DE69830694T2

DE69830694T2 - Vorrichtung zum dämpfen von pulsationen

Info

Publication number: DE69830694T2
Application number: DE1998630694
Authority: DE
Inventors: Eiichi Kojima; Seiichiro Takeshita
Original assignee: Kojima Eiichi Yokohama; Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kojima Eiichi Yokohama; Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: EP0908622B1; JP3604402B2; EP0908622A1; DE69830694D1; WO1998044259A1; US6116872A; CN1222957A; EP0908622A4; CN1134589C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welligkeitsverringerungsvorrichtung zum Verringern der Welligkeit von Öl, das durch eine Hydraulikleitung fließt, die einen Seitenabzweig, der von der Hydraulikleitung abgeht und an seinem Abschlussende verschlossen ist, umfasst.
Eine derartige Welligkeitsverringerungsvorrichtung ist in den Patent Abstracts of Japan, Bd. 1997, Nr. 7, 31. Juli 1997 (JP-A-09 060 785) offenbart.
Welligkeitsverringerungsvorrichtungen zum Verringern der Welligkeit eines Fluids, das in einer Hydraulikleitung fließt, sind bekannt. Beispielsweise ist eine Vorrichtung, die in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 60-40 720 offenbart ist, dafür ausgelegt, dass die Sauggeräusche oder -laute, die entstehen, wenn Sekundärluft in eine Maschine eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, gedämpft werden. Diese Vorrichtung enthält eine Geräuschdämpfungs- oder Geräuschbeseitigungsvorrichtung, die in Strömungsrichtung vor einem Sperrventil eines Sekundärluftdurchgangs, der mit einer Sekundärluftzufuhröffnung einer Auspuffanlage in Verbindung steht, angeordnet ist, um eine Frequenzkomponente in einem bestimmten Bereich zu beseitigen, und eine Hilfsgeräuschdämpfungsvorrichtung, um andere als die obigen Frequenzkomponenten zu beseitigen. In dieser Hilfsgeräuschdämpfungsvorrichtung gibt es eine Vielzahl von geschlossenen Röhren mit Längen von einem Viertel der Wellenlängen der zu beseitigenden Frequenzkomponenten, die so ausgebildet sind, dass sie aus einer Seitenwand des Sekundärluftdurchgangs vorstehen. Folglich kann die Welligkeit wirksam verringert werden, indem eine Vielzahl geschlossener Röhren vorgesehen wird, die einer Vielzahl von Frequenzkomponenten entsprechen, die in der Welligkeit enthalten sind.
Bei der bekannten Vorrichtung wie oben beschrieben erhöht sich, da die gewünschten Wirkungen der Geräuschbeseitigung erzielt werden, indem die Vielzahl geschlossener Röhren vorgesehen wird, deren Längen ein Viertel der Wellenlängen der zu beseitigenden Frequenzkomponenten betragen, die erforderliche Anzahl an geschlossenen Röhren mit einer Zunahme der Anzahl zu beseitigender Frequenzkomponenten, was zu einer stärkeren Komplexität und größeren Abmessungen der Vorrichtung führt.
Wenn die Welligkeitsverringerungsvorrichtung einfach aus einer einzigen geschlossenen Röhre besteht, nimmt der Übertragungsverlust seine relativen (oder lokalen) Maximalwerte bei Frequenzen an, die ungeradzahlige Vielfache der λ/4-Resonanzschwingungsfrequenz sind, die beispielsweise durch die Gestalt der geschlossenen Röhre bestimmt ist, weshalb Harmonische, die geradzahlige Vielfache der Resonanzschwingungsfrequenz sind, nicht wirksam abgeschwächt werden können. Die Welligkeitsverringerungsvorrichtung, die aus einer einzigen geschlossenen Röhre besteht, kann nämlich nicht die erste Harmonische der Welligkeit und ihre zweite Harmonische, ihre dritte Harmonische und ihre Harmonischen höherer Ordnung gleichzeitig wirksam abschwächen.
Außerdem offenbart JP-A-09-060 785 eine Vorrichtung mit einem mit einer Öffnung versehenen Reflektor in einem Seitenabzweig, die dafür bestimmt ist, die Welligkeit bei nur einer Frequenz zu verringern.
FR-A-2 203 485 offenbart eine Geräuschdämpfungsvorrichtung vom Helmholtztyp, die im Stande ist, die Welligkeit in einem Fluid bei einer Vielzahl von Frequenzen zu verringern. Solch eine Geräusch dämpfungsvorrichtung vom Helmholtztyp ist jedoch in Funktionsweise und Aufbau von einer Welligkeitsverringerungsvorrichtung aus einer einzigen geschlossenen Röhre, die einen Seitenabzweig zu einer Hauptfluidleitung bildet, vollkommen verschieden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Welligkeitsverringerungsvorrichtung mit kleinen Abmessungen, die fähig ist, die Welligkeit eines Fluid, das durch eine Hydraulikleitung fließt, bei einer Vielzahl von Frequenzen zu verringern.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung wenigstens eine Drossel, die einen Innenraum des Seitenabzweigs in eine Vielzahl von Abschnitten zwischen einem Abzweigpunkt, an dem der Seitenabzweig von der Hydraulikleitung abgeht, und dem Abschlussende unterteilt, wobei der Seitenabzweig und die wenigstens eine Drossel eine spezielle Einstellung haben, bei der der Übertragungsverlust in der Hydraulikleitung relative Maximalwerte bei einer Vielzahl von Frequenzen annimmt, die wenigstens eine Grundfrequenz und eine zweite Harmonische der Welligkeit enthalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Darstellung, die das Prinzip einer Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
2A ist eine Darstellung, die den Gesamtaufbau der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
2B ist eine Darstellung, die einen Abschlussendabschnitt eines Gummischlauchs zeigt;
2C ist eine Querschnittansicht, die einen Drosselabschnitt zeigt;
3 ist ein Diagramm, das theoretische Werte und tatsächliche Messwerte des Übertragungsverlustes bei Anwendung der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Darstellung, die das Prinzip einer Welligkeitsverringerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Diagramm, das theoretische Werte und tatsächliche Messwerte des Übertragungsverlustes bei Anwendung der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Diagramm, das theoretische Werte und tatsächliche Messwerte des Übertragungsverlustes bei Anwendung der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das theoretische Werte und tatsächliche Messwerte des Übertragungsverlustes bei Anwendung der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der vierten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Darstellung, die ein weiteres Beispiel für eine Drossel zeigt;
9 ist eine Darstellung, die ein weiteres Beispiel für eine Drossel zeigt;
10 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Falls, bei dem ein Teil eines Seitenabzweigs im Inneren einer Pumpe vorgesehen ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
– Erste Ausführungsform –
Mit Bezug auf 1 bis 3 wird eine Welligkeitsverringerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine Darstellung, die zur Erläuterung des Prinzips der Vorrichtung der ersten Ausführungsform zweckmäßig ist, wobei das Bezugszeichen 1 eine Hydraulikpumpe bezeichnet, 2 eine Hauptleitung oder ein Hauptleitungsrohr bezeichnet, die bzw. das ein Hydraulikfluid oder Öl, das aus der Hydraulikpumpe 1 strömt, leitet, 3 einen Seitenabzweig (verschlossene Leitung) in Form eines Gummischlauchs, der von der Hauptleitung 2 abgeht, bezeichnet, 5 eine Drossel, wie etwa ein Sperrventil, als eine typische Hydraulikkomponente bezeichnet, und 6 einen Hydrauliköltank bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Seitenabzweig 3 an seinem Einleitungsende 3a an die Hauptleitung 2 angeschlossen und an seinem distalen oder Abschlussende 3d verschlossen, um für ein geschlossenes Ende zu sorgen. Eine aus Metall hergestellte Drossel 4 ist so im Inneren des Seitenabzweigs 3 vorgesehen, dass der Seitenabzweig durch die Drossel 4 in zwei Abschnitte an den Seiten des Einleitungsendes 3a und des Abschlussendes 3b unterteilt ist.
In 1 ist L die Länge von der Achse oder Mittellinie der Hauptleitung 2 bis zu dem unteren Ende (in 1) der Drossel 4, L2 ist die Länge zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Drossel 4, L3 ist die Länge vom oberen Ende der Drossel 4 bis zum Abschlussende 3d des Seitenabzweigs 3, "A" ist die Querschnittsfläche einer inneren lichten Weite des Seitenabzweigs 3 und "a" ist die Querschnittsfläche einer Öffnung der Drossel 4. Wenn Pi und Qi die Druckwelligkeit bzw. die Strömungswelligkeit repräsentieren, die sich an dem Einleitungsende 3a des Seitenabzweigs 3 einstellen, und Po und Qo die Druckwelligkeit bzw. die Strömungswelligkeit repräsentieren, die sich an dem Abschlussende 3d einstellen, besteht zwischen diesen Welligkeiten die Beziehung, die durch den Ausdruck (1) weiter unten gegeben ist. Die Matrizen des ersten, zweiten und dritten Terms der rechten Seite des Ausdrucks (1) entsprechen Übertragungsmatrizen des Abschnitts des Seitenabzweigs 3 mit der Länge L1, des Drosselabschnitts 4 mit der Länge L2 zwischen seinem oberen und seinem unteren Ende, bzw. des Abschnitts des Abzweigs, der die Länge L3 aufweist. Die Übertragungsmatrix der Drossel 4 in dem zweiten Term ist unter der Annahme, dass die Länge L2 hinreichend kleiner als die Wellenlänge der Welligkeit ist, vereinfacht worden.
Hier ist β(s) der Wellenfortpflanzungskoeffizient des Fluids in der Leitung, Z₀ ist der Wellenwiderstand (= ρcξ_p(s)/A) der Leitung, ρ ist die Dichte des Fluids, c ist die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid in der Leitung, ξ_p(s) ist ein Koeffizient des auf der Viskosität des Fluids in der Leitung beruhenden Widerstands und ξ₀(s) ist ein Koeffizient des auf der Viskosität des Fluids in der Drossel beruhenden Widerstands.
Wenn Pi und Qi aus dem oben angegebenen Ausdruck (1) erhalten worden sind, wobei die Strömungswelligkeit Qo an dem Abschlussende 3d des Seitenabzweigs 3 gleich null ist (da das Abschlussende 3d ein geschlossenes Ende ist), ist der Wellenwiderstand Zs des Seitenabzweigs 3 durch den Ausdruck (2) wie folgt gegeben:
Wenn P1, Q1 die Druckwelligkeit bzw. die Strömungswelligkeit repräsentieren, die sich an einem Einlass 3b der Hauptleitung 2 ergeben, wenn der Seitenabzweig 3 so angebracht ist, dass er von der Hauptleitung 2 abgeht, und P2 und Q2 die Druckwelligkeit bzw. die Strömungswelligkeit repräsentieren, die sich an einem Auslass 3c (1) der Hauptleitung 2 ergeben, während T die Übertragungsmatrix repräsentiert, ist die Beziehung wie durch den folgenden Ausdruck (3) angegeben bestimmt:
Da die Beziehungen P1 = Pi = P2, Q1 = Qi + Q2 bestimmt sind, werden die entsprechenden Koeffizienten der Übertragungsmatrix T mit der Beziehung Qi = Pi/Zs, die aus dem Ausdruck (2) erhalten wird, als T₁₁ = 1, T₁₂ = 0, T₂₁ = 1/Zs, T₂₂ = 1 ermittelt.
Wenn der Seitenabzweig 3 an die Hauptleitung 2, die einen Wellenwiderstand Zc aufweist, so angeschlossen ist, dass sie von dieser Letzteren abgeht, ist der Übertragungsverlust TL bei Verwendung der Koeffizienten der Übertragungsmatrix T durch den folgenden Ausdruck (4) gegeben. Dieser Ausdruck (4) ist von auf den Gebieten der Übertragungstechnik oder der Tontechnik bekannten Formeln abgeleitet.
Wenn die entsprechenden Koeffizienten der Übertragungsmatrix T, wie weiter oben angegeben, in den obigen Ausdruck 4 eingesetzt werden, wird der Übertragungsverlust TL mittels der Längen L1, L3 der Leitung, der Querschnittsfläche "A", der Länge L2 der Drossel und der Querschnittsfläche "a" ausgedrückt. Folglich kann der Übertragungsverlust TL bei gewünschten Frequenzen durch Ändern der Längen L1, L3 der Leitung, der Querschnittsfläche "A", der Länge L2 der Drossel und des Querschnitts "a" auf andere Werte auf ein relatives Maximum eingestellt werden.
Bei der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform kann der Übertragungsverlust bei zwei bestimmten Frequenzen auf seine relativen Maximalwerte eingestellt werden, indem die Län gen L1, L3 der Leitung, die Querschnittsfläche "A", die Länge L2 der Drossel und die Querschnittsfläche "a" entsprechend dem oben angegebenen Ausdruck (4) und den entsprechenden Koeffizienten der Matrix T auf gegebenen Werten gehalten werden. Der Übertragungsverlust des herkömmlichen Seitenabzweigs nimmt nämlich seine relativen Maximalwerte nur bei Frequenzen an, die ungeradzahlige Vielfache der λ/4-Resonanzschwingungsfrequenz sind, wohingegen bei der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Übertragungsverlust seine relativen Maximalwerte bei gewünschten Frequenzen annehmen kann, indem Parameter, wie etwa Leitungslängen und Querschnittsflächen des Seitenabzweigs 3 auf der Grundlage der obigen Ausdrücke (1) bis (4) bestimmt werden. Beispielsweise könnte der Übertragungsverlust so eingestellt werden, dass er seine relativen Maximalwerte bei den Frequenzen der ersten und zweiten oder der zweiten und dritten Harmonischen der Hydraulikwelligkeit annimmt.
Um den Übertragungsverlust TL bei gewünschten Frequenzen relativ (oder lokal) zu maximieren, können die Leitungslängen L1, L3, die Querschnittsfläche "A", die Drossellänge L2, die Querschnittsfläche "a" und die übrigen Parameter mittels eines Computers erhalten werden, der die Berechnung wie durch den obigen Ausdruck (4) gegeben ausführt, während diese Werte variiert werden. Außerdem werden sie erhalten, indem der Übertragungsverlust in wiederholten Versuchen, wofür eine Vielfalt von Versuchsseitenabzweigen hergestellt wird, tatsächlich gemessen wird. Der Seitenabzweig kann auf effiziente Weise mit hoher Genauigkeit entwickelt werden, indem eine Simulation mit Hilfe eines Computers und eine tatsächliche Messung, die in einem Versuch durchgeführt wird, kombiniert werden.
Angenommen, die Länge L1 ist 770 mm, L3 ist 210 mm, die Querschnittsfläche "A" ist 283,5 mm², die Länge L2 der Drossel 4 in dem Seitenabzweig ist 52 mm und die Querschnittsfläche "a" ist 12,6 mm². Wenn diese Werte in die oben angegebenen Ausdrücke (1) bis (4) eingesetzt werden, ergeben sich relative Maximalwerte des Übertragungsverlustes bei f*r.1 = 230 Hz und f*r.2 = 460 Hz, wie durch die durchgehende Linie (theoretische Werte) in 3 angegeben ist. In diesem Fall, wenn die Grundfrequenz der Hydraulikschwingungen (Welligkeit oder Pulsieren) 230 Hz beträgt, ist der einzelne Seitenabzweig 3 im Stande, die Schwingungen bis zur zweiten Harmonischen wirksam abzuschwächen.
In der ersten Ausführungsform besteht der Seitenabzweig 3 aus einem Gummischlauch. Inzwischen gegeben die Punkte "O", die in 3 eingezeichnet sind, Messwerte an, die mit den oben angegebenen Parametern tatsächlich erhalten wurden, wobei die Werte von den theoretischen Werten, die durch die durchgehende Linie angegeben sind, abweichen. Die Abweichung resultiert hauptsächlich aus dem Abdichten oder Befestigen des Gummischlauchs sowie aus der Verringerung der Querschnittsfläche an den Verbindungsabschnitten des Schlauchs. Wenn der Seitenabzweig in Anbetracht dieser Aspekte entwickelt wird, kann die Abweichung fast beseitigt werden.
In der ersten Ausführungsform wie oben beschrieben ist die Drossel 4 im Innenraum des Seitenabzweigs 3 so vorgesehen, dass der Wellenwiderstand Zs des Seitenabzweigs 3 bei zwei gewünschten Frequenzen ein relatives Minimum annehmen kann, der Übertragungsverlust des Seitenabzweigs nämlich ein relatives Maximum annehmen kann, indem der Reflexionskoeffizient (oder Transmissionskoeffizient), der durch die Trägheitswirkung (ρL2/a) des Fluids in dem Drosselabschnitt 4 und in den Leitungslängen an den einander gegenüberliegenden Seiten der Drossel 4 bestimmt ist, eingestellt wird. Folglich ist nur ein Seitenabzweig (verschlossene Leitung) im Stande, ein gewünschtes welligkeits- oder schwingungsabschwächendes Verhalten entsprechend der Frequenzverteilung der Welligkeit zu liefern.
Außerdem hat die Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform einen einfachen Aufbau und stellt folglich im Vergleich zu einer Welligkeitsverringerungsvorrichtung, die mehrere Seitenabzweige enthält, eine verbesserte Zuverlässigkeit und niedrigere Kosten sicher.
2 zeigt ein Beispiel für eine Installation der Welligkeitsverringerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, die geeignet ist, die Welligkeit einer Hydraulikpumpe zu verringern. Wie in 2A gezeigt ist, wird das von der Hydraulikpumpe 1 geförderte Öl durch die Hauptleitung (Druckschlauch) 2 einem Sperrventil oder dergleichen zugeführt. Die Hauptleitung 2 ist an einem Ende davon an einen Block 1a angeschlossen, der an einem Abgabe- oder Förderanschluss der Hydraulikpumpe 1 vorgesehen ist, wobei ein Gummischlauch 31 als Seitenabzweig 3 an einem Ende davon an den Block 1a angeschlossen ist. Wie in 2B gezeigt ist, ist das andere Ende des Gummischlauchs 31 mit einem Blindstopfen 32 verschlossen, der wiederum mit einem Bolzen 33 an einem Winkelträger 34 angebracht ist, der an einem Hauptrahmen 35 befestigt ist. Der Gummischlauch 31 oder Seitenabzweig geht von der Hauptleitung 2 ab, durch einen Kanal in dem Block 1a, so dass der Schlauch 31 und die Hauptleitung 2 miteinander in Verbindung stehen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Saugleitung.
Wie in 2C gezeigt ist, ist eine Drossel 40, die aus einem Metall hergestellt ist, auf halbem Wege in den Gummischlauch 31 eingefügt. Die Drossel 40 ist mit einem Dichtring 36 an der Außenseite des Gummischlauchs 31 befestigt und gesichert.
– Zweite Ausführungsform –
Mit Bezug auf 4 und 5 wird eine Welligkeitsverringerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 4 gezeigt ist, sind zwei Drosseln 41 und 42 in einem Seitenabzweig 3A in der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform vorgesehen. In 4 ist L1 die Länge von der Achse oder Mittellinie der Hauptleitung 2 bis zum unteren Ende (in 4) der Drossel 41, L2 ist die Länge zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Drossel 41, L3 ist die Länge vom oberen Ende der Drossel 41 bis zum unteren Ende (in 4) der Drossel 42, L4 ist die Länge zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Drossel 42, L5 ist die Länge vom oberen Ende der Drossel 42 bis zum Abschlussende 3d des Seitenabzweigs 3A, "A" ist die Querschnittsfläche einer inneren lichten Weite des Seitenabzweigs 3A, "a" ist die Querschnittsfläche einer Öffnung der Drossel 41 und "b" ist die Querschnittsfläche einer Öffnung der Drossel 42. Wenn Pi und Qi die Druckwelligkeit bzw. die
Der Übertragungsverlust TL kann berechnet werden, indem auf der Grundlage des oben angegebenen Ausdrucks (5) ein Ausdruck abgeleitet wird, der dem Ausdruck (4) ähnlich ist.
In dem Fall, in dem die Länge L1 615 mm ist, L2 26 mm ist, L3 186 mm ist, L4 42 mm ist, L5 108 mm ist, die Querschnittsfläche "A" 283,5 mm² ist, die Querschnittsfläche "a" 12,6 mm² ist und die Querschnittsfläche "b" 7,1 mm² ist, treten relative Maximalwerte für den Übertragungsverlust bei f*r.1 = 230 Hz, f*r.2 = 460 Hz und f*r.3 = 690 Hz auf, wie durch die durchgehende Linie (theoretische Werte) in 5 angegeben ist. In diesem Fall, wenn die Grundfrequenz der Hydraulikschwingungen (Welligkeit) 230 Hz beträgt, ist der einzelne Seitenabzweig 3 im Stande, die Schwingungen der ersten, zweiten und dritten Harmonischen wirksam abzuschwächen.
In der zweiten Ausführungsform besteht der Seitenabzweig 3A aus einem Gummischlauch. Während Punkte "O" in 5 tatsächliche Messwerte repräsentieren, weichen diese Messwerte von den theoretischen Werte in einem Bereich hoher Frequenz aus den gleichen Gründen, die bei der ersten Ausführungsform angegeben worden sind, ab.
– Dritte Ausführungsform –
Die vorliegende Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 und 6 beschrieben. Die dritte Ausführungsform verwendet einen Seitenabzweig in Form eines Stahlrohrs anstelle des Gummischlauchs der Vorrichtung der ersten Ausführungsform. Im Folgenden werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform benutzt, um die gleichen Bauelemente zu kennzeichnen, für die keine ausführliche Beschreibung vorgesehen ist.
In 1 wird angenommen, dass die Länge L1 990 mm ist, L3 250 mm ist, die Querschnittsfläche "A" 295,6 mm² ist, die Länge L2 der Drossel 4, die im Innenraum des Seitenabzweigs vorgesehen ist, 55 mm ist und die Querschnittsfläche "a" 12,6 mm² ist. Wenn diese Werte in die obigen Ausdrücke (1) bis (4) eingesetzt werden, treten relative Maximalwerte des Übertragungsverlustes bei f*r.1 = 250 Hz und f*r.2 = 500 Hz auf, wie in 6 durch die durchgehende Linie (theoretische Werte) angegeben ist.
Bei der dritten Ausführungsform sind die tatsächlichen Messwerte des Übertragungsverlustes, die in 6 durch Punkte "O" repräsentiert sind, nahe den theoretischen Werten aufgetragen. Der Grund hierfür ist, dass das Stahlrohr über seiner gesamten Länge eine einheitliche Querschnittsfläche aufweist und ein hochgenaues mathematisches Modell, das einen Zusammenhang mit dem Wellenfortpflanzungsverhalten herstellt, geschaffen worden ist. In der dritten Ausführungsform, in der die Grundfrequenz der Hydraulikschwingungen 250 Hz ist, können die Grundfrequenzkomponente und ihre zweite Harmonische wirksam gedämpft werden.
– Vierte Ausführungsform –
Die vorliegende Ausführungsform wird mit Bezug auf 4 und 7 beschrieben. Die vierte Ausführungsform verwendet einen Seitenabzweig in Form eines Stahlrohrs anstelle des Gummischlauchs der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform. Im Folgenden werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der zweiten Ausführungsform benutzt, um die gleichen Bauelemente zu kennzeichnen, für die keine ausführliche Beschreibung vorgesehen ist.
In dem Fall, in dem in 4 die Länge L1 738 mm ist, L2 30 mm ist, L3 225 mm ist, L4 48 mm ist, L5 134 mm ist, die Querschnittsfläche "A" 295,6 mm² ist, die Querschnittsfläche "a" 12,6 mm² ist und die Querschnittsfläche "b" 7,1 mm2 ist, treten relative Maximalwerte des Übertragungsverlustes bei f*r.1 = 250 Hz, f*r.2 = 500 Hz und f*r.3 = 750 Hz auf, wie in 7 durch die durchgehende Linie (theoretische Werte) angegeben ist.
In der vierten Ausführungsform sind die tatsächlichen Messwerte des Übertragungsverlustes, die durch Punkte "O" in 7 repräsentiert sind, nahe den theoretischen Werten aufgetragen, da der Seitenabzweig 3A der vierten Ausführungsform aus einem Stahlrohr geformt ist, das eine gleich bleibende Querschnittsfläche aufweist, wofür ein hochgenaues mathematisches Modell erstellt worden ist. In der vierten Ausführungsform, in der die Grundfrequenz der Hydraulikschwingungen 250 Hz ist, können die Grundfrequenzkomponente sowie ihre zweite und dritte Harmonische wirksam gedämpft werden.
Obwohl mehrere Leitungen, die in Reihe miteinander verbunden sind, wobei die Drosseln 4 (41, 42) dazwischen eingefügt sind, aus dem gleichen Werkstoff (Gummischlauch oder Stahlrohr) geformt sind, könnten die mehreren Leitungen (Schlauch, Rohr oder Röhre) aus wechselweise verschiedenen Werkstoffen geformt sein. In diesem Fall können die Frequenzgangkurven der Welligkeitsverringerung auf vielfältigste Art eingestellt werden, indem die Kombination der Werkstoffe verändert wird, so dass eine größere Vielfalt an Welligkeitsverringerungsvorrichtungen bereitgestellt wird, aus der bei der Installation im Hinblick auf die gewünschte Leistung und die Kosten eine geeignete ausgewählt werden kann.
Obwohl in der ersten bis vierten Ausführungsform der Innenraum eines einzelnen Seitenabzweigs durch die Drossel(n) in mehrere Abschnitte unterteilt ist, könnte die geschlossene Leitung gebildet werden, indem eine Leitung(en) mit einem anderen Durchmesser vorgesehen wird, die in mindestens zwei Leitungen eingefügt wird, um eine Reduzierdrossel(n) zu schaffen. Die Welligkeitsverringerungsvorrichtung, die diesen Aufbau aufweist, sorgt für eine ähnliche Wirkung.
Vier oder mehr Leitungen können in Reihe miteinander verbunden werden, indem drei oder mehr Drosseln in einem Seitenabzweig vorgesehen werden, oder durch ein anderes Verfahren. In diesem Fall kann die Anzahl der Punkte relativer Maxima der Welligkeitsverringerungsfrequenz mit einer Erhöhung der Anzahl der Leitungen, in die der Seitenabzweig unterteilt ist, erhöht werden. Die Welligkeitsverringerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auf eine Welligkeitsverringerung anderer Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise Druckluft oder Wasser unter Druck, angewendet werden.
In der weiter oben erläuterten ersten Ausführungsform ist die aus Metall hergestellte Drossel 40 auf halbem Wege in den Gummischlauch 31 eingefügt und an der Außenseite des Gummischlauchs 31 abgedichtet, wie in 2C gezeigt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Ein weiteres Beispiel für eine Drossel ist in 8 gezeigt. In 8 sind zwei Gummischläuche 410, 420 mittels eines Übergangsstücks 43 verbunden, wobei in dem Übergangsstück 43 ein durchflussbegrenzender Abschnitt 43a mit einer kleineren Querschnittsfläche ausgebildet ist. Die Gummischläuche 410, 420 sind jeweils mit Mundstücken oder Verbindungsstücken 44, 45 ausgestattet, die ermöglichen, die Schläuche 410, 420 an das Übergangsstück 43 anzuschließen. Das Übergangsstück 43 ist zwecks Abdichtung mit O-Ringen 46 versehen. Ähnlich wie in 2A und 2B ist das andere Ende des Gummischlauchs 410 mit dem Block 1a verbunden, während das andere Ende des Gummischlauchs 420 mit dem Blindstopfen 32 verschlossen und mit dem Bolzen 33 an dem Winkelträger 34 angebracht ist, der an dem Hauptrahmen 35 befestigt ist. Die Gummischläuche 410, 420 können durch Stahlrohre ersetzt werden.
9 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Drossel, wobei die Gummischläuche 51, 52 mittels einer Verbindungsschelle 53 zusammengefügt sind, wobei Übergangsstücke 54, 55 zwischen den jeweiligen Schläuchen 51, 52 und der Schelle 53 vorgesehen sind und in der Verbindungsschelle 53 eine Drossel 53a ausgebildet ist, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Gummischläuche 51, 52 ist. Die Übergangsstücke 54, 55 sind auf die Schelle 53 geschraubt, und die Gummischläuche 51, 52 sind für die Verbindung mit den Übergangsstücken 54, 55 mit Mundstücken 56, 57 versehen. Die Verbindungsschelle 53 ist an dem Hauptrahmen angebracht. Die Übergangsstücke 54, 55 sind zwecks Abdichtung mit O-Ringen 58 versehen. Bei dieser Ausführung ist der Seitenabzweig als Ganzes an dem Hauptrahmen befestigt.
In der ersten bis vierten Ausführungsform befindet sich der Seitenabzweig außerhalb der Pumpe. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung dennoch nicht auf diese Anordnung beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Abschnitt des Seitenabzweigs bis zu dem ersten Knoten, an dem sich ein Ende der Drossel befindet, im Inneren der Pumpe vorgesehen sein. 10 ist eine schema tische Darstellung, die diese Anordnung zur Verwendung mit einer Pumpe vom Typ mit axialer Taumelscheibe zeigt, wobei unter dem Bezugszeichen 61 der Aufbau der Pumpe gezeigt ist. Die Pumpe 61 enthält einen Zylinderabschnitt 65, der sich mit einer Welle 64 dreht, und einen Kolben 66, der sich entsprechend der Drehbewegung des Zylinderabschnitts 65 hin- und herbewegt, wobei seine Position durch eine Taumelscheibe 67 so gesteuert wird, dass Öl durch eine Saugöffnung 62 eingebracht wird und durch einen Förderanschluss 63 ausgestoßen wird. Das Bezugszeichen 68 bezeichnet eine Ventilscheibe. In dem Beispiel von 10 ist ein erster Seitenabzweig 70 in der Nähe der Ventilscheibe 68 so vorgesehen, dass er von einer Leitung 69 abgeht, die zu der Drucköffnung 63 führt. Der erste Seitenabzweig 70 erstreckt sich von der Leitung 69 zu einem ersten Seitenabzweigauslass 71. Ein Übergangsstück 72, in dem wie in dem Übergangsstück von 8 ein durchflussbegrenzender Abschnitt 72a ausgebildet ist, ist an den ersten Seitenabzweigauslass 71 angefügt, und ein zweiter Seitenabzweig 73 ist über das Übergangsstück 72 mit der Außenwand der Pumpe 61 verbunden. An einem Ende des zweiten Seitenabzweigs ist ein Mundstück 74 vorgesehen, um den zweiten Seitenabzweig 73 mit dem Übergangsstück 72 zu verbinden. Das Abschlussende des zweiten Seitenabzweigs 73 ist mit einem Blindstopfen ähnlich jenem von 2B verschlossen und an einem Rahmen oder dergleichen befestigt. Der Durchmesser des Begrenzungsabschnitts 72a des Übergangsstücks 72 ist kleiner als der Innendurchmesser des ersten Seitenabzweigs 70 und des zweiten Seitenabzweigs 73. Das Übergangsstück 72 ist zwecks Abdichtung mit O-Ringen 72b versehen. Wenn diese Anordnung mit der ersten Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, verglichen wird, entspricht der erste Seitenabzweig 70 von 10 dem Abschnitt L1 des Seitenabzweigs 3 von 1, das Übergangsstück 72 von 10 entspricht der Drossel 4 von 1 und der zweite Seitenabzweig 73 von 10 entspricht dem Abschnitt L3 des Seitenabzweigs 3 von 1.
Die Frequenz der Welligkeit verändert sich u. a. in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Pumpe 61 und außerdem in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Pumpe gebraucht wird. Folglich wird die Frequenz der Schwingungen, die abgeschwächt werden sollen, in Abhängigkeit von diesen Faktoren verschieden sein. Während die Länge des ersten Seitenabzweigs 70, der sich im Inneren der Pumpe 61 befindet, nicht eingestellt oder verändert werden kann, können der Durchmesser des begrenzenden Abschnitts des Übergangsstücks 72, das an der Außenwand der Pumpe 61 angebracht ist, die Länge des zweiten Seitenabzweigs 73 usw. entsprechend eingestellt werden, um eine Verringerung an Welligkeit bei einer gewünschten Frequenz zu erzielen. Folglich kann die Pumpe als eine gewöhnliche Pumpe hergestellt werden, wobei ein Teil bis zu der ersten Drossel im Inneren der Pumpe angeordnet wird, so dass die gewöhnliche Pumpe zur Standardisierung von Pumpen, die mit Welligkeitsverringerungsvorrichtungen ausgestattet sind, und zu einer Kostensenkung beiträgt. Der erste Seitenabzweig 70 und der zweite Seitenabzweig 73 können wie in den erläuterten Ausführungsformen Gummischläuche oder Stahlrohre sein.
Welligkeiten oder Pulsationen können mit höchster Wirksamkeit verringert werden, wenn sich der Abzweigpunkt, von dem sich der Seitenabzweig erstreckt, an einer Stelle befindet, die einem Bauch der Welligkeit entspricht. Es ist folglich höchstwirksam, den Seitenabzweig wie in dem Beispiel von 10 so dicht wie möglich an der Ventilscheibe zu positionieren. Wenn jedoch die Wellenlänge der Welligkeit und weitere Parameter berücksichtigt werden, liefert die Wel ligkeitsverringerungsvorrichtung selbst dann noch eine zufrieden stellende Wirkung, wenn der Seitenabzweig wie in der ersten Ausführungsform von 2A außerhalb der Pumpe vorgesehen ist. Wenn beispielsweise die Welligkeitsfrequenz 200 Hz ist und die Schallgeschwindigkeit im Inneren der Leitung 1000 m/s beträgt, ist der Abstand zwischen benachbarten Wellenbäuchen gleich 2,5 m, und folglich sorgt der Seitenabzweig für eine ausreichende welligkeitsverringernde Wirkung, wenn sich sein Abzweigpunkt in einem mehrere zehn Zentimeter umfassenden Bereich von der Ventilscheibe der Pumpe entfernt befindet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Obwohl in der ersten bis vierten Ausführungsform Hydraulikpumpen veranschaulicht worden sind, wird die vorliegende Erfindung nicht notwendig auf die Hydraulikpumpen angewendet, sondern kann auf andere Stellorgane, die einen Flüssigkeitsdruck nutzen, wie etwa jene, die in Baumaschinen benutzt werden, angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann nämlich auf alle Situationen angewendet werden, in denen Hydraulikanlagen einer Welligkeit unterliegen.

Claims

Welligkeitsverringerungsvorrichtung zum Verringern von Welligkeit von Öl, das durch eine Hydraulikleitung fließt, die umfasst: einen Seitenabzweig (3), der von der Hydraulikleitung (2) abgeht und an seinem Abschlussende (3d) verschlossen ist; wenigstens eine Drossel (4), die einen Innenraum des Seitenabzweigs (3) in eine Vielzahl von Abschnitten zwischen einem Abzweigpunkt (3a), an dem der Seitenabzweig (3) von der Hydraulikleitung (2) abgeht, und dem Abschlussende (3a) unterteilt; wobei der Seitenabzweig und die wenigstens eine Drossel eine spezielle Einstellung haben, bei der Übertragungsverlust in der Hydraulikleitung relative Maximalwerte bei einer Vielzahl von Frequenzen annimmt, die wenigstens eine Grundfrequenz und eine zweite Harmonische der Welligkeit enthalten, wobei: ein Innendurchmesser des Seitenabzweigs (3), eine Länge jedes der Vielzahl von Abschnitten und Eigenschaften der wenigstens einen Drossel (4) als die spezielle Einstellung bestimmt werden.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Drossel (4) aus einer Drossel besteht, durch die der Seitenabzweig (3) in zwei Abschnitte unterteilt wird, und wobei der Innendurchmesser des Seitenabzweigs (3), eine Länge jedes der zwei Abschnitte und Eigenschaften der einen Drossel (4) als die spezielle Einstellung bestimmt werden, bei der Übertragungsverlust in der Hydraulikleitung relative Maximalwerte bei der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen der Welligkeit annimmt.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Drossel aus zwei Drosseln (41, 42) besteht, durch die der Seitenabzweig (3A) in drei Abschnitte unterteilt wird, und wobei der Innendurchmesser des Seitenabzweigs (3A), eine Länge jedes der drei Abschnitte und Eigenschaften der zwei Drosseln (41, 42) als die spezielle Einstellung bestimmt werden, bei der Übertragungsverlust in der Hydraulikleitung relative Maximalwerte bei der Grundfrequenz, der zweiten Harmonischen und der dritten Harmonischen der Welligkeit annimmt.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Seitenabzweig (3) aus einer Leitung (31) besteht und jeder der wenigstens einen Drossel (4) aus einem Element (40) besteht, das in einen Innenraum der Seitenabzweigung (3, 31) eingeführt und an einer vorgegebenen Position fixiert wird.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Seitenabzweig (3) wenigstens zwei Leitungen (410, 420) umfasst; und die Drossel (4) ein Verbindungselement (43) umfasst, das zwischen die zwei Leitungen (410, 420) eingesetzt ist, um eine Reduzierdrossel zu schaffen.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Hydraulikleitung eine Haupt-Hydraulikleitung (69) einer Hydraulikpumpe (61) umfasst, die das Öl zu einem Abgabeanschluss (63) leitet; und wenigstens ein Teil (70) der Vielzahl von Abschnitten im Inneren der Hydraulikpumpe (61) vorhanden ist.
Welligkeitsverringerungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Seitenabzweig (70, 72, 73) einen austauschbaren Abschnitt (72, 73) enthält, der sich außerhalb der Hydraulikpumpe befindet.