JP2007501920A - 水撃減衰装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、油圧アキュムレータ、特にはピストン型アキュムレータにおける水撃減衰装置に関する。該装置は、前記アキュムレータの構成要素の形で具体化され、流体の流れにおける絞りとして作用し、前記アキュムレータ内部要素(12)と前記アキュムレータに接続できる油圧系統（ネットワーク）(14)との間に挿入される。前記絞りは、弁構成要素(16)において前もって決められた断面を有する少なくとも一つの流通領域(24)により形成され、弁構成要素は、その弁位置の一つにあるときは、流体の流れを流通領域(24)で阻止し、それのもう一方の弁位置にあるときは流れを解放する。本発明は、それぞれの流通領域(24)が自由端の少なくとも一つにおいて漏斗状拡張部(26;28)を具備しており、前記拡張部(26;28)は、前記アキュムレータの内部(12)方向または、前記油圧系統(14)の方向に向けられることを特徴とする。それにより、既知の減衰装置を、ノイズ放射が最大可能範囲において低減されるように実質的に改善する。

Description

本発明は油圧アキュムレータ、特にピストン型アキュムレータにおける水撃減衰装置に関し、装置は、アキュムレータの構成要素であり、アキュムレータ内部の部分とアキュムレータを接続できる油圧ネットワーク（系統）との間に形成される、流体の流れに対してスロットル（絞り）として作用し、スロットル（絞り）は、弁構成要素において断面を指定できる少なくとも一つの流通（流体通過）領域により形成され、前記弁構成要素は、その弁位置の一つにあるときは、流体の流れをそれぞれの流通領域で阻止し、他の弁位置にあるときは基本的に流体の流れを解放する。

油圧アキュムレータは複数の実施形態で、市場で容易に入手できる。そのような油圧アキュムレータの重要な適用方法は、エネルギー貯蔵、緊急時運転、油漏れ補償、及びエネルギー蓄積及び脈動減衰に見られる。油圧アキュムレータのもっともよく遭遇する構造形状は分離部材を備えており、ブラダ型アキュムレータ、ダイアフラム型アキュムレータ、及びピストン型アキュムレータの間の違いは、採用される分離部材の機能による。これらすべてのアキュムレータの作動モードは、流体蓄積用気体の圧縮性の利用に基づいており、窒素がしばしばエネルギーキャリアとして機能する。このように、油圧空気圧式アキュムレータは、流体構成要素と気体構成要素により構成され、気密分離要素を有している。流体構成要素は油圧ネットワーク（系統）に接続され、アキュムレータ内の気体側の気体は圧力の増加に従って圧縮される。同様に、アキュムレータ内の圧縮された気体は、ネットワーク（系統）側の圧力の減少により膨張でき、蓄積された油圧流体は結果としてネットワーク（系統）に強制的に戻される。

従来のピストン型アキュムレータの構造は、圧縮システムを有するピストンが縦方向に変位可能なように導入される、アキュムレータハウジングとしての外部円筒管を特徴とする。アキュムレータハウジングの先端側の密封カバーは、アキュムレータにおいて二つの作動空間を画定し、一つは気体を収容し、他方は流体を導入するために油圧ネットワーク（系統）に接続される。

減衰装置（Hydacにより製造されたダイアフラム型アキュムレータ SB 02100-0,32E2）は、既に油圧アキュムレータ内における水撃軽減の目的のために提案されており、アキュムレータの流体入口側においてこれらの減衰装置は、アキュムレータの縦方向に変位可能な弁構成要素を有し、これらの装置はアキュムレータの不可欠な構成要素である。弁構成要素は、弁ハウジング内において案内され、流体流通領域が設けられる。水撃が油圧ネットワークの方向から来ると、この水撃は油圧アキュムレータの流体接続領域に到達し、油圧ネットワーク（系統）内の水撃は、アキュムレータの内部流体圧力に対抗して弁構成要素を閉じ、弁構成要素は、弁を閉じるように弁ハウジングと緊密に接触する。しかし、以前のように、しかし本明細書では絞りの形態において、油圧ネットワークからの流体は、アキュムレータの内部に、つまりアキュムレータの流体側に、弁構成要素の内部に位置する流通領域としての中央流路孔を通して到達する。

弁構成要素が縦孔形状の流通領域において閉じられることによる流体の流れのそれぞれの絞り作用（スロットリング）の結果として、水撃は軽減されるが、以前のように、より少量の流体は、本明細書でもアキュムレータの内部に流入し続ける。反対の状況では、つまり、流体の圧力が油圧ネットワーク（系統）側で減少すると、アキュムレータ圧力により弁構成要素が開かれ、流体はアキュムレータハウジングの内部から、弁構成要素内の、障害物のないより大きな開口断面を通して流れ、流体の流れの付加的（余分な）部分はスロットル（絞り）形状の流通領域を通り導かれる。短い管路（チャネル）長の孔形状による、開示された解決案におけるスロットル（絞り）の位置の構成の結果として、弁構成要素及び/または流通領域に隣接するアキュムレータハウジングの材料構成要素において、乱流及び乱流による空洞現象が起こる。しかし、有害な空洞現象の作用に加え、乱流はまたアキュムレータの内部へまたはそこから外部への流体の流れに混乱を引き起こし、これにより油圧ネットワークと同様に、アキュムレータ全体としてのエネルギーバランスに悪影響を与える。更に、弁構成要素の開閉は、それに関連するノイズ生成にも関連し、そのような油圧アセンブリの作動に混乱を引き起こす作用を与える場合がある。

文献DE 102 14 871 A1は水撃減衰装置、特に、ハウジングを有する圧力媒体アキュムレータの形の装置を開示しており、該ハウジングの内部は、媒体分離要素により二つのチャンバに更に分割されており、第1チャンバは気体で、第2チャンバは流体で充填される。第2チャンバを流体で充填することを可能にし且つ第2チャンバが完全に空になるのを回避し更にそれの密封要素が媒体分離要素により操作される、底部弁が油圧接続内に提供される。更に、第2チャンバ充填工程中に導入される圧力媒体容積を絞る（スロットリング）ための手段、つまり、底部弁が完全に開かれた後にのみ、圧力媒体容積流全体を解放する手段が提供されている。

この従来技術に基づき、本発明の目的は、運転中に最大可能範囲で放射ノイズが回避され、それぞれの容器による解決案の全体的なエネルギーバランスが改善され、材料を損傷する空洞現象が起こらないようにすることを目的に、開示された減衰装置を更に改良することである。このように記載された目的は、その全体が特許請求項1に主張される特徴を有する装置により達成される。

請求項1の特徴部分で指定されたように、それぞれの流通領域は、その自由端の少なくとも一つにおいて漏斗状拡張部が設けられており、該拡張部はアキュムレータの内部の方向または油圧ネットワーク（系統）方向に向けられており、漏斗の効果により、運転中に、特に油圧ネットワーク（系統）における個々の水撃の減衰において、ノイズ放射に明確な低減が見られる。しかし、漏斗状拡張部がノイズ低減という結果となるばかりでなく、更に流通領域に導入された水撃は、流体機構手段により制御され、弁構成要素における乱流及び空洞現象が回避される。全体としてのそれぞれの流通領域に対する漏斗状拡張部は、アキュムレータ内部へのまたそこから外部への流体の層流の流れ状態を改善する。これは、全体のエネルギーバランスに関して好ましい効果を油圧アセンブリの運転に及ぼす。

本発明の請求項に記載される減衰装置の一つの良好な実施形態においては、それぞれの流通領域が、弁構成要素において中央チャネル（管路）の形となるように設けられ、漏斗状拡張部は中央チャネル（管路）の両側に設けられている。更に、好ましくは一つの流通領域のみが、その縦方向の軸に沿って弁構成要素内に存在する。示された中央チャネル（管路）は、その全体長に基づいて適度の大きさで構成してよく、これは、両端に搭載された二つの漏斗状拡張部における流通領域内の全体の流れの状態に好ましい効果を有する。

本発明の請求項に記載される減衰装置の別の良好な実施形態においては、弁構成要素は、その一端においてウェッブ（水かき）状伸張部を有する弁ピストンとして構成される。適切な伸張部のウェッブは、その弁ハウジング内で、または流体接続領域の領域内でアキュムレータの部分に沿って、弁構成要素の信頼性ある案内を可能にする。好ましくは、ウェッブ状伸張部はこの目的のために、アキュムレータハウジングの一端に弁構成要素が固定できるように、弁構成要素ハウジングに沿って、円筒形案内面により外周側上を導かれる。

本発明の請求項に記載される減衰装置は、基本的には弁ハウジング内において、端側に搭載された漏斗状拡張部を有する流通領域と共に案内される弁構成要素から構成されており、流体が水撃の作用として一方向においてアキュムレータに流入するときは弁構成要素を閉じ、流通領域により水撃の絞り作用（スロットリング）を開始することを可能にする、可変スロットル（絞り）システムの形を有しており、流体の流路は基本的に、弁構成要素が開かれることにより、その反対方向において開かれており、アキュムレータの内部から油圧ネットワーク（系統）への流体の流れは妨げられることがない。しかし、ここで示された設置の向きを逆にする可能性も存在し、特に弁構成要素が、その弁ハウジング内で180度回転するように搭載され、それによる結果は、油圧ネットワーク（系統）の方向へのアキュムレータから流出する流れの絞り作用（スロットリング）が、弁構成要素を閉じることにより、流通領域を介して達成されるということになる。一方、流体が油圧ネットワーク（系統）から反対方向に流れてアキュムレータに流入するときは、流れは、ウェッブ状伸張部に沿って基本的には妨げられずに動き、絞り状流通領域の自由流体断面もまた考慮されている。

本発明の請求項に記載される減衰装置の他の有利な実施形態は、他の従属項により規定される。

本発明を、図を参照して以下に説明するが、図は寸法の比率通りには描かれてはいない。

図に示す装置は、油圧アキュムレータ、特に従来の設計による油圧アキュムレータにおける水撃を減衰するように機能し、図1には、従来のアキュムレータハウジングのカバー構成要素を形成しても良い、ピストン型アキュムレータのアキュムレータハウジング壁10の一部のみが示されている。ピストン型アキュムレータの構造は、最先端技術において一般的に知られている。例えば、Mannesmann-Rexroth AGから出版された、「Hydrauliktrainer」の第3巻に詳細に記述されている。アキュムレータハウジングの一部分10が、全体として図1に示されており、示される部分は、アキュムレータの流体入口領域12に関連し、接続領域14により、アキュムレータハウジング10の流体入口領域12は、油圧ネットワーク（系統）に接続しても良いが、そのような油圧ネットワーク（系統）は、詳細には規定されておらず、あるいは動作シリンダ、油圧ポンプなど形状のような付加的油圧装置を有するとも示されていない。アキュムレータの関連する構造と油圧ネットワークへの接続は、従来技術において十分に知られており、ここでは詳細を検討することはしない。流体入口領域12と接続領域14の間において、全体として16として示されている弁構成要素を搭載するために、アキュムレータのチャンバ容積は増大される。この弁構成要素16は、円筒形の弁ハウジング18内で指定可能な距離を縦方向に変位でき、弁ハウジング18には、図2における視線方向で見た場合に、その上端にネジ山20が設けられており、前記ネジ山20とアキュムレータハウジング10（図1には図示せず）の内壁に沿って、設けられたネジ接続部とにより、弁ハウジング18を挿入できる。図1はまた、弁ハウジング18を有する弁構成要素16を通しての縦（長手）方向の断面に関しており、前記弁構成要素16は図2において分解図で示される。

従って、図示されている弁構成要素16は、アキュムレータの内部の構成要素と油圧ネットワーク（系統）の間、つまり、流体入口領域12とネットワークへの接続領域14の間に形成された流体の流れに作用するために使用しても良い。この作用の目的のために、弁構成要素16は、その縦（長手）軸22に沿って、アキュムレータハウジング10の縦軸と同等の範囲で、中央チャネル（管路）の形の単一の流通領域24を有する。この中央チャネル（管路）はその両端に漏斗状拡張部26と28を有し、図1における視線方向で見た場合に、上方漏斗状拡張部26は、流体入口領域12の方向に拡大されており、流体入口領域12と連通する。反対側の下方端におけるもう一方の漏斗状拡張部28は、油圧ネットワーク（図示せず）への接続領域14の方向に、漏斗の形状にて広がっている。更に、縦軸22の方向に測定した二つの拡張部26と28の全長は、二つの拡張部26と28の間に延伸し且つ流通領域24を形成する、円筒形中央チャネル（管路）の全長よりもいくらか短い。更に、それぞれの拡張部26と28に対して選択された最大直径は、隣接して関連する流体入口領域12と接続領域14の直径よりも小さい。拡張部26と28を使用することで、鋭利な縁を有する部分の転移領域の形成が回避され、このことは中でも、低ノイズ放射作動状態を促進する効果を有する。

更に図2から分かるように、弁構成要素16は、図2における視線方向で見た場合に、その下端部に三つのウェッブ（水かき）状伸張部30が設けられている弁ピストンとして構成される。弁構成要素16の周方向から見ると、三つのウェッブ状伸張部30はすべて、お互いに一定の間隔で配置されている。縦方向の断面の図から分かるように、図2における視線方向で見た場合に、図1における最も右側の伸張部のウェッブ30のみが、それに続く伸張部のウェッブ30の正面図と共に描かれており、それぞれの見える領域は、図中では32と指定されている。ウェッブ状伸張部30は、その外周側に円筒形案内面34が設けられ、この案内面により弁ピストンが円筒形弁ハウジング18の内周36に沿って滑ることが可能になる。弁構成要素16は、その対向する両端上に水平密封面38と40が設けられ、前記水平密封面の上部の面は、図1における視線方向で見た場合に、弁ハウジング18の水平接触面42と接触しても良く、つまり、反対側の下部のウェッブ状伸張部30に隣接させられる。更に、流通領域24を有する弁構成要素16の部分的構造長は、ウェッブ状伸張部30を有する弁構成要素16の全体的構造長の半分より大きく形成される。

図2において更に分かるように、弁構成要素16は、流通領域の領域における外周側、及びウェッブ状伸張部30の間に延伸する側に水平面44を備えており、この面44は、弁ハウジング18の円筒形内周面36と共に、三つの流体出口46（図1参照）を画定する。ウェッブ状伸張部30はまた、弁構成要素16の密封面38と40に平行に延伸する共通水平面で終了する。弁構成要素16は、圧力と流れの関係の作用として、その弁ハウジング18内を縦軸22に沿って下方向に、図1に示されたその閉位置から、この領域において縁部側に接続領域14を画定する、アキュムレータハウジング10の下部密封壁48と伸張部のウェッブ30の自由端が接触する、開位置へ動いても良い。弁構成要素16の変位のそれぞれの軸に沿う経路は、図1に示すように、漏斗状拡張部26と28の一つの高さよりも若干短い。

図1に示される動作位置において、水撃は、油圧系統（ネットワーク）において接続領域14に発生し、図1に示されていて且つ密封面38が弁ハウジング18の接触面42と接触する、閉位置に弁構成要素16を移動する。接続領域14から流体入口領域12への流体の流通、即ち、アキュムレータハウジング10の内部への流体の流通は、このように、専ら二つの漏斗状拡張部26と28を伴う絞り状流通領域24のみを通して行われる。それぞれのスロットル（絞り）領域は共に水撃を軽減するので、水撃は、アキュムレータハウジング10の内部に損傷を与える作用を発揮することはなく、連続して延伸する拡張部26と28は、流通領域24としての中央チャネル（管路）を介して流体の流れを導き、それにより弁構成要素16の、または流体入口領域12の縁部領域における有害な空洞現象の作用を回避できる。更に、中央チャネル（管路）の長い案内経路により、流体の流れを層流値範囲内に収めることができ、流れの抵抗損失が回避され、油圧システム（図示せず）の全体的なエネルギーバランスに良好な効果をもたらすことになる。漏斗状拡張部26と28には、中央チャネル（管路）における充分に層流域にある流れの圧力は低下されるという追加的な効果があり、これはノイズ放射に対して好ましい効果を有し、油圧システムと油圧アキュムレータの分野の平均的な専門家にとって、示された拡張部26と28を採用することにより、執拗に残留していたノイズが油圧アセンブリを操作するオペレータによりほとんど検知されなくなるようなノイズ低減を達成できることは驚くべき効果である。

弁構成要素16が通常の設置場所に位置するときに、接続領域14における油圧水撃の低減、従って油圧圧力が低下すると、弁構成要素16は図1における視線方向で見た場合に、重力と油圧アキュムレータ内に残る内部圧力により下方に強制的に移動させられ、ウェッブ状伸張部の自由端は下部密封壁48と接触する。従って、流路には流体の流体入口領域12から流体出口46への流路として障害がなくなり、こうして流体はアキュムレータの内部から、接続領域14の方向にウェッブ状伸張部30の間の空間を通り、そしてこの領域から油圧ネットワーク（系統）へ戻るように移動することができる。そして流体の流れが三つの流体出口46にて分割され、分割は弁構成要素16の外周と、流通領域24形状の中央の窪みにより制限される。従って、自由開口断面は事実上、弁構成要素16のない状態の流体断面に対応し、アキュムレータハウジングの内部から油圧ネットワーク（系統）への油圧エネルギーの伝達工程は、本質的に損失のないものとなる。

記載した装置は、可変スロットル（絞り）設計として構成され、180度の回転の後、縦軸を横切るように弁構成要素16を弁ハウジング18に導入し、それにより、ウェッブ状伸張部30は、図1における視線方向で見た場合に、アキュムレータの方向に、即ち流体入口領域12の方向に延伸し、弁構成要素16の密封面38は、接続領域14の方向を向くように設置することもできる。この状況においては、特定のアキュムレータ設計案の場合、油圧ネットワーク（系統）から来る水撃は、三つの流体出口46上の接続領域14に到着し、アキュムレータの内部に遮られずに到着し、流れの一部は今度は、流通領域24を通って到着するが、その一方で、流体のアキュムレータからの吐出工程においては、密封面38を有する弁構成要素16は、油圧ネットワークへの接続領域を封鎖し、流体は専ら、その漏斗状拡張部26と28を有する絞りのある流通領域24を通して流通される（流れる）ので減衰効果が得られる。このように、本質的に、可変逆転スロットル（絞り）として設計されたアキュムレータの設置場所により、アキュムレータ、特にピストン型アキュムレータからの水撃は削減できる。本発明の請求項に記載する減衰装置は、このように、大規模な改造対策を必要とせずに、異なる用途及び指定された目的に適用しても良い総合的なシステムを形成する。

図1は、図示しない油圧アキュムレータ、特には、ピストン型アキュムレータ形状の油圧アキュムレータの流体接続領域に内蔵された減衰装置の縦断面を示す図である。 図2は、弁ハウジング及び弁構成要素から構成される減衰装置の重要構成要素の分解図である。

Claims (9)

1. 油圧アキュムレータ、特にピストン型アキュムレータにおける水撃減衰装置において、
   この装置は、前記アキュムレータの構成要素であり、前記アキュムレータ内部の部分(12)と、前記アキュムレータを接続しても良い油圧系統(14)との間に形成される流体の流れに対して絞りとして作用しており、
   前記絞りは、弁構成要素(16)における断面を指定できる少なくとも一つの流通領域(24)から形成され、前記弁構成要素(16)は、その弁位置の一つにあるときは、前記流体の流れを前記それぞれの流通領域(24)で阻止し、その別の弁位置にあるときは、基本的に前記流れを解放しており、
   前記それぞれの流通領域(24)は、その自由端の少なくとも一つにおいて漏斗状拡張部(26;28)が設けられることと、
   前記拡張部(26;28)は、前記アキュムレータの内部(12)の方向または、前記油圧系統(14)の方向に向けられる、
   ことを特徴とする水撃減衰装置。
2. 前記それぞれの流通領域(24)は、前記弁構成要素(16)において中央管路の形であり、
   前記漏斗状拡張部(26;28)は前記中央管路の両端に設けられる、
   ことを特徴とする請求項1に記載の減衰装置。
3. 前記弁構成要素(16)は、その端の一つにおいてウェッブ状伸張部(30)を有する弁ピストンとして構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の減衰装置。
4. 前記弁構成要素(16)は、弁ハウジング(18)に沿って、円筒形案内面(34)により、外周側において案内され、それによって前記弁構成要素(16)が、前記アキュムレータのハウジング(10)の一端に固定されても良いことを特徴とする請求項3に記載の減衰装置。
5. 前記弁構成要素(16)は、前記外周側において及び前記ウェッブ状伸張部(30)の間に、水平面(44)を具備しており、前記水平面(44)は、前記弁ハウジング(18)の円筒形内周面(36)と共に、流体出口(46)を画定することを特徴とする請求項4に記載の減衰装置。
6. 前記弁構成要素(16)は、その端部側に水平密封面(38,40)を具備しており、その前記密封面(38)を前記弁ハウジング(18)の水平接触面(42)、または前記ウェッブ状伸張部(30)に隣接する面に接触させても良いことを特徴とする請求項4または5に記載の減衰装置。
7. 前記流通領域(24)を有する前記弁構成要素(16)の部分的構造長は、前記ウェッブ状伸張部(30)を有する前記弁構成要素(16)の全体構造長の半分を超えることを特徴とする請求項3から6のいずれか一つに記載の減衰装置。
8. 前記漏斗状拡張部(26,28)は、水平密封面(38,40)に沿って前記弁構成要素(16)から延伸することを特徴とする請求項2から7のいずれか一つに記載の減衰装置。
9. 前記弁ハウジング(18)は、前記外周側において、前記アキュムレータハウジング(10)の部分に固定するためのネジ山(20)を具備することを特徴とする請求項4から8のいずれか一つに記載の減衰装置。

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