WO2013064136A1 - Device for reducing a pressure fluctuation in a fluid-filled line - Google Patents

Device for reducing a pressure fluctuation in a fluid-filled line Download PDF

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WO2013064136A1 PCT/DE2012/001042 DE2012001042W WO2013064136A1 WO 2013064136 A1 WO2013064136 A1 WO 2013064136A1 DE 2012001042 W DE2012001042 W DE 2012001042W WO 2013064136 A1 WO2013064136 A1 WO 2013064136A1
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Abstract

The present invention relates to the field of hydraulics engineering, in particular to the compensation of pressure fluctuations in a hydraulic system (10). The device (2) according to the invention uses an actively controllable actuator element (18) by means of which a first fluid pressure (14a) in a fluid line (10), said first fluid pressure in particular having a dynamically fluctuating pressure component (16b), is compensated such that substantially the constant line pressure (16a) remains in the fluid line (10) after the passage of the latter through the device (2) according to the invention. Here, the device (2) is of balanced configuration such that it is not subjected to load by a constant line pressure (16a).

Description

Vorrichtung zur Reduzierung einer Druckschwankung  Device for reducing pressure fluctuation
in einer fluidgefüllten Leitung  in a fluid-filled pipe
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme in Transportmitteln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Reduzierung von Druckschwankungen in einer fluidgefüllten Leitung eines Transportmittels, insbesondere eines Flugzeuges. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Druckschwankung in einer fluidgefüllten Leitung, insbesondere in einem Flugzeug, ein Hydrauliksystem sowie ein Flugzeug. The present invention relates to hydraulic systems in means of transport. In particular, the present invention relates to the reduction of pressure fluctuations in a fluid-filled conduit of a means of transport, in particular of an aircraft. More particularly, the present invention relates to a device for reducing pressure fluctuation in a fluid-filled conduit, in particular in an aircraft, a hydraulic system and an aircraft.
Hydrauliksysteme werden in Transportmitteln, zum Beispiel Flugzeugen, verwendet, um vielfältige Steuerungs- und Regelungsvorgänge vorzunehmen. Hierbei kann es vorkommen, dass hierfür benötigte Hydraulikleitungen großräumig im Verkehrsmittel verteilt bzw. angeordnet sind. So können in einer Flugzeugkabine, zum Beispiel im Bereich der Seitenverkleidung zwischen Flugzeughülle und Passagierkabine, oder aber im Überkopfbereich, im Bereich der Overheadracks, großvolumige Hydraulikleitungen im Wesentlichen durch das gesamte Flugzeug laufen. Hydraulic systems are used in means of transport, such as airplanes, to perform a variety of control operations. It may happen that hydraulic lines required for this purpose are distributed or arranged over a large area in the means of transport. Thus, in an aircraft cabin, for example in the area of the side trim between the aircraft envelope and passenger cabin, or else in the overhead area, in the area of the overhead racks, large-volume hydraulic lines can essentially run through the entire aircraft.
Zum Betrieb von Hydraulikleitungen sind Pumpelemente notwendig, welche einen geforderten Betriebsdruck für das Hydrauliksystem bereitstellen. To operate hydraulic lines pumping elements are necessary, which provide a required operating pressure for the hydraulic system.
Derartige Hydraulikpumpen können beispielsweise als Axialkolbenpumpen ausgebildet sein. Bekannte Hydraulikpumpen erzeugen jedoch aufgrund ihrer Bauart potentiell neben dem geforderten, im Wesentlichen konstanten Systemdruck auch Druckschwankungen, welche sich z.B. als eine hydraulische Druckpulsation, aufmoduliert bzw. addiert zum Systemdruck, darstellen können. In einem Hydraulikleitungssystem, beispielsweise einem großformatigen Leitungssystem, wie es in einem Flugzeug zum Einsatz kommen kann, können durch diese hydraulischen Pulsationen Schwingungen im Leitungssystem auftreten, welche zusätzliche Be- Such hydraulic pumps can be designed, for example, as axial piston pumps. However, known hydraulic pumps, by virtue of their design, potentially produce, in addition to the required, substantially constant system pressure, also pressure fluctuations, which occur, for example, in the case of pressure fluctuations. as a hydraulic pressure pulsation, modulated or added to the system pressure, can represent. In a hydraulic line system, for example a large-scale line system, as can be used in an aircraft, vibrations can occur in the line system due to these hydraulic pulsations, which cause additional problems.
BESTÄTIGUNGSKOPIE lastungen des System darstellen können und auch, über verschiedene Übertragungswege, beispielsweise die Anbindung von Hydraulikleitungen an die Flugzeugstruktur, akustische Störungen bereitstellen können. Derartige akustische Störungen können beispielsweise in einer ruhigen Flugzeugumgebung für einen Passagier wahrnehmbar sein und dessen Komfortempfinden im Flugzeug verringern. CONFIRMATION COPY can represent loadings of the system and also, via different transmission paths, such as the connection of hydraulic lines to the aircraft structure, can provide acoustic interference. Such acoustic disturbances may, for example, be perceptible to a passenger in a quiet aircraft environment and reduce their sense of comfort in the aircraft.
Bekannte Lösungen zur Reduzierung dieser Pulsationen in Flugzeugen sind passive Verfahren bzw. Vorrichtungen, wie beispielsweise Resonatoren oder Absorber. Resonatoren stellen sich jedoch meist, bedingt durch die Abmaße der benötigten Wellenlängen, als vergleichsweise große Vorrichtungen dar, welche gleichfalls nur einen gewissen, schmalbandigen Einsatzfrequenzbereich aufweisen, da die Abmessungen der Resonatoren eine gewisse Frequenzabhängigkeit bedingt. Absorber wiederum entziehen dem Hydrauliksystem Energie, was nicht erwünscht ist. Known solutions for reducing these pulsations in aircraft are passive methods or devices, such as, for example, resonators or absorbers. Resonators, however, usually represent, due to the dimensions of the required wavelengths, as relatively large devices, which also have only a certain, narrow-band use frequency range, since the dimensions of the resonators requires a certain frequency dependence. Absorbers in turn withdraw energy from the hydraulic system, which is undesirable.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, eine bevorzugte, flexible, insbesondere frequenzflexible Möglichkeit zur Reduzierung von Druckschwankungen in einer fluidgefüllten Leitung bereitzustellen, somit eine Reduzierung von hydraulischen Pulsationen in dieser Leitung und damit eine Reduzierung von akustischen Störungen sowie mechanischen Belastungen des Leitungssystems. One aspect of the present invention can thus be seen to provide a preferred, flexible, in particular frequency-flexible possibility for reducing pressure fluctuations in a fluid-filled line, thus reducing hydraulic pulsations in this line and thus reducing acoustic disturbances and mechanical loads on the line system ,
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Druckschwankung in einer fluidgefüllten Leitung, eingerichtet zum Anschluss an eine Fluidleitung, mit einer Zuleitungsseite und einer Ableitungsseite bereitgestellt. Die Vorrichtung weist hierbei ein aktiv steuerbares Aktuatorelement auf, welches an der Fluidleitung zwischen der Zuleitungsseite und der Ableitungsseite angeordnet ist. In der Fluidleitung herrscht im Betriebszustand ein erster Fluiddruck, welcher sich im Wesentlichen aus einem ersten Fluidteiidruck, mithin dem (konstanten) Systemdruck, sowie einem zweiten Fluidteiidruck, welcher sich als die hydraulische Pulsation im Hydrauliksystem, somit als Druckschwankung bzw. als sich dynamisch ändernder Druck darstellt, zusammensetzt. According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a device for reducing pressure fluctuation in a fluid-filled conduit adapted for connection to a fluid conduit, having a supply side and a discharge side. In this case, the device has an actively controllable actuator element, which is arranged on the fluid line between the supply side and the discharge side. In the fluid line prevails in the operating state, a first fluid pressure, which essentially consists of a first Fluidteiidruck, thus the (constant) system pressure, and a second Fluidteiidruck, which is as the hydraulic pulsation in the hydraulic system, thus representing a pressure fluctuation or as dynamically changing pressure composed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll den ersten Fluiddruck auf der Zuleitungsseite in einem im Wesentlichen konstanten zweiten Fluiddruck auf der Ableitungsseite kompensieren. Hierbei ist das Aktuatorelement zur Erzeugung einer Kompensationskraft steuerbar, wobei die Kompensationskraft den zweiten Fluidteiidruck derart kompensiert, so dass der zweite Fluiddruck im Wesentlichen dem ersten Fluidteiidruck entspricht. In anderen Worten soll das Aktuatorelement den zweiten Fluidteiidruck durch einen passenden zweiten Gegenfluidteildruck im Wesentlichen zu Null kompensieren. The device according to the invention is intended to compensate the first fluid pressure on the supply side in a substantially constant second fluid pressure on the discharge side. Here, the actuator element for generating a compensation force is controllable, wherein the compensation force compensates the second fluid partial pressure such that the second fluid pressure substantially corresponds to the first fluid partial pressure. In other words, the actuator element is intended to substantially equalize the second fluid partial pressure by a suitable second counter-fluid partial pressure.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Hydrauliksystem, insbesondere für ein Flugzeug, bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduzierung einer Druckschwankung in einer fluidgefüllten Leitung aufweist. According to a further preferred embodiment of the present invention, a hydraulic system, in particular for an aircraft, is provided which has a device according to the invention for reducing a pressure fluctuation in a fluid-filled line.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Flugzeug, aufweisend ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem und/oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduzierung einer Druckschwankung in einer fluidgefüllten Leitung, bereitgestellt. According to a further preferred embodiment of the present invention, an aircraft comprising a hydraulic system according to the invention and / or a device according to the invention for reducing pressure fluctuation in a fluid-filled line is provided.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Preferred embodiments of the present invention will become apparent from the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hierbei derart mit der Hydraulikleitung verbunden, so dass ein in der Hydraulikleitung an einer Zuleitungsseite der Vorrichtung eintreffender Leitungsdruck, welcher sich zusammensetzt aus einem im We- sentlichen konstanten Systemdruck sowie einer hydraulischen Pulsation bzw. einem Pulsationsdruck, durch geeignete Maßnahmen an einer Ableitungsseite der Vorrichtung in einen im Wesentlichen konstanten Systemdruck wandelbar ist. The device according to the invention is in this case connected to the hydraulic line in such a way that a line pressure which arrives in the hydraulic line at a supply side of the device and which consists of a line Sense constant system pressure and a hydraulic pulsation or a pulsation pressure can be converted by suitable measures on a discharge side of the device in a substantially constant system pressure.
Die Vorrichtung kann hierbei in einem Abschnitt der Hydraulikleitung, welcher auch als Pumpkammer bezeichnet werden kann, das Volumen der Hydraulikleitung bzw. der Pumpkammer dahingehend verändern, so dass der Pulsationsdruck ausgeglichen wird. Beispielsweise in einem Zustand erhöhten Drucks, somit einem positiven Pulsationsdruck, kann das Volumen der Pumpkammer derart vergrößert werden, dass der positive Pulsationsdruck zu Null korrigiert wird. Gleichfalls kann im Zustand eines Druckes, welcher unter dem Systemdruck liegt, das Volumen in der Pumpkammer verkleinert werden, so dass gleichfalls der nun vorliegende negative Pulsationsdruck zu Null kompensiert wird. The device can in this case in a section of the hydraulic line, which can also be referred to as a pumping chamber, change the volume of the hydraulic line or the pumping chamber to the effect that the pulsation pressure is compensated. For example, in a state of increased pressure, thus a positive pulsation pressure, the volume of the pumping chamber may be increased such that the positive pulsation pressure is corrected to zero. Likewise, in the state of a pressure which is below the system pressure, the volume in the pumping chamber can be reduced, so that likewise the now present negative pulsation pressure is compensated to zero.
Um eine entsprechende Kompensation des Pulsationsdruckes bereitzustellen, ist zunächst ein Wissen um einen gewünschten bzw. geforderten Systemdruck notwendig, sowie im Weiteren Information zu einem aktuell vorliegenden Druck im fluidgefüllten Leitungssystem. Dieser Leitungsdruck kann zunächst speziell für die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt werden, beispielsweise über ein geeignet angeordnetes Sensorelement, oder aber mag aus anderen Steuerungs- bzw. Regelsystemen bekannt sein. Der geforderte bzw. gewünschte Systemdruck kann auch aus einem per Sensorelement bestimmten Systemdruck berechnet werden, beispielsweise durch eine einfache Mittelwertbildung. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung flexibel einsetzbar, da sie nicht ausschließlich auf einen vorbestimmten Systemdruck bezogen ist, sondern vielmehr den konstanten Systemdruck selbst aus einem gemessenen dynamischen Leitungsdruck bestimmen kann. Gleichfalls lässt sich auch ein definierter, gewünschter Systemdruck vorgeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei auch eine mögliche Ausbreitungsgeschwindigkeit von zu kompensierenden Druckschwankungen berücksichtigen, welche beispielsweise dazu verwendet werden kann, an einem Sensorelement gemessene Druckschwankungen verzögert zu kompensieren, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Druckschwankungen im Fluid zu berücksichtigen. In order to provide a corresponding compensation of the pulsation pressure, knowledge about a desired or required system pressure is first necessary, as well as information on a currently present pressure in the fluid-filled line system. This line pressure may initially be determined specifically for the device according to the invention, for example via a suitably arranged sensor element, or may be known from other control systems. The required or desired system pressure can also be calculated from a system pressure determined by the sensor element, for example by a simple averaging. As a result, the device according to the invention can be used flexibly, since it is not exclusively related to a predetermined system pressure, but rather can determine the constant system pressure itself from a measured dynamic line pressure. Likewise, a defined, desired system pressure can also be specified. In this case, the device according to the invention can also take into account a possible propagation velocity of pressure fluctuations to be compensated which, for example, can be used to compensate delayed pressure fluctuations measured at a sensor element in order to take into account the propagation velocity of the pressure fluctuations in the fluid.
Ein Steuer- bzw. Regelelement kann das erfindungsgemäße aktive Aktuatorelement, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, welches z.B. an ein Kolbenelement angekoppelt ist, derart ansteuern, so dass eine Volumenvariation einer Pumpkammer realisierbar ist. A control element may be the active actuator element according to the invention, for example a piezoelectric element which is e.g. is coupled to a piston element, so drive, so that a volume variation of a pumping chamber can be realized.
Ein zweites Sensorelement kann im Ableitungsbereich der Hydraulikleitung eingesetzt werden, um die Kompensation des Pulsationsdruckes zu verifizieren. Beide Sensorsignale können im Steuer- bzw. Regelelement zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen aktiven Aktuatorelementes verwendet werden. Auch kann ein Sensorelement im Ableitungsbereich als einziges Sensorelement verwendet werden. A second sensor element can be used in the discharge area of the hydraulic line in order to verify the compensation of the pulsation pressure. Both sensor signals can be used in the control element for controlling the active actuator element according to the invention. Also, a sensor element in the discharge region can be used as the only sensor element.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Membranelement mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite aufweisen. Das Aktuatorelement kann hierbei an das Membranelement angebunden sein, zum Beispiel mit diesem in Kontakt stehen. Das Aktuatorelement kann an der zweiten Seite des Membranelementes angebunden sein, um somit eine Kompensationskraft an das Membranelement abzugeben. Das Membranelement kann hierbei seine Form derart verändern, dass die Kompensationskraft in die Fluidleitung eingebracht wird bzw. die geforderte Volumenvariation in der Pumpkammer zur Kompensation des Pulsationsdruckes realisiert wird. Auf der dem Aktuatorelement gegenüberliegenden ersten Seite des Membranelementes kann die Pumpkammer angeordnet sein und im Wesentlichen der erste Fluidteildruck wirken. Das Membranelement kann somit als seitlich befestigtes Kolbenelement angesehen werden. Die Verwendung eines Kolbenelementes ist gleichfalls möglich, wobei ein seitlich befestigtes Membranelement die Notwendigkeit einer Abdichtung des Kolbenelementes zu seiner Kolbenwandung entfallen lässt. Das Membranelement kann eine mechanisch stabile Ausgestaltung haben, z.B. ein Metallelement mit exemplarisch 4mm Wandstärke sein, und beispielsweise auch großen Drücken von zum Beispiel 200 bar oder mehr widerstehen. According to a further preferred embodiment of the present invention, the device according to the invention may comprise a membrane element having a first side and a second side. The actuator element can in this case be connected to the membrane element, for example, be in contact with it. The actuator element may be connected to the second side of the membrane element, so as to deliver a compensation force to the membrane element. The membrane element can in this case change its shape such that the compensation force is introduced into the fluid line or the required volume variation in the pumping chamber to compensate for the pulsation pressure is realized. The pumping chamber can be arranged on the first side of the membrane element opposite the actuator element and essentially the first partial pressure of the fluid can act. The membrane element can thus be regarded as a laterally fixed piston element. The use of a piston element is also possible, with a laterally mounted membrane element obviating the need for sealing the piston element to its bulb wall. The membrane element may have a mechanically stable configuration, for example a metal element with an exemplary 4 mm wall thickness, and, for example, withstand high pressures of, for example, 200 bar or more.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Membranelement auf der Seite des Aktuatorelementes ein Abstützelement auf. Das Abstützelement kann hierbei den ersten Fluidteildruck auf die zweite Seite des Membranelementes aufbringen, während auf der ersten Seite des Membranelementes der erste Fluiddruck wirkt. Somit wirkt effektiv auf das Membranelement auf der ersten Seite im Wesentlichen der zweite Fluidteildruck, somit der Pulsationsdruck, da der konstante Systemdruck, somit der erste Fluidteildruck, durch das Abstützelement im Wesentlichen kompensiert ist. Die Vorrichtung bzw. das Membranelement ist somit balanciert ausgestaltet, so dass es durch einen konstanten Leitungsdruck nicht belastet wird. According to a further preferred embodiment of the present invention, the membrane element has a supporting element on the side of the actuator element. In this case, the support element can apply the first fluid part pressure to the second side of the membrane element, while the first fluid pressure acts on the first side of the membrane element. Thus effectively acts on the membrane element on the first side substantially the second fluid part pressure, thus the pulsation pressure, since the constant system pressure, thus the first Fluidteildruck, is substantially compensated by the support element. The device or the membrane element is thus designed balanced, so that it is not burdened by a constant line pressure.
Der erste Fluidteildruck kann somit unter Verwendung eines Federelementes als Abstützelement auf die zweite Seite des Membranelementes aufgebracht werden. Das Federelement soll hierbei derart steif eingerichtet sein, eine Abstützung des Membranelementes gegenüber dem ersten Fluidteildruck bereitzustellen, jedoch gleichfalls derart flexibel eingerichtet, dass eine Bewegung des Membranelementes durch das Aktuatorelement zur Kompensation des zweiten Fluidteildrucks ermöglicht wird. The first fluid part pressure can thus be applied by using a spring element as a support element on the second side of the membrane element. The spring element should in this case be set up so stiff to provide a support of the membrane element with respect to the first fluid part pressure, but also so flexibly set up that a movement of the membrane element is made possible by the actuator for compensating the second fluid part.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Abstützelement eine erste und eine zweite Seite auf, wobei die erste Seite des Abstützelementes am Membranelement angebracht ist und wobei die zweite Seite des Abstützelement an die Fluidieitung angebunden ist, insbesondere unter Verwendung eines Übertragungselementes, so dass auf die zweite Seite des Abstützelementes der erste Fluiddruck wirkt. Das Übertragungselement kann hierbei derart träge und/oder verlustbehaftet ausgebildet sein, so dass im Wesentlichen ausschließlich der erste Fluidteildruck auf die zweite Seite des Abstützelementes wirkt, somit nur der erste Fluidteildruck über das Abstützelement auf das Membranelement, insbesondere auf dessen zweite Seite weitergegeben wird. According to a further preferred embodiment of the present invention, the support element has a first and a second side, wherein the first Side of the support element is attached to the membrane element and wherein the second side of the support element is connected to the Fluidieitung, in particular using a transmission element, so that the first fluid pressure acts on the second side of the support element. The transmission element may in this case be designed to be so sluggish and / or lossy, so that essentially only the first fluid part pressure acts on the second side of the support element, thus only the first fluid part pressure on the support element on the membrane element, in particular on its second side is passed.
Hierdurch ist eine Unterstützung bzw. Abstützung des Membranelementes bzw. dessen nicht in der Fluidieitung angeordneten Seite möglich, so dass von einer Seite, der ersten Seite, der erste Fluiddruck wirkt, während von der zweiten Seite des Membranelementes der erste Fluidteildruck wirkt. Die effektive Belastung des Membranelementes stellt sich somit ausschließlich als der zweite Fluidteildruck, somit der Pulsationsdruck dar. Hierdurch ist das Membranelement über einen großen Druckeinsatzbereich verwendbar, da nur der zu kompensierende Differenzdruck auf das Membranelement wirken kann. In this way, support or support of the membrane element or its side not arranged in the fluid conduit is possible, so that the first fluid pressure acts from one side, the first side, while the first fluid component pressure acts from the second side of the membrane element. The effective loading of the membrane element is therefore exclusively the second fluid partial pressure, thus the pulsation pressure. In this way, the membrane element can be used over a large pressure application range since only the differential pressure to be compensated can act on the membrane element.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungselement als ein Kolbenelement ausgebildet. Das Kolbenelement weist hierbei eine erste Seite und eine zweite Seite auf, wobei die erste Seite des Kolbenelementes mit der zweiten Seite des Abstützelementes verbunden ist und die zweite Seite des Kolbenelementes mit der Fluidieitung verbunden ist. According to a further preferred embodiment of the present invention, the transmission element is designed as a piston element. The piston element in this case has a first side and a second side, wherein the first side of the piston element is connected to the second side of the support element and the second side of the piston element is connected to the Fluidieitung.
Hierdurch kann der in der Fluidieitung vorherrschende erste Fluiddruck über das Kolbenelement und das Abstützelement die zweite Seite des Membranelementes abstützen. Der erste Fluidteildruck, somit der Systemdruck, kann als ein Druck angesehen werden, welcher im Wesentlichen nur eine sehr niederfrequente Änderung erfährt. Demgegenüber kann der zweite Fluidteildruck, der Pulsationsdruck, als ein Druck angesehen werden, welcher eine vergleichsweise hohe Änderungsfrequenz aufweist. As a result, the first fluid pressure prevailing in the fluid line can be supported by way of the piston element and the support element on the second side of the membrane element. The first fluid pressure part, thus the system pressure, can be regarded as a pressure which undergoes substantially only a very low frequency change. In contrast, the second fluid part pressure, the pulsation pressure, be regarded as a pressure having a comparatively high frequency of change.
Wenn nun das Kolbenelement zum Beispiel in seiner Anbindung bzw. Abdichtung an die Kolbenwandung eine hohe Reibung bzw. einen hohen Verlust aufweist, wird im Wesentlichen über das Kolbenelement nur der erste Fluidteildruck, nicht jedoch der zweite Fluidteildruck über das Abstützelement an die zweite Seite des Membranelementes weitergegeben. Das Kolbenelement kann somit als ein Tiefpasselement für Druckschwankungen verstanden werden, welches den niederfrequenten oder nicht ändernden Systemdruck über das Abstützelement an das Membranelement weitergeben kann, nicht jedoch den hochfrequenten Pulsations- druck, da beispielsweise über geeignet ausgebildete Reibung des Kolbenelementes dieses zu träge reagieren würde, um einem hochfrequenten Pulsationsdruck zu folgen. If, for example, the piston element has high friction or high loss in its connection or sealing to the piston wall, essentially only the first fluid part pressure, but not the second fluid part pressure, is transmitted via the support element to the second side of the membrane element via the piston element passed. The piston element can thus be understood as a low-pass element for pressure fluctuations, which can pass on the low-frequency or non-changing system pressure via the support element to the membrane element, but not the high-frequency Pulsations- pressure, as this would respond too slowly, for example via appropriately trained friction of the piston element, to follow a high-frequency pulsation pressure.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Kolbenelement als ein Kolbenelement aus der Gruppe, bestehend aus Kreiskolbenelement und Zylinderkolbenelement, ausgebildet sein. According to a further preferred embodiment of the present invention, the piston element can be designed as a piston element from the group consisting of a circular piston element and a cylinder piston element.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Aktuatorelement als ein piezoelektrisches Aktuatorelement ausgebildet sein. According to a further preferred embodiment of the present invention, the actuator element may be formed as a piezoelectric actuator element.
Ein derartiges Aktuatorelement kann geforderte geringfügige Auslenkungen bei vergleichsweise hoher Kraft bereitstellen. Das piezoelektrische Aktuatorelement kann hierbei beispielsweise als ein zylindrischer Stapelaktuator ausgebildet sein und in der Mitte einen Hohlraum aufweisen. Hierdurch ergibt sich ein günstiges Verhältnis von zu kühlender Oberfläche zu Wärme generierendem Volumen. Zusätzlich kann im Innenbereich des piezoelektrischen Aktuators eine geeignete Kühlung vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung weiterhin zumindest ein Sensorelement zur Bestimmung des ersten Fluiddrucks und/oder des zweiten Fluiddrucks aufweisen, sowie ein Steuerbzw. Regelelement zur Ansteuerung des Aktuatorelementes. Such an actuator element can provide required small deflections at comparatively high force. The piezoelectric actuator element may in this case be designed, for example, as a cylindrical stacking actuator and have a cavity in the middle. This results in a favorable ratio of surface to be cooled to heat-generating volume. In addition, a suitable cooling can be provided in the interior of the piezoelectric actuator. According to a further preferred embodiment of the present invention, the device may further comprise at least one sensor element for determining the first fluid pressure and / or the second fluid pressure, as well as a Steuerbzw. Control element for controlling the actuator element.
Hierzu kann ein aktuell vorherrschender erster Fluiddruck bestimmt werden, welcher im Steuer- bzw. Regelelement verarbeitet wird, um den ersten Fluidteildruck und den zweiten Fluidteildruck zu bestimmen. Basierend auf dem zweiten Fluidteildruck kann nachfolgend eine Ansteuerung des Aktuatorelementes erfolgen. For this purpose, a currently prevailing first fluid pressure can be determined, which is processed in the control or regulating element in order to determine the first fluid part pressure and the second fluid part pressure. Based on the second fluid part pressure, a control of the actuator element can subsequently take place.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Figuren näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Figuren sind hierbei nicht maßstäblich, können jedoch qualitative Größenverhältnisse wiedergeben. Hereinafter, reference will be made to embodiments of the invention with reference to the accompanying figures. The figures are not to scale, but can reproduce qualitative proportions.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Komponenten. Like or similar reference numerals in different figures refer to the same or similar components.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine exemplarische Darstellung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is an exemplary illustration of the principle of operation of the present invention;
Fig. 2 eine erste exemplarische Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und  FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a device according to the present invention; FIG. and
Figs. 3, 4 eine zweite exemplarische Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Figs. 3, 4 show a second exemplary embodiment of a device according to the present invention.
Figur 1 zeigt eine exemplarische Darstellung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung. Figur 1 zeigt Fluidleitung 10 mit Zuleitung 4a und Ableitung 4b. Auf der Zuleitungsseite 4a herrscht ein erster Fluiddruck Qi 14a, welcher sich zusammensetzt aus dem ersten Fluidteildruck Q 16a, dem im Wesentlichen konstanten Systemdruck sowie dem zweiten Fluidteildruck Δς 16b, der hydraulischen Pulsation bzw. dem Pulsationsdruck. Die Vorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung soll hierbei den ersten Fluiddruck Qi 14a zu einem zweiten Fluiddruck Q2 14b kompensieren, welcher im Wesentlichen dem ersten Fluidteildruck Q 16a entsprechen soll. FIG. 1 shows an exemplary representation of the functional principle of the present invention. FIG. 1 shows fluid line 10 with supply line 4a and discharge line 4b. On the supply side 4a there is a first fluid pressure Qi 14a, which is composed of the first fluid part pressure Q 16a, the substantially constant system pressure and the second fluid part pressure Δς 16b, the hydraulic pulsation or the pulsation pressure. The device 2 according to the present invention is intended here to compensate the first fluid pressure Qi 14a to a second fluid pressure Q2 14b, which should correspond substantially to the first fluid part pressure Q 16a.
Zwischen Zuleitung 4a und Ableitung 4b ist Pumpkammer 6 angeordnet, in welcher Aktuatorelement 18 an ein Kolbenelement 20 oder Membranelement 20 angebunden ist. Der zweite Fluidteildruck Δς 16b soll durch Auslenkung des Kolbenbzw. Membranelementes 20 unter Verwendung des Aktuatorelementes 18 kompensiert, d.h. zu null korrigiert werden. Pumping chamber 6 is arranged between supply line 4 a and discharge line 4 b, in which actuator element 18 is connected to a piston element 20 or membrane element 20. The second fluid part pressure .DELTA.S. 16b is intended by deflection of Kolbenbzw. Membrane element 20 compensated using the actuator element 18, i. be corrected to zero.
Sensorelement 12a kann hierbei den ersten Fluiddruck Qi 14a bestimmen. Steuer- bzw. Regelelement 22 kann aus dem durch Sensor 12a bestimmten, sich dynamisch verändernden ersten Fluiddruck Qi 14a den ersten Fluidteildruck Q 16a bestimmen, beispielsweise durch Mittelwertbildung und aus Q1 und Q nachfolgend den zweiten Fluidteildruck Δς 16b. Steuer- bzw. Regelelement 22 kann diese Information zur Ansteuerung des Aktuatorelementes 18 verwenden, so dass dieses einen Gegendruck bzw. einen negativen zweiten Fluidteildruck - Δς 16c erzeugt, welcher den zweiten Fluidteildruck Δς 16b im Wesentlichen zu Null kompensiert. Hierdurch wird auf der Ableitungsseite 4b der zweite Fluiddruck Q2 14b im Wesentlichen zum ersten Fluidteildruck Q 16a. Alternativ oder zusätzlich kann Sensorelement 12b vorgesehen sein, welches im Wesentlichen den zweiten Fluiddruck Q2 14b bestimmen kann, im Nicht kompensierten Fall weist auch der zweite Fluiddruck Q2 einen Pulsationsanteil Δς auf, welcher zur Ansteuerung des Steuer- bzw. Regelelementes 22 verwenden werden kann. Weiter Bezug nehmend auf Figur 2 wird eine erste exemplarische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Sensor element 12a can in this case determine the first fluid pressure Qi 14a. Control element 22 can determine the first fluid part pressure Q 16a from the dynamically changing first fluid pressure Qi 14a determined by sensor 12a, for example by averaging and from Q1 and Q subsequently the second fluid part pressure Δς 16b. Control element 22 can use this information to control the actuator element 18 so that it generates a back pressure or a negative second fluid part pressure Δς 16c, which essentially compensates the second fluid part pressure Δς 16b to zero. As a result, on the discharge side 4b, the second fluid pressure Q2 14b becomes substantially equal to the first fluid pressure part Q16a. Alternatively or additionally, sensor element 12b can be provided, which essentially can determine the second fluid pressure Q2 14b. In the non-compensated case, the second fluid pressure Q2 also has a pulsation component Δς, which can be used to control the control element 22. With further reference to FIG. 2, a first exemplary embodiment of a device according to the invention is shown.
Figur 2 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 im Querschnitt. Zwischen Zuleitung 4a und Zuleitung 4b ist Pumpkammer 6 angeordnet, welche im Wesentlichen als ein sich in der Hydraulikleitung 10 bzw. in einer Öffnung deren Wandung angeordnete Membranelement 20 darstellt. Membranelement 20 ist hierbei fest in der Wandung der Hydraulikleitung verankert und somit seitlich durch diese abgestützt. Die Membran 20 kann jedoch durch Aktuatorelement 18 in einem Mittenbereich senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Hydraulikleitung 10 bewegt werden. Hiermit kann das Volumen der Pumpkammer 6 variiert werden, was im Wesentlichen einem Druckabbau bzw. Druckaufbau im Bereich der Pumpkammer 6 entspricht. Somit kann im Bereich der Pumpkammer 6 über die Auslenkung des Aktuators 18 und damit der Bewegung der Membran 20 ein Kompensationsdruck - Aq 16c aufgebaut werden, welcher den zweiten Flu- idteildruck Aq 16b im Wesentlichen zu Null kompensiert. Figure 2 shows an exemplary embodiment of the device 2 according to the invention in cross section. Pumping chamber 6 is arranged between supply line 4 a and supply line 4 b, which essentially represents a membrane element 20 arranged in hydraulic line 10 or in an opening of its wall. Membrane element 20 is firmly anchored in the wall of the hydraulic line and thus supported laterally by this. However, the diaphragm 20 can be moved by the actuator element 18 in a central region perpendicular to the longitudinal direction of the hydraulic line 10. Hereby, the volume of the pumping chamber 6 can be varied, which essentially corresponds to a pressure reduction or pressure build-up in the region of the pumping chamber 6. Thus, in the region of the pumping chamber 6 via the deflection of the actuator 18 and thus the movement of the diaphragm 20, a compensation pressure - Aq 16c can be established, which compensates the second fluid idle pressure Aq 16b substantially to zero.
Das Aktuatorelement 18 ist exemplarisch ausgeführt als piezoelektrischer, zylindrischer Stapelaktuator mit einem mittigen Hohlraum 38. Aktuatorelement 18 ist auf der zweiten Seite 40b des Membranelementes 20 angeordnet und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Gegendruckelement 32 abgestützt. Das Gegendruckelement 32 ist am Gehäuse 46 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 befestigt, in welcher auch das Membranelement 20 aufgenommen ist. Somit ist das Aktuatorelement 18 zwischen dem Membranelement 20 und dem Gegendruckelement 32 eingespannt. The actuator element 18 is exemplified as a piezoelectric, cylindrical stack actuator with a central cavity 38. Actuator element 18 is disposed on the second side 40b of the membrane element 20 and supported on the opposite side by a counter-pressure element 32. The counterpressure element 32 is fastened to the housing 46 of the device 2 according to the invention, in which also the membrane element 20 is accommodated. Thus, the actuator element 18 is clamped between the membrane element 20 and the counter-pressure element 32.
Ebenfalls auf der zweiten Seite 40b des Membranelementes ist Abstützelement 28, beispielsweise ein Federelement 28, exemplarisch ausgebildet als eine Tellerfeder, mit seiner erster Seite 42a angebracht. Die zweite Seite 42b des Abstützelementes 28 ist an einem Kolbenelement 24 angeordnet. Das Kolbenelement weist auf seiner ersten Seite 44a die Anbindung zum Abstützelement 28 auf. Auf der zweiten Seite 44b des Kolbenelementes 24 wirkt im Wesentlichen der erste Fluidteildruck Q 16a bzw. der zweite Fluiddruck Q2 14b. Zumindest auf dem in Figur 2 links gezeigten Abschnitt des Zylinderelementes 24 würde mittels der Verbindungsleitung 30 zunächst der erste Fluiddruck Q-i 14a lasten. Um den zweiten Fluidteildruck Δς 16b, somit den Pulsationsdruck, am Kolbenelement 24 zu kompensieren, ist dieses an der Seitenwandung mit einer Dichtung 26 angebracht, welche eine derart hohe Reibung aufweist, so dass Kolbenelement 24 für den dynamischen Pulsationsdruck Δς 16b zu träge reagieren würde, als dass sich dieser in einer effektiven Auslenkung des Kolbenelementes 24 niederschlagen würde. Also on the second side 40b of the membrane element support element 28, for example, a spring element 28, exemplified as a plate spring, mounted with its first side 42a. The second side 42 b of the support element 28 is arranged on a piston element 24. The piston element has the connection to the support element 28 on its first side 44a. On The second side 44b of the piston element 24 essentially has the effect of the first fluid component pressure Q 16a and the second fluid pressure Q 2 14b, respectively. At least on the section of the cylinder element 24 shown on the left in FIG. 2, the first fluid pressure Qi 14a would first load by means of the connecting line 30. In order to compensate the second fluid part pressure Δς 16b, thus the pulsation pressure, on the piston element 24, this is attached to the side wall with a seal 26 which has such a high friction that the piston element 24 would react too slowly for the dynamic pulsation pressure Δς 16b, than that would be reflected in an effective deflection of the piston member 24.
Die mit Reibung behaftete Dichtung 26 stellt somit eine Art Tiefpasselement dar, welches einerseits den konstanten Leitungsdruck Q 16a über Abstützelement 28 an Membran 20 weitergeben mag, jedoch derart verlustbehaftet bzw. träge reagiert, so dass der variable zweite Fluidteildruck Δς 16b nicht weitergegeben wird. The friction-afflicted seal 26 thus represents a kind of low-pass element, which on the one hand pass the constant line pressure Q 16a via support member 28 to membrane 20, but so lossy or sluggish reacts, so that the variable second Fluidteildruck Δς 16b is not disclosed.
Somit erfolgt über Kolbenelement 24 und Abstützelement 28 eine Abstützung des Membranelementes 20 auf dessen zweiter Seite 40b gegenüber dem ersten Fluidteildruck Q 16a. Dadurch werden sowohl Membranelement 20 als auch Aktuato- relement 18 gegenüber einem möglicherweise sehr hohen Leitungsdruck Q der Fluidleitung 10 entlastet; im Wesentlichen wirkt nur der dynamisch variable zweite Fluidteildruck Δς 16b. Da Membran 20 sowohl auf ihrer ersten Seite 40a als auch auf ihrer zweiten Seite 40b mit dem ersten Fluidteildruck Q 16a belastet ist, stellt sich Membran 40 als balanciert dar. Thus, via piston element 24 and support element 28, a support of the membrane element 20 on the second side 40b relative to the first fluid part pressure Q 16a. As a result, both the membrane element 20 and the actuator element 18 are relieved of a possibly very high line pressure Q of the fluid line 10; essentially, only the dynamically variable second fluid part pressure Δς 16b acts. Since membrane 20 is loaded both on its first side 40a and on its second side 40b with the first fluid part pressure Q 16a, membrane 40 is shown as balanced.
Hierdurch kann Aktuatorelement 18a, zum Beispiel aus Kosten- oder Platzgründen, so klein als möglich ausgeführt werden, so dass es zwar die erforderlichen dynamischen Impulse zur Kompensation des zweiten Fluidteildrucks Δς 16b erzeugen kann, jedoch dem statischen, ersten Fluidteildruck Q 16a nicht ausgesetzt ist, welchem er gegebenenfalls gar nicht standhalten könnte. Diese Abstützung der statischen Drucklast ist im Nachfolgenden nochmals beschrieben. As a result, actuator element 18a may be made as small as possible, for example for reasons of cost or space, so that while it can generate the required dynamic pulses for compensating the second fluid part pressure Δς 16b, it is not exposed to the static, first fluid part pressure Q 16a. which he might not be able to withstand. This support of the static pressure load is described again below.
Die Trennstelle zwischen Aktuatorelement 18 und Pumpkammer 6 kann möglicherweise , bedingt durch den geringen mechanischen Hub bei gleichzeitig möglicherweise hohem Druck und hoher Betriebsfrequenz durch gewöhnlich verfügbare Dichtsysteme in Kombination mit einem Kolben nicht dauerhaft abgedichtet werden, insbesondere aufgrund der Haftreibung eines derartigen Kolbens mit adäquat dimensionierten Dichtsystemen, beispielsweise, falls der Leitungsdruck in der Flu- idleitung 200 bar oder dergleichen entsprechen würde und einem daraus resultierenden signifikanten Verschleiß eines möglichen Kolbendichtsystems. The interface between actuator element 18 and pump chamber 6 may possibly not be permanently sealed due to the low mechanical stroke with possibly high pressure and high operating frequency due to commonly available sealing systems in combination with a piston, in particular due to the stiction of such a piston with adequately sized sealing systems For example, if the line pressure in the fluid id would correspond to 200 bar or so, and consequent significant wear on a potential piston sealing system.
Die Übertragung zwischen dem Aktuatorelement 18 und dem Hydraulikmedium in der Hydraulikleitung 10 erfolgt daher erfindungsgemäß und in Figur 2 exemplarisch durch ein Membranelement 20, beispielsweise eine Stahlmembran, welche derart ausgelegt bzw. eingerichtet ist, dass deren Eigensteifigkeit um eine Größenordnung geringer ist als die des Aktuatorelementes 18. The transmission between the actuator element 18 and the hydraulic medium in the hydraulic line 10 therefore takes place according to the invention and in FIG. 2 by way of example through a membrane element 20, for example a steel membrane, which is designed or arranged such that its inherent rigidity is an order of magnitude less than that of the actuator element 18th
Die zum Schutz des Membranelementes 20 und des Aktuatorelementes 18 erforderliche Abstützung wird durch ein Abstützelement 28, exemplarisch ausgebildet als eine Tellerfeder, bereitgestellt. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass die dynamische Steifigkeit des Abstützelementes 28 bzw. der Tellerfeder deutlich unter der des Aktuatorelementes 18, beispielsweise des piezoelektrischen Stapelak- tuators liegen sollte, um die erforderlichen Zusatzkräfte auf ein Minimum reduzieren zu können. Hierbei kann die inhärente Eigenschaft einer degressiven Kennlinie einer Tellerfeder genutzt werden. The support required to protect the membrane element 20 and the actuator element 18 is provided by a support element 28, exemplified as a plate spring. It should also be noted that the dynamic stiffness of the support element 28 and the disc spring should be significantly lower than that of the actuator element 18, for example, the piezoelectric Stapelak- tuators in order to reduce the required additional forces to a minimum. In this case, the inherent property of a degressive characteristic of a diaphragm spring can be used.
Da das Hydrauliksystem 10 in abgeschaltetem Zustand druckfrei fällt, muss in diesem Betriebsfall die durch die Tellerfeder eingeleitete Kraft zu Null werden, um Beschädigungen, insbesondere eines als Piezo ausgebildeten Aktuatorelementes 18 zu vermeiden. Die Tellerfeder wird daher durch den in Abbildung 2 eingezeichneten ringförmigen Kolben 24 vorgespannt, der über Verbindungsleitung 30 an das Hydrauliksystem 10 angekoppelt ist. Im Wesentlichen wird die Tellerfeder aufgrund des Leitungsdruckes Q der Hydraulikleitung 10, welche sowohl über die erste Seite 40a des Membranelementes 20 als auch über die zweite Seite 44b des Kolbenelement 24 auf die Tellerfeder eingekoppelt wird, vorgespannt. Since the hydraulic system 10 is de-pressurized when switched off, the force introduced by the disc spring must become zero in this operating case to damage, in particular of an actuator element designed as a piezo 18 to avoid. The plate spring is therefore biased by the drawn in Figure 2 annular piston 24 which is coupled via connecting line 30 to the hydraulic system 10. In essence, due to the line pressure Q of the hydraulic line 10, which is coupled to the plate spring both via the first side 40a of the membrane element 20 and via the second side 44b of the piston element 24, the diaphragm spring is pretensioned.
Das Dichtsystem 26 des Kolbenelementes 24 soll hierbei mit einer hohen Reibung behaftet sein, um in Kombination mit einer möglicherweise hohen Masse des Kolbenelementes 24 eine Einkopplung der zu eliminierenden Pulsation Δς 16b über die Tellerfeder zu verhindern. Zusätzlich ist die Kopplung des Kolbenelementes 24 an der beruhigten Seite der Strömung, somit an der Ableitungsseite 4b, zu bevorzugen. The sealing system 26 of the piston element 24 should in this case be subject to high friction in order to prevent, in combination with a possibly high mass of the piston element 24, coupling of the pulsation Δς 16b to be eliminated via the diaphragm spring. In addition, the coupling of the piston member 24 on the calm side of the flow, thus on the discharge side 4b, is preferable.
Der Kolben kann, wie in Abbildung 2 gezeigt, als Ringkolben ausgebildet sein, welcher direkt am hydraulischen Leitungssystem 10 angebunden ist. Die Vorrichtung 2 ist hierbei als ein geschlossenes, druckfestes System ausgeführt, in dem die in Figur 2 dargestellte Gehäusewandung 46 vollkommen und insbesondere unter Verwendung des Gegendruckelementes 32 gegenüber der Hydraulikleitung 10 geschlossen ist. Im Falle, dass somit ein Element der Vorrichtung 2, zum Beispiel Federelement 28, Kolbenelement 24 oder Aktuatorelement 18, beschädigt wird, z.B. einbricht, stellt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 2, gegenüber der Öffnung in der Hydraulikleitung 10, als geschlossenes System dar, so dass der Betrieb der Hydraulikleitung 10 nicht beeinträchtigt wird. Somit besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 selbst im Falle einer Zerstörung des Membranelementes 28 ein Fail-Save-Verhalten, lediglich die geforderte Kompensation des zweiten Fluidteildrucks 16b ist in diesem Fall nicht mehr realisierbar. The piston can, as shown in Figure 2, be designed as an annular piston which is connected directly to the hydraulic line system 10. In this case, the device 2 is designed as a closed, pressure-resistant system, in which the housing wall 46 shown in FIG. 2 is closed completely and in particular using the counterpressure element 32 with respect to the hydraulic line 10. Thus, in the event that an element of the device 2, for example spring element 28, piston element 24 or actuator element 18, is damaged, e.g. breaks down, the inventive device 2, with respect to the opening in the hydraulic line 10, as a closed system, so that the operation of the hydraulic line 10 is not affected. Thus, the device 2 according to the invention has a fail-safe behavior even in the case of destruction of the membrane element 28, only the required compensation of the second fluid part pressure 16b can no longer be realized in this case.
Membranelement 20 kann exemplarisch eine Dicke von 4 mm aufweisen und hierbei eine Verformung im Bereich von 10-20 μηι bereitstellen. Aktuatorelement 18, ausgeführt als ein piezoelektrisches Aktuatorelement, kann beispielsweise einen Durchmesser von 25 mm bei einer Höhe von 50 mm bis hin zu einem Durchmesser von 42 mm oder mehr bei einer Höhe von 100 mm aufweisen. Abstützelement 28 kann als Tellerfeder exemplarisch einen Durchmesser von 200 mm aufweisen. Die aktive Fläche von Membranelement 20 kann exemplarisch einen Durchmesser von 100 mm aufweisen. Mögliche Leitungsdrücke des Hydrauliksystems 1 liegen bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit Stahlmembran bei bis zu 200 bar oder mehr. Membrane element 20 can exemplarily have a thickness of 4 mm and in this case provide a deformation in the range of 10-20 μm. actuator 18, implemented as a piezoelectric actuator element, may, for example, have a diameter of 25 mm at a height of 50 mm up to a diameter of 42 mm or more at a height of 100 mm. Supporting element 28 may have a diameter of 200 mm as a plate spring by way of example. The active area of membrane element 20 may exemplarily have a diameter of 100 mm. Possible line pressures of the hydraulic system 1 are in the embodiment according to the invention with steel membrane at up to 200 bar or more.
Weiter Bezug nehmen auf Figuren 3 und 4 wird eine zweite exemplarische Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Continuing to refer to FIGS. 3 and 4, a second exemplary embodiment of the present invention is illustrated.
Im Falle, dass Kolbenelement 24 nicht als ein Ringkolbenelement ausgeführt werden soll, kann dieses auch durch ein Ringelement 34 sowie mehrere Einzelkolbenelemente 24 ausgebildet sein. Exemplarisch können hierzu vier Kolbenelemente 24 Verwendung finden, um insbesondere einen symmetrischen Aufbau zu realisieren. Hierzu ist in Verbindungsleitung 30 eine Ringleitung 36 vorgesehen, welche die Druckkammern auf deren zweiten Seiten 44b derart mit der Hydraulikleitung 10 verbindet, so dass der erste 14a bzw. zweite Fluiddruck 14b auf der zweiten Seite 44b der Kolbenelemente 24 lastet. Zur Anbindung eines als Tellerfeder ausgebildeten Abstützelementes 28 an diskrete Kolbenelemente 24 ist Ringelement 34 vorgesehen. Bei geeigneter Ausgestaltung der Tellerfeder kann Ringelement 34 jedoch gleichfalls entfallen, Ringelement 34 dient dabei im Wesentlichen der Kraftübertragung zwischen Kolbenelementen 24 und Abstützelement 28. In the event that piston element 24 should not be designed as an annular piston element, this may also be formed by a ring element 34 and a plurality of individual piston elements 24. By way of example, four piston elements 24 can be used for this purpose, in particular to realize a symmetrical design. For this purpose, a ring line 36 is provided in connection line 30, which connects the pressure chambers on the second side 44b thereof with the hydraulic line 10, so that the first 14a or second fluid pressure 14b rests on the second side 44b of the piston elements 24. To connect a trained as a plate spring support member 28 to discrete piston elements 24 ring member 34 is provided. In a suitable embodiment of the plate spring ring member 34, however, also omitted, ring member 34 serves essentially the power transmission between the piston elements 24 and support member 28th
Eine Abdichtung und Schwingungsisolation gegenüber dem zweiten Fluidteildruck Aq 16b wird durch die einzelnen Kolbenelemente 24 bereitgestellt. In Figur 3 mittig angeordnet ist das an Aktuatorelement 18 angebundene runde Membranelement 20. Abstützelement 32 ist in Figur 3 nicht separat dargestellt, jedoch gemäß Figur 4 mit Gehäuse 46 verbunden. Vorrichtung 2 kann hierbei als ein Bauteil ausgeführt sein, welches auf eine geeignete Öffnung in einer Hydraulikleitung 10 aufgesetzt wird und diese zum Bereitstellen der erfindungsgemäßen Funktionalität passend abschließt. In anderen Worten kann eine Hydraulikleitung 10 beispielsweise eine genormte Öffnung aufweisen, welche zunächst mit einer reinen Abdeckung verschlossen werden kann. Im Falle, dass die in der Hydraulikleitung 10 auftretenden Druckschwankungen kompensiert werden sollen, kann eine solche Abdeckung einfach von einer Hydraulikleitung 10 entfernt und die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 aufgesetzt werden. A seal and vibration isolation with respect to the second fluid part pressure Aq 16b is provided by the individual piston elements 24. The central membrane element 20 connected to the actuator element 18 is arranged centrally in FIG. 3. The support element 32 is not shown separately in FIG. 3, but is connected to the housing 46 according to FIG. Device 2 can in this case be designed as a component, which is placed on a suitable opening in a hydraulic line 10 and this concludes suitably for providing the functionality according to the invention. In other words, a hydraulic line 10 may, for example, have a standardized opening, which may initially be closed with a clean cover. In the event that the pressure fluctuations occurring in the hydraulic line 10 are to be compensated, such a cover can be easily removed from a hydraulic line 10 and the device 2 according to the invention can be placed.
Aufgrund einer in sich geschlossenen Ausgestaltung mit beispielsweise separaten Sensorelementen 12a, 12b, angeordnet im Zuleitungsbereich 4a bzw. Ableitungsbereich 4b kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Wesentlichen autark ausschließlichen mit einer Energieversorgung verbunden arbeiten. Auch Steuer- /Regelelement 22 kann beispielsweise direkt an der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 verbaut sein, um das regelungstechnische Verfahren zur Kompensation des Pulsationsdruckes bereitzustellen, welches im Wesentlichen ausschließlich Informationen der Sensorelemente 12a, 12b benötigt. Due to a self-contained configuration with, for example, separate sensor elements 12a, 12b, arranged in the supply area 4a or discharge area 4b, the device according to the invention can operate essentially exclusively connected to a power supply. Also, control element 22 may for example be installed directly on the device 2 according to the invention in order to provide the control technology method for compensation of the pulsation pressure, which essentially requires only information of the sensor elements 12a, 12b.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Vorrichtung 2 device
4a, b Zuleitung, Ableitung  4a, b supply line, discharge
6 Pumpkammer  6 pumping chamber
10 . Hydraulikleitung  10. hydraulic line
12a, b Sensorelement  12a, b sensor element
14a, b erster, zweiter Fluiddruck  14a, b first, second fluid pressure
16a, b, c erster, zweiter, negativer zweiter Fluiddruck 16a, b, c first, second, negative second fluid pressure
18 Aktuatorelement 18 actuator element
20 Membranelement / Kolbenelement  20 membrane element / piston element
22 Steuer-/Regelelement  22 control element
24 Kolbenelement  24 piston element
26 Dichtung mit Reibung  26 seal with friction
28 Abstützelement / Federelement  28 support element / spring element
30 Verbindungsleitung  30 connecting line
32 Gegendruckelement  32 counter-pressure element
34 Ringelement  34 ring element
36 Ringleitung  36 ring line
38 Hohlraum  38 cavity
40a, b erste, zweite Seite des Membranelementes 40a, b first, second side of the membrane element
42a, b erste, zweite Seite des Abstützelementes42a, b first, second side of the support element
44a, b erste, zweite Seite des Kolbenelementes44a, b first, second side of the piston element
46 Gehäuse 46 housing

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (2) zur Reduzierung einer Druckschwankung in einer fluidgefüll- ten Leitung, eingerichtet zum Anschluss an eine Fluid-Leitung mit einer Zuleitungsseite und einer Ableitungsseite, die Vorrichtung aufweisend 1. A device (2) for reducing a pressure fluctuation in a fluid-filled line, adapted for connection to a fluid line having a supply side and a discharge side, comprising the device
ein aktiv steuerbares Aktuatorelement (18), angeordnet an der Fluid-Leitung (10) zwischen der Zuleitungsseite (4a) und der Ableitungsseite (4b);  an actively controllable actuator element (18) arranged on the fluid line (10) between the supply side (4a) and the discharge side (4b);
wobei die Fluid-Leitung (10) im Betriebszustand auf der Zuleitungsseite (4a) einen ersten Fluid-Druck (14a) und auf der Ableitungsseite (4b) einen zweiten Fluid-Druck (14b) aufweist;  wherein the fluid line (10) in the operating state on the supply side (4a) has a first fluid pressure (14a) and on the discharge side (4b) has a second fluid pressure (14b);
wobei der erste Fluid-Druck (14a) einen ersten Fluid-Teildruck (16a) und einem zweiten Fluid-Teildruck (16b) aufweist;  wherein the first fluid pressure (14a) has a first fluid partial pressure (16a) and a second partial fluid pressure (16b);
wobei der erste Fluid-Teildruck (16a) als ein im Wesentlichen konstanter Druck Q ausgebildet ist;  wherein the first fluid partial pressure (16a) is formed as a substantially constant pressure Q;
wobei der zweite Fluid-Teildruck (16b) als ein sich dynamisch ändernder Druck Aq ausgebildet ist; und  wherein the second fluid partial pressure (16b) is formed as a dynamically changing pressure Aq; and
wobei das Aktuatorelement (18) zur Erzeugung einer Kompensationskraft steuerbar ist, wobei die Kompensationskraft den zweiten Fluid-Teildruck (16b) derart kompensiert, so dass der zweite Fluid-Druck (14b) im Wesentlichen dem ersten Fluid-Teildruck (16a) entspricht.  wherein the actuator element (18) is controllable to generate a compensation force, wherein the compensating force compensates the second fluid partial pressure (16b) such that the second fluid pressure (14b) substantially corresponds to the first fluid partial pressure (16a).
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend 2. Apparatus according to claim 1, further comprising
ein Membranelement (20) mit einer ersten Seite (40a) und einer zweiten Seite (40b);  a membrane element (20) having a first side (40a) and a second side (40b);
wobei das Aktuatorelement (18) an das Membranelement (20) angebunden ist;  wherein the actuator element (18) is connected to the membrane element (20);
wobei das Membranelement (20) eingerichtet ist auf der zweiten Seite (40b) die Kompensationskraft des Aktuatorelementes (18) aufzubringen und in die Fluidleitung (10) einzubringen; und  wherein the membrane element (20) is arranged on the second side (40b) to apply the compensating force of the actuator element (18) and to introduce it into the fluid line (10); and
wobei auf die ersten Seite (40a) im Wesentlichen der ersten Fluid-Teildruck (16a) wirkt. wherein on the first side (40a) substantially the first fluid partial pressure (16a) works.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, 3. Device according to claim 2,
wobei der erste Fluid-Teildruck (16a) unter Verwendung eines Abstützelementes (28) auf die zweite Seite (40b) des Membranelementes (20) aufgebracht wird;  wherein the first fluid partial pressure (16a) is applied to the second side (40b) of the membrane element (20) using a support element (28);
wobei das Abstützelement (28) derart steif eingerichtet ist, eine AbStützung des Membranelementes (20) gegenüber dem ersten Fluid-Teildruck (16a) bereitzustellen; und  wherein the support element (28) is arranged so stiff as to provide a support of the membrane element (20) with respect to the first fluid partial pressure (16a); and
wobei das Abstützelement (28) derart flexibel eingerichtet ist, eine Bewegung des Membranelementes (20) durch das Aktuatorelement (18) zur Kompensation des zweiten Fluid-Teildrucks (16b) zu ermöglichen.  wherein the support element (28) is so flexibly arranged to allow movement of the membrane element (20) through the actuator element (18) to compensate for the second partial fluid pressure (16b).
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, 4. Apparatus according to claim 2 or 3,
wobei das Abstützelement (28) eine erste (42a) und eine zweite Seite (42b) aufweist;  wherein the support element (28) has a first (42a) and a second side (42b);
wobei die erste Seite (42a) des Abstützelementes (28) am Membranelement (20) angebracht ist;  wherein the first side (42a) of the support element (28) is attached to the membrane element (20);
wobei die zweite Seite (42b) des Abstützelementes (28) unter Verwendung eines Übertragungselementes (24) an die Fluid-Leitung (10) angebunden ist; und  the second side (42b) of the support member (28) being connected to the fluid conduit (10) using a transfer element (24); and
wobei das Übertragungselement (24) derart träge und/oder verlustbehaftet ausgebildet ist, so dass im Wesentlichen ausschließlich der erste Fluid-Druck (14a) auf die zweite Seite (42b) des Abstützelementes (28) wirkt.  wherein the transmission element (24) is formed so sluggish and / or lossy, so that substantially exclusively the first fluid pressure (14a) acts on the second side (42b) of the support element (28).
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Device according to one of the preceding claims,
wobei das Übertragungselement (24) als ein Kolbenelement mit einer ersten Seite (44a) und einer zweiten Seite (44b) ausgebildet ist, welche erste Seite (44a) des Kolbenelementes (24) mit der zweiten Seite (42b) des Abstützelementes (28) verbunden ist und welche zweite Seite (33b) des Kolbenele- mentes (24) mit der Fluid-Leitung (10) verbunden ist. wherein the transmission element (24) is designed as a piston element with a first side (44a) and a second side (44b), which first side (44a) of the piston element (24) is connected to the second side (42b) of the support element (28) and which second side (33b) of the piston element Mentes (24) is connected to the fluid line (10).
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, 6. Apparatus according to claim 5,
wobei das Kolbenelement (24) ausgebildet ist als ein Kolbenelement aus der Gruppe bestehend aus Kreiskolbenelement und Zylinderkolbenelement.  wherein the piston member (24) is formed as a piston member from the group consisting of the rotary piston element and the cylinder piston element.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Device according to one of the preceding claims,
wobei das Aktuatorelement (18) ausgebildet ist als ein piezoelektrisches Aktuatorelement.  wherein the actuator element (18) is formed as a piezoelectric actuator element.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend 8. The device according to one of the preceding claims, further comprising
zumindest ein Sensorelement (12a,b) zur Bestimmung des ersten Fluid- at least one sensor element (12a, b) for determining the first fluid
Drucks (14a) und/oder des zweiten Fluid-Drucks (14b); und Pressure (14a) and / or the second fluid pressure (14b); and
ein Steuer/Regelelement (22) zur Ansteuerung des Aktuatorelementes (18).  a control / regulating element (22) for controlling the actuator element (18).
9. Hydraulik-System, insbesondere für ein Flugzeug, aufweisend eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. 9. Hydraulic system, in particular for an aircraft, comprising a device according to one of the preceding claims.
10. Flugzeug aufweisend ein Hydraulik-System gemäß Anspruch 9 und/oder eine Vorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8. 10. aircraft comprising a hydraulic system according to claim 9 and / or a device (2) according to one of claims 1 to 8.
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