichtung 20 in einer Rückleitung 14 oder einem separaten Schlauchabschnitt 22 angeordnet ist, der in einer Rückleitung 14 eines Servolenkungssystems enthalten ist, wobei die Rückleitung 14 oder der Schlauchabschnitt 22 zu einem optionalen Filterelement 24 führt. Wie aus dieser Ausführungsform eines konkreten Teilstückes einer Rückleitung 14 eines Servolenkungssystems ersichtlich, erstreckt sich die Feder 21 nicht über die gesamte Länge der Rückleitung 14 oder des Schlauchabschnittes 22. Vielmehr kann die Feder 21 in dem Schlauchabschnitt frei schwimmen, so daß sie sich mittig ausrichtet oder an einem Ende des Schlauchabschnittes zur Anlage kommt, wenn Flüssigkeit durch das System fließt. Obwohl in den anderen dargestellten Ausführungsformen, die zur Verdeutlichung verschiedener alternativer Anordnungen dienen, die Feder 21 so dargestellt ist, als ob sie den größten Teil, wenn nicht die Gesamtheit eines vorgegebenen Schlauchabschnittes 22 einnehmen würde, erstrecken sich diese Federn 21 in Wirklichkeit wahrscheinlich nicht über die gesamte Länge des Schlauchabschnittes, sondern weisen eher eine Konfiguration auf, die der in 10 gezeigten ähnelt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein Schlauchabschnitt 22, der z. B. ein elastischer Schlauch aus Gummi oder einem anderen elastomeren Material ist, zwischen zwei Rohrleitungsgliedern T angeordnet, wobei jedes Ende des Schlauchabschnittes 22 durch eine Verbindung 25 mit einem entsprechenden Rohrleitungsglied verbunden ist. Die Bewegung der Feder 21 innerhalb des Schlauchabschnittes 22 kann in jeder geeigneten Weise begrenzt werden, beispielsweise durch die Anbringung einer Scheibe 26 an einem oder an beiden Enden des Schlauchabschnittes 22 oder an einer beliebigen anderen Stelle in dem Schlauchabschnitt. Auch die Verbindungen 25 selbst können zur Begrenzung der Bewegung der Feder 21 verwendet werden, wie z. B. bei den Ausführungsformen der 5 bis 8 dargestellt.
Wie oben insbesondere in bezug auf 10 erwähnt, weist die Feder 21 vorteilhafterweise eine solche Länge auf, daß sie sich nicht über die gesamte Länge des Schlauchabschnittes 22 erstreckt. Eine solche Feder 21 kann sich über einen wesentlichen Teil oder nur einen kurzen Teil der Länge des Schlauchabschnittes 22 erstrecken. Außerdem können mehr als eine Feder 21 in der Rückleitung 14 oder der Druckleitung 12 angeordnet sein. 8 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform, bei der eine erste Feder 21 in dem Schlauchabschnitt 22 und eine weitere Feder 21' in einem zweiten Schlauchabschnitt 22' angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Federn 21, 21' durch einen weiteren Schlauchabschnitt 28 voneinander getrennt, wie im folgenden im einzelnen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Energiedämpfungsvorrichtung 20 kann auch in Verbindung mit einer Stahlkabelvorrichtung, wie z. B. der Viertelwellen-Stahlkabelvorrichtung 30 der 6 und 8, oder einer Vorrichtung verwendet werden, wie sie in 7 gezeigt ist. In der Vorrichtung gemäß den 6 und 8 ist ein Stahlkabel 30 in einem weiteren Schlauchabschnitt 31 bzw. 28 angeordnet, der durch eine weitere Verbindung 25 mit dem Schlauchabschnitt 22 und 22' verbunden ist. Die Vorrichtung in 7 unterscheidet sich von der in 6 dadurch, daß anstelle eines Stahlkabels ein Kabel 30' aus Kunststoff, wie z. B. Teflon, verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Kunststoffkabel 30' mit Löchern 32 versehen. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform ist der weitere Schlauchabschnitt 28, in dem das Kabel 30 angeordnet ist, das entweder ein Stahlkabel oder ein Kunststoffkabel sein kann, wie in 7 gezeigt, zwischen zwei Schlauchabschnitten 22, 22' angeordnet, die eine Feder 21 bzw. 21' enthalten, wobei der Schlauchabschnitt 28 durch Verbindungen 25 mit den Schlauchabschnitten 22 und 22' verbunden ist.
Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Energiedämpfungsvorrichtung 20 mit ihrer in einem Schlauchabschnitt 22 angeordneten Feder 21 nicht nur in Verbindung mit den in den 6 bis 8 gezeigten Kabelvorrichtungen, sondern mit einer Vielzahl von bekannten Schall- und Schwingungsdämpfungsvorrichtungen verwendet werden kann, wobei diese bekannten Vorrichtungen zusätzliche Kammern und weitere Schlauchabschnitte enthalten. So wird z. B. auf die US-Patente 4,611,633 (Buchholz et al.), 5,172,729 (Vantellini) und 5,201,343 (Zimmermann et al.) verwiesen. 9 zeigt ein weiteres Arbeitsbeispiel der Energiedämpfungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung, die in einer Rückleitung 14 angeordnet ist.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Merkmale, wie z. B. Länge, Dicke, Spannung, Anzahl der Windungen pro Inch usw., der Feder 21 der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung 20 je nach den bestehenden Erfordernissen variieren können. Außerdem kann diese Feder aus jedem geeigneten Material, wie z. B. Metall, insbesondere rostfreier Stahl, oder Kunststoff hergestellt sein. Ein Ausführungsbeispiel einer Feder 21 ist z. B. in 4 gezeigt. Diese Feder besteht aus rostfreiem Stahl und ist deshalb für die sie umgebende Servolenkungsflüssigkeit besonders geeignet. Diese bestimmte Feder ist so ausgebildet, daß sie sechs Windungen pro Inch und einen äußeren Durchmesser von etwa 0,86 cm (0,34 Inches) aufweist, wobei der Draht der Feder selbst eine Dicke von etwa 0,061 cm (0,024 Inches) hat. Wie oben erwähnt, hängen die Merkmale der Feder von einer bestimmten Pumpenanwendung ab. So kann jedes der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele unterschiedliche Durchmesser und Größen sowohl bei den Schlauchabschnitten als auch bei den Federn aufweisen.
Wie zuvor erwähnt, erzeugen die Druckimpulse aufgrund der Umdrehungen einer Pumpe Schwingungen und Lärm. Dieser Vorgang und die deutliche Verbesserung durch die erfindungsgemäße Energiedämpfungsvorrichtung sind in den 11 und 12 dargestellt, in denen in m/s² gemessene Schwingungen über Echtzeit dargestellt sind. Insbesondere sind bei der in 11 dargestellten Schwingungsmessung am Verbindungsstangenende eines Servolenkungssystems, das nicht mit der erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung versehen ist, sehr große Ver schiebungen der erzeugten Schwingungen festzustellen. Im Gegensatz dazu sind in dem in 12 gezeigten Diagramm der Schwingungssituation, wie sie stromabwärts von einer erfindungsgemäßen Energiedämpfungsvorrichtung existiert, die in der Rückleitung eines Servolenkungssystems angeordnet ist, keine großen Impulsspitzen oder Verschiebungen in der Kurve festzustellen, was ein Anzeichen dafür ist, daß die Welle Schwingungen mit kleiner Amplitude aufweist.
Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, daß mit dieser Erfindung nicht nur eine neue Energiedämpfungsvorrichtung geschaffen wird, sondern daß diese Erfindung auch ein neues Verfahren zum Dämpfen von Energie in einem Flüssigkeitsfördersystem bietet.

Claims

Energiedämpfungsvorrichtung für eine Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) mit einem Schlauchabschnitt (22, 22'), der in der Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) angeordnet ist, und einer Feder (21), die in einem Teil des Schlauchabschnittes (22, 22') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Länge der Feder (21) so bemessen sind, daß die Feder (21) in dem Schlauchabschnitt (22, 22') frei schwimmen kann.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21, 21') nur in einem Teil des Schlauchabschnittes (22, 22') angeordnet ist, d. h. die Feder (21, 21') ist nahe einem Ende des Schlauchabschnittes (22, 22') angeordnet, und/oder die Feder (21, 21') ist in einem mittleren Teil des Schlauchabschnittes (22, 22') angeordnet.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Feder (21') in dem Schlauchabschnitt angeordnet ist.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Schlauchabschnitt (22') in der Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) angeordnet ist, und daß in dem zweiten Schlauchabschnitt (22') eine zweite Feder (21') angeordnet ist.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Schlauchabschnitt (22, 22') ein dritter Schlauchabschnitt (28) angeordnet ist, und daß in dem dritten Schlauchabschnitt (28) eine Abstimmschlauchleitung (30) angeordnet ist, wobei die Abstimmschlauchleitung (30, 30') mit Löchern (32) versehen sein kann.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) ein zweiter Schlauchabschnitt (31) angeordnet ist, und daß in dem zweiten Schlauchabschnitt (31) eine Abstimmschlauchleitung (30') angeordnet ist, wobei die Abstimmschlauchleitung (30') mit Löchern (32) versehen sein kann.
Energiedämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Ende des Schlauchabschnittes (22) eine Scheibe (26) angeordnet sein kann, um die Bewegung der Feder (21) in dem Schlauchabschnitt (22) zu begrenzen.
Verfahren zum Dämpfen von Energie in einer Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) mit dem Verfahrensschritt des Anordnens eines Schlauchabschnittes (22, 22') in der Flüssigkeitsförderleitung (12, 14) und dem Verfahrensschritt des Anordnens einer Feder (21) in einem Teil des Schlauchabschnittes (22, 22'), dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Länge der Feder (21) so bemessen sind, daß die Feder (21) in dem Schlauchabschnitt (22, 22') frei schwimmen kann.