DE102009049244A1

DE102009049244A1 - Dämpfungseinrichtung

Info

Publication number: DE102009049244A1
Application number: DE102009049244A
Authority: DE
Inventors: Laurent Ineichen; Stefan Harter; Dirk Klünder
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2010-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Druckschwingungen in einer hydraulischen Strecke, wobei diese einen Abzweig aufweist, dessen Ansatz mit einem Ansatz eines Behälters verbunden ist und sowohl der Ansatz des Abzweiges als auch der Ansatz des Behälters durch eine leitungsbildende Länge gekennzeichnet sind. Die Erfindung besteht darin, dass in mindestens einen Teil der beiden leitungsbildenden Längen mindestens ein Teilbereich einer Drosseleinheit einsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Druckschwingungen in einer hydraulischen Strecke mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Diese Druckschwingungen, die beispielsweise in einer hydraulischen Strecke für eine Kupplungsbetätigung eines Kraftfahrzeuges auftreten, werden vom Verbrennungsmotor dieses Kraftfahrzeuges auf die Kupplung überfragen. Von dieser werden die Schwingungen über das Ausrücksystem bis zum Ausrückpedal bzw. Kupplungspedal weitergeleitet und kommen dort gegebenenfalls sogar vergrößert an.
Zur Reduzierung der Schwingungsamplituden der übertragenen Schwingungen sind aus dem Stand der Technik Lösungen, wie die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2008 005 915.3 und die Lösung mit dem deutschen Aktenzeichen 10 2008 003 007.4 von der Anmelderin hinterlegt. So geht es bei der erstgenannten Lösung darum, mittels eines Schwingungsdämpfers, der eine Dose und einen mit dieser verbundenen ersten Stichkanal umfasst, und der mit der Druckleitung ebenfalls verbindbar ist, eine weitere Stichleitung umfasst, die ebenfalls mit der Dose verbunden ist. Diese Dose dämpft wie ein bekannter Helmholtz-Resonator eine Schwingung in einem bestimmten Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators herum. Der eine weitere Stichleitung umfassende Schwingungsdämpfer bietet den Vorteil, dass eine Dämpfung von Schwingungen mit mehreren Frequenzen oder mit einem breiten Frequenzspektrum durch den Schwingungsdämpfer umfassend gedämpft werden kann. Die erste Stichleitung und die weitere Stichleitung sind beide mit der Druckleitung verbindbar und sind andererseits mit der Dose verbunden. Die Stichleitungen verbinden die Druckleitung somit parallel mit der Dose. Auf diese Weise können mit der Dose auf geringem Raum und mit geringem Aufwand mehrere Helmholtz-Resonatoren geschaffen werden.
Die zweite aufgeführte Anmeldung befasst sich mit einer Dämpfungseinrichtung, die mehrere, insbesondere zwei Dämpfungsvolumina umfasst, die in der Art von Helmholtz-Resonatoren über einen Reihenverbindungskanal in Reihe geschaltet und über einen Anschlussverbindungskanal an die Hydraulikleitung angeschlossen sind. Dabei absorbieren die Dämpfungsvolumina in der Art von Helmholtz-Resonatoren die maximale Energie jeweils in einem engen Bereich, um die eigene Resonanzfrequenz herum. Über den Querschnitt und die Länge der Verbindungskanäle sowie die Größe der Dämpfungsvolumina können mehrere unterschiedli che Resonanzfrequenzen der Dämpfungseinrichtung gezielt beeinflusst bzw. eingestellt werden. Somit ist es möglich, Schwingungen in mehreren unterschiedlichen Frequenzbereichen zu absorbieren bzw. Amplitudenausschläge zu dämpfen.
Ebenso ist von der Anmelderin die DE 10 2008 003 991 A1 bekannt, in der ein besonders ausgestalteter Helmholtz-Resonator beschrieben wird. Dieser besteht aus einer Verzweigung, einer Leitung und einem Behälter. Die Verzweigung, die aus einem T-Stück gebildet wird, ermöglicht, den Helmholtz-Resonator mit dem Ausrücksystem zu verknüpfen. Das Ausrücksystem besteht im Wesentlichen aus einem Geber- und einem Nehmerzylinder, die mittels einer Druckleitung miteinander verbunden sind. Die Druckleitung ist ihrem Volumen entsprechend mit Fluidmasse befüllt und fungiert somit als Speicher für die kinetische Energie. Der Behälter hat die Funktion eines federnden Elements mit einer bestimmten hydraulischen Kapazität. Dieser Behälter ist damit der Speicher für die potentielle Energie. Die Abmessungen der Druckleitung und die hydraulische Kapazität des Behälters sollen nach der erfinderischen Lösung so abgestimmt werden, dass die Eigenfrequenz des Helmholtz-Resonators der zu filternden Frequenz im Ausrücksystem entspricht. Dabei ist häufig eine Resonanzfrequenz aus der hydraulischen Strecke zu filtern. Das Verhältnis Innendurchmesser Druckleitung, multipliziert mit der Kapazität des Behälters und der Länge der Druckleitung, ist dabei vorgegeben.
Diese Helmholtz-Resonatoren können sehr effektiv ein bestimmtes Frequenzband filtern. Die Bandbreite des Filters steigt dabei mit der Kapazität des Behälters. Dies hat allerdings den Nachteil, dass die Anregung in der hydraulischen Strecke relativ breitbandig ist. Aus diesem Grunde sollte die Kapazität des Behälters relativ groß gewählt werden. Dies wiederum verursacht jedoch unerwünschte und nicht akzeptable Pedalwegverluste. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass bei den üblichen Auslegungen eines Helmholtz-Resonators keine Hindernisse vorhanden sind, so dass die Schwingungen diesen nahezu ungedämpft verlassen. Die in der Verzweigungsleitung auftretenden viskosen Verluste sind dabei vernachlässigbar gering. Infolge dessen erzeugt der Helmholtz-Resonator zwei Resonanzen (eine Resonanz im Ausrücksystem und eine Resonanz in diesem selbst) mit großer Amplitude am Rande des gefilterten Frequenzbandes. Diese Rand- oder Nebenresonanzen können angeregt werden und dabei den Fahrkomfort beeinträchtigen.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schwingungsdämpfungseinrichtung mit geringer Volumenaufnahme und großer Bandbreite zu entwickeln, bei der keine Nebenresonanzen auftreten. Außerdem soll diese kompakt, kostengünstig und leicht einsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Dämpfungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach besteht die Dämpfungseinrichtung, die innerhalb einer hydraulischen Strecke angeordnet ist, aus einem Abzweig, dessen Ansatz mit einem Ansatz eines Behälters verbunden ist. Dabei weist sowohl der Ansatz des Abzweiges als auch der Ansatz des Behälters eine leitungsbildende Länge auf. Erfindungsgemäß ist in mindestens einem Teil dieser beiden leitungsbildenden Längen mindestens ein Teilbereich einer Drosseleinheit einsetzbar, die bekanntermaßen mit einer Durchgangsbohrung versehen ist.
Da die beiden Ansätze von Abzweig und Behälter eine bestimmte Innenform aufweisen, ist es vorteilhaft, die äußere Kontur der Drosseleinheit dieser Innenform der Ansätze anzupassen. Allerdings ist es üblich, die Ansätze sowohl innen als auch außen kreisförmig auszubilden, so dass es für die Herstellung der Drosseleinheit vorteilhaft ist, diese als Zylinder- bzw. Rotationskörper auszubilden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Drosseleinheit innerhalb ihrer Länge einen ihren Durchmesser erweiternden Ansatz aufweist, wobei der Außendurchmesser dieses Ansatzes mindestens den Außendurchmessern der Ansätze entsprechen sollte. Allerdings kann dieser ebenso gut auch größer gewählt werden. Der Außendurchmesser dieses Ansatzes bildet bezüglich des beidseitig an den Ansatz angrenzenden Außendurchmessers der Drosseleinheit jeweils Stirnflächen. Dabei können die an den Ansatz angrenzenden Durchmesser auch unterschiedlich sein.
Dieser Ansatz auf der Mantelfläche der Drosseleinheit weist in vorteilhafter Weise eine Länge auf, die zur Verlängerung der aus den beiden Ansätzen gebildeten Leitung beiträgt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Drosseleinheit über die ringförmigen Stirnflächen ihres Ansatzes mit den Ansätzen der Anschlussbauteile verbunden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Drosseleinheit in den Innendurchmesser mindestens einer der Ansätze der Anschlussbauteile form- und/oder kraftschlüssig integriert. Vorteilhaft dabei ist es, da die Drosseleinheit in diesem Falle nicht mehr dazu beiträgt, die Länge der Leitung zwischen Verzweigung und Behälter zu verlängern, diese Ver längerung über mindestens eine Verlängerung eines der Ansätze von Verzweigung oder Behälter auszugleichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens einer der Ansätze von Verzweigung oder Behälter so ausgebildet ist, dass dieser die Drosseleinheit selbst bildet. Auf diese Weise wird die Funktion der Drossel in einen Ansatz integriert, wodurch ein Bauteil eingespart wird. Dies wiederum führt zur Gewichtsreduzierung und Kosteneinsparung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die als Rotationskörper ausgebildete Drosseleinheit mindestens an einer ihrer Stirnseiten eine Blende mit mindestens einer Blendenöffnung aufweist. Anstelle einer Blende könnte allerdings auch ein Sieb oder poröses Material eingesetzt werden.
Zur Verlängerung der Leitungslänge zwischen Verzweigung und Behälter bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität der Verbindung wird mindestens ein Endbereich der Drosseleinheit von mindestens einem der Ansätze von Verzweigung oder Behälter aufgenommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 bis 3 schematisierte Schnittdarstellungen einer ersten Grundvariante der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung in verschiedenen Ausführungsvarianten,
4 bis 6 schematisierte Schnittdarstellungen einer zweiten Grundvariante der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung in verschiedenen Ausführungsvarianten.
Bei der Beschreibung der 1 bis 6 werden für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit der ersten Grundvariante einer Dämpfungseinrichtung 1. Diese besteht im Wesentlichen aus einer mit einer nicht dargestellten Druckleitung verbundenen oder in diese eingesetzten Verzweigung 2, wobei mindestens ein Teil dieser Verzweigung 2, hier deren Ansatz 2a mit einer Länge a, mit dem Ansatz 4a eines Behälters 4, der eine Länge c aufweist, über eine Drossel 3 verbunden ist. In dieser Figur wird die Drosseleinheit 3 aus einem Rotationskörper gebildet. Dieser Rotationskörper weist innerhalb seiner Länge einen ringförmigen Ansatz mit einer Länge b auf, dessen Außendurchmesser an die Außendurchmesser der Anschlussbauteile angepasst ist. Zur Aufnahme der Drosseleinheit 3 in den Anschlussbauteilen sind die Durchmesser deren Mantelflächen, die vom Ansatz ausgehen, an die Innendurchmesser der Anschlussbauteile angepasst. Wie aus 1 ersichtlich, bilden die Stirnflächen des Ansatzes der Drosseleinheit 3 die Verbindungsflächen zur jeweiligen Stirnfläche des Anschlussbauteils, wie die des Ansatzes 2a der Verzweigung 2 und die des Ansatzes 4a des Behälters 4. Auf diese Weise wird die Länge der kinematischen Einheit durch die zusätzliche Länge des Ansatzes b der Drosseleinheit 3 verlängert, wobei der übrige Teil der Drosseleinheit in die Mantelfläche der sich beidseitig anschließenden Bauteile integriert wird. Zur zusätzlichen Beeinflussung des Druckes und damit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungen ist die Drosseleinheit 3 mit einer entsprechend kleinen Durchgangsbohrung 5 versehen.
Dieser Aufbau der Dämpfungseinrichtung 1, die mit Hydraulikfluid befüllt ist, weist eine hydraulische Kapazität auf. Dabei dient der Behälter 4 als Speicher für die potenzielle Energie, während die Druckleitung, die sich aus den Abschnitten a, b, c zusammensetzt, wie bereits erwähnt, der Speicher für die kinetische Energie ist. Über die Drosseleinheit 3 wird ein Teil der kinetischen Energie gezielt in Wärme umgewandelt.
In 2 ist die Verzweigung 2 über die Länge a des Ansatzes 2a direkt mit dem die Länge c aufweisenden Ansatz 4a des Behälters 4 verbunden. Die ebenfalls als Rotationskörper ausgebildete und mit einer Durchgangsbohrung 5 versehene Drosseleinheit 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel über ihre Mantelfläche in die Innenfläche des Ansatzes 2a der Verzweigung 2 eingepresst. Zur Erhöhung der kinetischen Energie weist in diesem Beispiel der Ansatz 2a eine Länge a auf, die zur Länge a des Ansatzes 2a in 1 entsprechend verlängert ist.
In 3 sind beide Varianten der Dämpfungseinrichtung nach den 1 und 2 vereinigt. Daher ist wie in 2 der Ansatz 2a der Verzweigung 2 direkt mit dem Ansatz 4a des Behälters 4 verbunden. Die Drosseleinheit 3, die in 2 noch in den Ansatz 2a der Verzweigung eingepresst wurde, wird gemäß dieser 3 direkt in den Ansatz 2a integriert, indem dieser selbst als Drosseleinheit mit einer entsprechend kleinen Durchgangsbohrung 5 ausgeführt ist und die Länge dieses als Drosseleinheit ausgebildeten Ansatzes ebenfalls a' beträgt Bei all diesen Varianten ist die Drosseleinheit 3 gerade ausgeführt. Ebenso gut kann sie jedoch auch gekrümmt, oder beispielsweise spiralförmig ausgebildet sein. Die Spirale darf dabei sowohl in einer Ebene als auch als Raumgebilde, wie zum Beispiel einer Gewindestruktur, ausgeführt sein. Damit wird die Konstruktion kompakter. Ebenso kann die Drosseleinheit 3 eine von der kreisringförmigen Fläche abweichende Querschnittsform aufweisen, die auch noch über ihre Länge variieren kann.
Die folgenden drei 4 bis 6 stellen die zweite Grundvariante der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung 1 schematisch im Schnitt dar. Auch hierbei besteht die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 1 im Wesentlichen aus einem Helmholtz-Resonator, der durch eine Verzweigung 2, einer Leitung (durch die Ansätze 2a und 4a erzeugt), einem hydraulischen Widerstand und einem Behälter 4 gekennzeichnet ist. Der Behälter 4 fungiert dabei wiederum der Speicher für die potentielle Energie, während die Leitung als Speicher für die kinetische Energie fungiert. Der hydraulische Widerstand in Form der Drosseleinheit wirkt als dissipatives Element. Die Kapazität des Gesamtspeichers, die Länge und die Querschnittsfläche der Leitung und der hydraulische Widerstand werden anhand folgender Kriterien ausgewählt. Soll der Gesamtspeicher steif sein, um die Wegverluste, beispielsweise des Ausrückweges bei einer Kupplung, zu minimieren, wird die Leitung so ausgelegt, dass die ungedämpfte Eigenfrequenz des Helmholtz-Resonators der zu beruhigenden Frequenz des Hauptsystems (somit der Frequenz in der hydraulischen Strecke) ohne Dämpfungseinrichtung 1 entspricht. Dabei sind Abweichungen von ±10% möglich.
Das Widerstandselement, also die Drosseleinheit 3, wird so ausgelegt, dass das Verhältnis der Summe der Arbeit der Verluste in der Leitung, gekennzeichnet durch die Abschnitte a bis c, und in den Widerstandseinheiten bei schwingender Volumenstromanregung zu dem maximalen Wert der kinetischen Energie des Hydrauliköls in dem Speicher für kinetische Energie bei gleicher schwingender Anregung gleich oder größer als eins in dem gewünschten Frequenzbereich ist.
In 4 ist die Drosseleinheit 3 leitungsverlängernd zwischen die Ansätze 2a der Verzweigung 2 und 4a des Behälters 4 eingesetzt. Dabei ist die Drosseleinheit 3 so eingesetzt, dass sie endseitig mit einer ihrer Stirnfläche mit der Stirnfläche des Ansatzes 2a verbunden ist. Zwischen diese Verbindung der Stirnflächen ist jedoch noch eine Blende 6 mit einer entsprechenden Blendenöffnung 6a eingesetzt. Diese Blendenöffnung 6a ist gegenüber den Durchgangsbohrungen des Ansatzes 2a und der Durchgangsbohrung 5 der Drosseleinheit 3 wesentlich kleiner. Wie aus 4 ersichtlich, ist ein Teilbereich der Mantelfläche der Drosseleinheit 3 in den Ansatz 4a des Behälters 4 eingesetzt, um eine stabile Verbindung zwischen Verzweigung 2, Drosseleinheit 3 und Behälter 4 herzustellen. Somit besteht diese konstruktive Ausbildung der Dämpfungseinrichtung 1 aus der Verzweigung 2, einer relativ kurzen und dünnen Tilgerleitung, die im Wesentlichen durch die Drosseleinheit 3 repräsentiert wird, einem hydraulischen Widerstand, repräsentiert durch die Blende 6, und einem Behälter 4. Die hydraulische Kapazität des Behälters 4 lässt sich auch hier wieder allgemein in zwei Anteile aufteilen. Der erste Anteil wird bestimmt durch die Kompressibilität des Ölvolumens im Behälter 4. Der zweite Anteil ist durch die Verformung des Behälters 4 unter Druck definiert. Der hydraulische Widerstand kann auf verschiedene Weise gestaltet werden. So wird beispielsweise durch die Blende 6 eine Änderung der Strömungsrichtung hervorgerufen, was eine kontinuierliche Änderung der durchströmten Fläche bis zur plötzlichen Querschnittsänderung zur Folge hat. Ebenso kann diese Änderung durch ein Sieb, poröses Material usw. hervorgerufen werden. Insgesamt kann der hydraulische Widerstand auch aus einer Kombination mehrerer einzelner Widerstände erzeugt werden. Dabei kann dieser jeweilige Widerstand separat eingesetzt oder konstruktiv direkt in einen Teil, entweder in die Verzweigung 2 oder in den Behälter 4, integriert werden, bzw. dieses Teil ist als Verkörperung dieser Funktion ausgeführt.
Im Gegensatz zu 4 ist in 5 die andere endseitige Stirnfläche mit einer Blende 6 verbunden, die eine Blendenöffnung 6a aufweist. Der übrige Aufbau der Dämpfungseinrichtung 1 ist der gleiche wie in 4.
6 vereint wiederum beide Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtungen gemäß der 4 und 5. Somit ist in dieser Figur die Drosseleinheit 3 jeweils endseitig mit einer Blende 6 verbunden, die mit entsprechenden Blendenöffnungen 6a versehen sind.
Die Blenden 6 in den 4 bis 6 sind jedoch auch in die 1 bis 3 in die Ausgestaltungen gemäß der 1 bis 3 integrier bar und umgekehrt.
Bei den 4 bis 6 ist, ebenso wie bei den 1 bis 3 dargestellt, die Drosseleinheit 3 gerade ausgeführt. Sie kann jedoch auch gekrümmt oder beispielsweise spiralförmig ausgebildet sein. Diese Spirale darf sowohl in einer Ebene als auch im Raum als Gewindestruktur ausgeführt sein. Auch hierbei kann die Drosseleinheit 3 eine von der kreisringförmigen Querschnittsform abweichende Querschnittsform aufweisen, die über ihre Länge noch variieren kann.

1: Dämpfungseinrichtung
2: Verzweigung
2a: Ansatz
3: Drosseleinheit
4: Behälter
4a: Ansatz
5: Durchgangsbohrung
6: Blende
6a: Blendenöffnung
a: Länge des Ansatzes 2a
a': Länge des Ansatzes 2a
b: Länge des Ansatzes der Drosseleinheit
c: Länge des Ansatzes 4a

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008005915 [0003]
- DE 102008003007 [0003]
- DE 102008003991 A1 [0005]

Claims

Dämpfungseinrichtung (1) innerhalb einer hydraulischen Strecke mit einem Abzweig (2), dessen Ansatz (2a) mit einem Ansatz (4a) eines Behälters (4) verbunden ist, wobei der Ansatz (2a) eine leitungsbildende Länge (a) und der Ansatz (4a) eine leitungsbildende Länge (c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einen Teil der leitungsbildenden Längen (a, c) mindestens ein Teilbereich einer Drosseleinheit (3) einsetzbar ist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) mit einer Durchgangsbohrung (5) versehen ist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) ein Rotationskörper ist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) innerhalb ihrer Länge einen ihren Durchmesser erweiternden Ansatz aufweist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser dieses Ansatzes mindestens den Außendurchmessern der Ansätze (2a, 4a) entspricht.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Ansatz eine Länge (b) aufweist, die zur Verlängerung der Leitung, gebildet durch die Länge (a) des Ansatzes (2a) und die Länge (c) des Ansatzes (4a), beiträgt.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) über die ringförmigen Stirnflächen ihres Ansatzes mit den Ansätzen (2a, 4a) verbunden ist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) in den Innendurchmesser mindestens einer der Ansätze (2a, 4a) form- und/oder kraftschlüssig integriert ist.
Dämpfungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ansätze (2a) oder (4a) die Drosseleinheit (3) bildet.
Dämpfungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (3) mindestens an einer ihrer Stirnseiten eine Blende (6) mit mindestens einer Blendenöffnung (6a) aufweist.