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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Schwingungsdämpfung
eines durch eine Fördereinrichtung
geleiteten Fluids, mit Merkmalen, die im berbegriff des Anspruchs
1 genannt werden.
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Die Verwendung von Förderrichtungen
zum Fördern
von Fluiden ist bekannt, beispielsweise in einer Kühl- oder
Hydraulikanlage. In diesem Fall wird das Fluid von einer Ansaugseite
zu einer Abgabeseite der Fördereinrichtung
gefördert,
wobei gleichzeitig der Druck mit Hilfe einer Verdrängereinheit
erhöht wird.
An die Abgabeseite der Fördereinrichtung
ist eine geeignete Leitung angeschlossen, welche das geförderte Fluid
weiterleitet. Die Verdrängereinheit besitzt
normalerweise eine Vielzahl von Verdrängerkammern, deren geförderte Teilvolumina
zusammen einen Gesamtvolumenstrom der Fördereinrichtung bilden. Hierdurch
kommt es zu einer Pulsation des Volumenstroms. Der temporäre Anstieg
und Abfall des Drucks (Pulsation) kann in einzelne Druckwellen unterteilt
sein. Pulsationen dieser Art treten auch beim Fördern gasförmiger Fluide auf.
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Durch die Pulsation des Fluids entstehen
einerseits Schwingungen und andererseits störende Geräusche.
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Um diese Nachteile zu vermeiden hat
man in den bisher bekannten Vorrichtungen das Fluid durch röhrenförmige, im
Fluidstrom angeordnete Elemente geleitet. Auch die Anordnung der
röhrenförmigen Elemente
in einem von einem flexiblen Element geformten Hohlraum, durch den
das Fluid fließt,
ist bekannt. In diesem Fall wird ein erstes röhrenförmiges Element als Einlauf
und ein zweites röhrenförmiges Element
als Auslauf verwendet. Die beiden röhrenförmigen Elemente sind in diesem
Fall so angeordnet, dass ihre Zufluss- und Abflussöffnungen einander gegenüberliegen
und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen der Zufluss-
und der Abflussöffnung
ist außerdem
ein Spalt vorhanden.
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Der durch das flexible Element gebildete oder
von diesem umschlossene Hohlraum ist ebenfalls mit dem Fluid gefüllt und
das von der hydraulischen Fördereinrichtung
geförderte
Fluid fließt
von der Zuflussöffnung
des ersten röhrenförmigen Elements über den
Spalt zu der Abflussöffnung
des zweiten röhrenförmigen Elements.
In diesem Fall wird das Fluid im Bereich des Spalts durch die Interaktion
mit dem in dem Hohlraum befindlichen Fluid gedämpft. Gleichzeitig wird einerseits
die Front der Druckwelle durch entstehende Turbulenzen aufgeweitet
und andererseits ein durch das flexible Element gebildeter Hohlraum
durch den angestiegenen Innendruck vergrößert. Sobald der Innendruck
wieder fällt,
zieht sich das flexible Element zusammen und diese Kraft dient gleichzeitig
der Weiterbeförderung
des Fluids. Vorrichtungen zur Schwingungsdämpfung eines Fluids mit zwei
einzelnen röhrenförmigen Elementen,
bei denen die Länge
der einzelnen röhrenförmigen Elemente
innerhalb des Hohlraums kleiner ist als die Länge des Hohlraums, und bei
denen die Summe der Länge
der röhrenförmigen Elemente
innerhalb des Hohlraums größer ist
als die Länge
des Hohlraums, sind aus FR-A-1 536 140 bekannt.
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In den bisher bekannten Vorrichtungen kommt
es jedoch weiterhin zu Schwingungen. Die Schwingungsdämpfung ist
daher unzureichend.
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Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Schwingungsdämpfung auf
kosteneffektive Weise ohne zusätzlichen
Konstruktionsaufwand zu bewirken.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wird
eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen vorgeschlagen.
Diese Vorrichtung besitzt ein flexibles Element, das einen Hohlraum
umschließt.
Zwei röhrenförmige Elemente
sind vollständig
in diesem flexiblen Element angeordnet. In diesem Fall ist die Länge der
einzelnen röhrenförmigen Elemente
geringer als die Länge
des Hohlraums in dem flexiblen Element. Jedoch ist die Summe der
Längen
der röhrenförmigen Elemente
größer als
die Länge
des Hohlraums. Auf diese Weise wird einerseits die Distanz zwischen
der Zuflussöffnung
und der Abflussöffnung
vergrößert; andererseits
wird die Strömungsrichtung
des Fluids im Bereich zwischen der Zuflussöffnung und der Abflussöffnung umgekehrt.
Mindestens eines der röhrenförmigen Elemente
hat eine aus einer Kunststoffspirale oder einer Metallspirale gebildete
Wand. Daher kann das Fluid bei zu hohem Druck in den Bereichen mit
nebeneinander liegenden Spiralwindungen austreten. Dies hat eine
vorteilhafte Schwingungsdämpfung
zur Folge.
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Die röhrenförmigen Elemente bestehen beispielsweise
aus Kunststoff oder Metall, vorzugsweise aus Edelstahl. Ihre Beschaffenheit
kann an das zu fördernde
Fluid und die auftretenden Schwingungen angepasst werden. Das flexible
Element wird über eine
Muffe, einen Flansch oder ähnliches
in den Kreislauf des zu fördernden
Fluids integriert. Das flexible Element hat eine flexible Wand,
die beispielsweise aus einem Elastomer bestehen kann.
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Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung können
aus den übrigen
Merkmalen entnommen werden, die in den Unteransprüchen erwähnt werden.
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Die Erfindung wird in der nun folgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Dämpfung von
Schwingungen und
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
durch eine Vorrichtung 10 zur Dämpfung von Schwingungen eines
Fluids, das durch eine Fördereinrichtung 12 geleitet
wird. In diesem Fall wird das Fluid, beispielsweise ein Hydraulik- oder Kühlfluid, über ein Leitungssystem 14, das Rohre und/oder Schläuche umfassen
kann, zu einem Verbraucher 16 gefördert.
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Die Vorrichtung 10 hat einen
Halter 18, der ein flexibles Element 20 umfasst.
Letzteres besteht beispielsweise aus Kunststoff, vorzugsweise aus
einem Elastomer, und ist als Hohlkörper, hier als zylindrisches
Rohr, ausgebildet.
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Das flexible Element 20 umschließt einen Hohlraum 24,
in dem zwei röhrenförmige Elemente 23, 25 angeordnet
sind. Diese können
beispielsweise aus Kunststoff geformt sein. Die Wand von mindestens
einem der röhrenförmigen Elemente 23, 25 kann vorzugsweise
radial verlaufende Öffnungen
aufweisen. Bei geeigneter Wahl des Kunststoffmaterials ist gewährleistet,
dass sowohl das flexible Element als auch die röhrenförmigen Elemente 23, 25 gegenüber den
im Betrieb der Fördereinrichtung 12 auftretenden Fluidtemperaturen
sowie gegenüber
dem Fluid selbst beständig
sind.
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Die röhrenförmigen Elemente 23, 25,
die vorzugsweise als gerade kleine Rohre ausgeführt sind, jedoch auch gebogen
oder gedreht sein können,
sind an dem Halter 18 mittels einer Haltevorrichtung 28 befestigt
und mit dem Leitungssystem 14 verbunden. Wenn die Fördereinrichtung 12 in
Betrieb ist, strömt das
zu fördernde
Fluid durch eine Zuflussöffnung 30 des
ersten röhrenförmigen Elements 23 in
den Hohlraum 24 ein. Ein zweites röhrenförmiges Element 25 hat
eine Abflussöffnung 32,
durch die das Fluid aus dem Hohlraum 24 ausströmt, um dann über das
Leitungssystem 14 zum Verbraucher 16 zu fließen. Der Hohlraum 24 ist
mit dem zu fördernden
Fluid gefüllt.
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Die Fördereinrichtung 12 ist
beispielsweise eine Verdrängerpumpe,
die in Betrieb Pulsationen auf das Fluid überträgt. Die Schwingungen bewirken Pulsationen
in dem Fluid. Daher werden Pulsationswellen durch das geförderte Fluid übertragen.
Durch diese Pulsationswellen entsteht in dem Hohlraum 24 ein übermäßig hoher
Druck, so dass das flexible Element 20 radial nach außen ausgebeult
oder ausgedehnt wird. Nach dem Abklingen der Pulsationswelle und
des durch diese verursachten übermäßigen Drucks
zieht sich das flexible Element 20 radial nach innen zusammen.
Die zum Ausdehnen des flexiblen Elements 20 benötigte Energie
wird der Pulsation entzogen, so dass Letztere gedämpft wird.
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Des Weiteren wird gezeigt, dass die
Pulsationen in dem Leitungssystem, das in Strömungsrichtung betrachtet der
Vorrichtung nachgeordnet ist, von der Länge a, b der röhrenförmigen Elemente 23, 25 und
der Länge
c des Hohlraums in dem flexiblen Element 20 vorteilhaft
beeinflusst werden können.
In diesem Fall ist die Länge
a, b der einzelnen röhrenförmigen Elemente 23, 25 geringer
als die Länge
c des flexiblen Elements 20. Insgesamt jedoch ist die Länge (a +
b) der beiden röhrenförmigen Elemente 23, 25 größer als
die Länge
c des flexiblen Elements 20. Die beiden röhrenförmigen Elemente 23, 25 sind
daher nebeneinander in einem Überlappungsbereich
innerhalb des Hohlraums angeordnet. Die Länge 1 dieses Bereichs wird
ermittelt nach der Formel 1 = (a + b) – c. Die Zuflussöffnung 30 ist
daher, bezogen auf die Abflussöffnung 32,
um die Länge
1 versetzt angeordnet. Ausgehend von der Zuflussöffnung 30 wird also das
Fluid auf seinem Weg zu der Abflussöffnung 32 innerhalb
des Hohlraums in dem flexiblen Element 20 entgegengesetzt
zu der in dem Leitungssystem 14 und in den röhrenförmigen Elementen 23, 25 vorherrschenden
Förder-
bzw. Strömungsrichtung
gefördert. Die
Distanz, die von den Druckwellen innerhalb des flexiblen Elements 20 überwunden
werden muss, wird dadurch größer. Sie
ist größer als
die freie Distanz c, die in dem Hohlraum vorhanden ist. Es wird
in diesem Fall gezeigt, dass die Schwingungen auf überraschend
einfache Weise mit Hilfe der Vorrichtung 10 gedämpft werden
können.
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Die Schwingungsdämpfung kann beeinflusst werden,
indem man die Länge
a, b der röhrenförmigen Elemente 23, 25 verändert, insbesondere
die Summe der Längen
(a + b), die Länge
c des flexiblen Elements 20 und die Länge 1 des Überlappungsbereichs. Mit Hilfe
der hier beschriebenen Maßnahmen können die
Resonanzfrequenzen beeinflusst und verlagert werden, und zwar derart,
dass die dann noch vorhandenen Frequenzen keine so starken oder
praktisch gar keine Auswirkungen auf die Geräuschentwicklung und die Vibrationen
mehr haben. Bei allen Komponenten, die in Strömungsrichtung des Fluids der
Vorrichtung 10 nachgeordnet sind, wird die Pulsation auf
diese Weise gedämpft,
womit auch störende
Vibrationen oder Geräusche
reduziert werden.
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2 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
In diesem Beispiel haben die beiden röhrenförmigen Elemente 23, 25 eine
beispielsweise aus einer Metallspirale hergestellte Wand. Das Fluid
kann bei Überdruck
in den Bereichen austreten, in denen nebeneinander liegende Spiralen
Windungen aneinander grenzen. Daher kommt es auf der Außenfläche der
röhrenförmigen Elemente 23, 25 zu
zusätzlichen Turbulenzen,
die zur weiteren Pulsationsdämpfung beitragen.
Alle anderen Komponenten haben dieselbe Funktion wie die Komponenten
der Vorrichtung nach 1.
Identische Teile wurden daher mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es wird daher auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
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Es darf hier auch darauf hingewiesen
werden, dass eine Kombination aus kleinen Rohren aus Kunststoff
und Metall ebenfalls möglich
ist. Eines der röhrenförmigen Elemente
kann daher aus Kunststoff und das andere aus Metall bestehen. Es
können auch
kleine Rohre mit einer aus einer Kunststoffspirale bestehenden Wand
vorgesehen werden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann das Fluid quer
zur Fördereinrichtung
durch die Wand austreten und in dem Hohlraum Wirbel bilden, so dass
eine zusätzliche Pulsationsdämpfung gewährleistet
ist.
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Die Vorrichtung 10 kann
zur Schwingungsdämpfung
beliebiger Fluide eingesetzt werden, die durch eine Fördereinrichtung 12 gefördert werden. Sie
kann daher sowohl und vorzugsweise zum Fördern flüssiger Medien als auch zum
Fördern
gasförmiger
Medien eingesetzt werden.