DE102004006031B4

DE102004006031B4 - Method and device for reducing pressure pulsations in fluid-carrying piping systems

Info

Publication number: DE102004006031B4
Application number: DE200410006031
Authority: DE
Inventors: Jörg MELCHER
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DE102004006031A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung von Druckpulsationen in einem eine Flüssigkeit führenden Leitungssystem, wobei ein Drosselkörper in einer Leitung des Leitungssystems angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (5) eine Schraubenwendel (6) aufweist, deren Schraubenachse (7) in der Ausbreitungsrichtung der Druckpulsationen (3) in der Leitung (1) ausgerichtet wird und die mehrere in Richtung ihrer Schraubenachse (7) untereinander beabstandete Schraubengänge aufweist, wobei die Schraubenwendel (6) bei einer Projektion in Richtung ihrer Schraubenachse (7) zumindest einen Teil der Fläche innerhalb ihres Außenumfangs abdeckt, und dass eine Elastizität der Schraubenwendel (6) so eingestellt wird, dass sich ihre Steigung aufgrund der Druckpulsationen (3) passiv verändert.method for reducing pressure pulsations in a liquid leading Line system, wherein a throttle body in a line of the pipe system is arranged, characterized in that the throttle body (5) a helical coil (6) whose screw axis (7) in the Direction of propagation of the pressure pulsations (3) in the line (1) is aligned and the several in the direction of its screw axis (7) has mutually spaced screw threads, wherein the helical coil (6) in a projection in the direction of its screw axis (7) at least a part of the area within its outer circumference covering, and that elasticity the helical coil (6) is adjusted so that its slope Passively changed due to the pressure pulsations (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Druckpulsationen in einem eine Flüssigkeit führenden Leitungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 bzw. des Anspruchs 5.The The invention relates to a method and apparatus for reducing of pressure pulsations in a fluid-carrying line system with the features of the preamble of claim 1 and the claim 5th

STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY

In der Hydrauliktechnik und anderen Bereichen, in denen flüssigkeitsführende Leitungssysteme verwendet werden, treten sehr häufig periodische Druckschwankungen, sogenannte Druckpulsationen auf. Ursachen für Druckpulsationen können beispielsweise Ungleichförmigkeiten innerhalb hydraulischer Maschinen, Förderstromschwankungen von Verdrängerpumpen, die Betätigung von Absperr- und Regelarmaturen mit kurzen Öffnungs- und Schließzeiten, das An- und Abschalten von Pumpen, schwingende Masse-Feder-Systeme, wie sie beispielsweise durch federbelastete Ventilkörper oder Hydrospeicher ausgebildet werden, instationäre Strömungsvorgänge in Form von Kontinuumschwingungen in den flüssigkeitsführenden Leitungen und das schlagartige Verbinden von Komponenten mit unterschiedlichem Druckniveau sein. Diese Ursachen bewirken jeweils stochastische, transiente oder periodische Volumenstrompulsationen, aus denen Druckpulsationen entstehen. Es ist bekannt, dass sich Druckpulsationen insbesondere in Leitungssystemen, die bereits unter Druck stehende Flüssigkeiten führen, extrem nachteilig auf die Funktionstüchtigkeit des jeweiligen Gesamtsystems und auch seine Umgebung auswirken können. In jedem Fall ist eine erhöhte Materialbeanspruchung an allen Stellen des Gesamtsystems gegeben. Hieraus resultieren erhöhte Sicherheitsanforderungen. Auch eine vermehrte Schallabstrahlung von Körper- oder Luftschall wird regelmäßig beobachtet. In vielen Fällen ist daher eine Dämpfung der Druckpulsationen unumgänglich. Als Maßnahmen zur Reduzierung von Druckpulsationen in einem eine Flüssigkeit führenden Leistungssystem ist es neben Primärmaßnahmen an der Erregerquelle bekannt, Sekundärmaßnahmen zu ergreifen, mit denen die angeregten Druckpulsationen wieder reduziert werden, so dass sie sich beispielsweise nicht über das Gesamtsystem ausbreiten. Dabei kommen sowohl passive als auch aktive Maßnahmen zum Einsatz.In hydraulic engineering and other areas where fluid-carrying piping systems are used become very common periodic pressure fluctuations, so-called pressure pulsations. Reasons for Pressure pulsations can for example, irregularities within hydraulic machines, displacement fluctuations of positive displacement pumps, the operation of shut-off and control valves with short opening and closing times, switching on and off of pumps, vibrating mass-spring systems, such as through spring-loaded valve body or hydraulic accumulators are formed, transient flow processes in the form of continuum vibrations in the liquid-carrying Lines and the sudden connection of components with different Be pressure level. These causes each cause stochastic, transient or periodic volume flow pulsations, from which pressure pulsations arise. It is known that pressure pulsations in particular in piping systems, the already pressurized fluids to lead, extremely disadvantageous to the functionality of the respective overall system and also affect its environment. In any case, one is increased Material stress at all points of the overall system given. This results in increased Safety requirements. Also an increased sound radiation of Body- or airborne sound is observed regularly. In many cases therefore a damping the pressure pulsations inevitable. As measures to Reduction of pressure pulsations in one fluid leading Performance system is in addition to primary measures at the source of excitation known, secondary measures to take with which the excited pressure pulsations again reduced so that they do not spread across the whole system, for example. Both passive and active measures are used.

Zu den passiven Maßnahmen zählen Hydrodämpfer, wie beispielsweise Membranspeicher, Windkessel und Blasenspeicher, Saugstromstabilisatoren, Schockabsorber, wie beispielsweise Druckstoßdämpfer, axialelastische Dehnzylinder, axial- oder radialelastische Dehnschläuche, Einzel- und Mehrkammerresonatoren sowie Strom- und Druckbegrenzungsventile. Diese Ansätze erfordern zusätzliche Aggregate, die das Volumen und das Gewicht des Gesamtsystems erhöhen. Darüber hinaus treten zum Teil erhebliche Verluste auf, indem der Druck in dem jeweiligen Leitungssystem bzw. die Drucksteifigkeit des jeweiligen Leitungssystems abfällt und zusätzliche Strömungswiderstände von den geführten Flüssigkeiten zu überwinden sind. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Gesamtsystems reduziert, und es können auch echte Einbußen bei seiner Funktionalität auftreten. Viele der bekannten Maßnahme sind auch nicht breitbandig, d.h. gegen Druckpulsationen in einem größeren Frequenzbereich einsetzbar, sondern müssen auf eine bestimmte Frequenz der Druckpulsationen abgestimmt werden, um eine sinnvolle Effektivität zu erreichen.To the passive measures counting Hydraulic dampers, such as diaphragm accumulator, windkessel and bladder accumulator, Saugstromstabilisatoren, shock absorbers, such as pressure shock absorbers, axial elastic Expansion cylinders, axial or radial elastic expansion hoses, single and multi-chamber resonators as well as flow and pressure relief valves. These approaches require additional Aggregates that increase the volume and weight of the overall system. Furthermore some significant losses occur by the pressure in the respective line system or the compressive stiffness of the respective Line system drops and additional Flow resistances of the guided liquids to overcome are. This reduces the efficiency of the overall system, and it can also real losses at its functionality occur. Many of the known measures are also not broadband, i.e. can be used against pressure pulsations in a wider frequency range, but have to be tuned to a certain frequency of the pressure pulsations, a meaningful effectiveness to reach.

Bei einem bekannten Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und einer bekannten Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 5 weist der Drosselkörper eine sich über den freien Querschnitt der Leitung erstreckende massive Platte auf, in der mehrere, jeweils eine Drossel ausbildende Bohrungen vorgesehen sind. Bei Abstimmung der Durchmesser der Bohrungen auf bestimmte Druckpulsationen in einer bestimmten Flüssigkeit kann mit diesem Drosselkörper verhindert werden, dass sich die Druckpulsationen über den Drosselkörper hinweg fortsetzen. Die Wirkung des Drosselkörpers basiert dabei im Wesentlichen auf einen besonders hohen Strömungswiderstand für eine schnelle Durchströmung der Bohrungen in der Platte. Dies bedeutet aber gleichzeitig eine extreme Erhöhung des Strömungswiderstands, den die Flüssigkeit beim regulären Fließen durch die Leitung zu überwinden hat.at a known method having the features of the preamble of Patent claim 1 and a known device with the features of The preamble of claim 5, the throttle body a over on the free cross section of the line extending massive plate on provided in the several, each forming a throttle bores are. When tuning the diameter of the holes to certain Pressure pulsations in a certain fluid can be prevented with this throttle body be that the pressure pulsations continue across the throttle body away. The effect of the throttle body is based essentially on a particularly high flow resistance for one fast flow the holes in the plate. But this means one at a time extreme increase the flow resistance, the liquid at the regular Flow to overcome through the line Has.

Bekannte aktive Maßnahmen zur Reduzierung von Druckpulsationen in flüssigkeitsführenden Leitungssystemen umfassen eine Sensorik, eine Aktuatorik und eine zwischengeschalteten Regelung. Mit derartigen aktiven Systemen werden sekundäre Druckschwankungen erzeugt, die per destruktiver Interferenz die Druckpulsationen kompensieren. Bekannte aktive Systeme basieren auf dem Abzweigen und/oder Zuschalten eines Volumenstroms, direkt angetriebenen schwingenden Kolben oder Membranen oder adaptiven Schnittstellen, wie sie in J. Esser, 1996: "Adaptive Dämpfung von Pulsationen in Hydraulikanlagen", Aachener Beiträge zum Kraftfahr- und Maschinenwesen 10 beschrieben sind. Die Umsetzung aller bekannten aktiven Maßnahmen zur Reduzierung von Druckpulsationen, erfordert einen hohen apparativen und energetischen Aufwand insbesondere für die Erzeugung der sekundären Druckschwankungen.Known active measures for reducing pressure pulsations in fluid-carrying line systems include a sensor system, an actuator system and an intermediate control system. With such active systems secondary pressure fluctuations are generated, which compensate for the pressure pulsations by destructive interference. Known active systems are based on the diversion and / or connection of a volumetric flow, directly driven oscillating pistons or membranes or adaptive interfaces, as described in J. Esser, 1996: "Adaptive damping of pulsations in hydraulic systems", Aachen contributions to the automotive and mechanical engineering 10 are described. The implementation of all known active measures for reducing pressure pulsations, requires a high expenditure on equipment and energy, in particular for the generation of secondary pressure fluctuations.

DE 38 09 310 C2 offenbart einen Dehnschlauch zur Reduzierung von Druckpulsationen, der aus einem flexiblen äußeren Druckschlauch aus in Grenzen nachgiebigem Material und einem innerhalb des äußeren Druckschlauchs angeordneten flexiblen Innenschlauch aufgebaut ist. Der flexible Innenschlauch ist als metallischer Wendelschlauch mit einer federelastischen Wendel ausgebildet. Diese Wendel kann konkret aus Rechteckdraht gewickelt sein, und ihre Wendelgänge liegen unter Federspannung axial aneinander an. Die Wendel bildet daher zunächst einen in radialer Richtung nahezu dichten Innenschlauch. Erst wenn Druckpulsationen in dem Innenschlauch auftreten, sich also entlang der Innenschlauchlänge ein Differenzdruck aufbaut, werden die einzelnen Wendelgänge je nach Höhe des wirkenden Drucks mehr oder weniger auseinandergedrückt, so dass über die Innenschlauchlänge verteilte radiale Durchlässe entstehen. Ein Teil des durch den Innenschlauch eintretenden Druckmediums tritt somit durch die sich öffnenden radialen Durchlässe hindurch in die von dem äußeren Druckschlauch umschlossene Schlauchkammer, während der andere Teil des Volumenstroms den Innenschlauch bis zum Ende durchfließt. Hierdurch soll eine Pulsations- und Brummgeräuschreduzierung erzielt werden. Die Baulänge des bekannten Dehnschlauchs ist vergleichsweise groß. Der Innenschlauch umfasst eine Vielzahl von Wendelgängen. Der Außenschlauch und die von ihm umschlossene Schlauchkammer bauen überdies um den normalen Schlauchdurchmesser hinaus auf, so dass auch die Baugröße des bekannten Dehnschlauchs vergleichsweise groß ist. DE 38 09 310 C2 discloses an expansion tube for reducing pressure pulsations, which consists of a flexible outer pressure tube made of a limited yielding material and within the outer pressure hose arranged flexible inner tube is constructed. The flexible inner tube is designed as a metallic spiral tube with a spring-elastic helix. This helix may be concretely wound from rectangular wire, and its helical turns are axially under spring tension against each other. The helix therefore initially forms an inner tube which is almost dense in the radial direction. Only when pressure pulsations occur in the inner tube, ie builds up along the inner tube length, a differential pressure, the individual helical turns are more or less forced apart depending on the amount of pressure, so that over the inner tube length distributed radial passages arise. A part of the pressure medium entering through the inner tube thus passes through the opening radial passages into the tube chamber enclosed by the outer pressure hose, while the other part of the volume flow flows through the inner tube to the end. This is to achieve a pulsation and hum noise reduction. The length of the known Dehnschlauchs is comparatively large. The inner tube comprises a plurality of helical turns. The outer tube and enclosed by him tube chamber also build on the normal tube diameter addition, so that the size of the known expansion tube is comparatively large.

Weiterer Stand der Technik ist aus DE 199 32 714 A1 bekannt.Further prior art is out DE 199 32 714 A1 known.

AUFGABE DER ERFINDUNGTASK OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 aufzuzeigen, mit denen Druckpulsationen mit geringem apparativem Aufwand aktiv und/oder passiv reduzierbar sind.Of the Invention is based on the object, a method according to the preamble of the patent claim 1 and a device according to the preamble of Patent claim 5 show, with which pressure pulsations with low Apparativem effort are actively and / or passively reducible.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 bzw. 6 bis 10 beschrieben.The The object of the invention is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device with the features of claim 5. Advantageous embodiments of the method and the device are in the dependent claims 2 to 4 and 6 to 10 described.

WEITERER STAND DER TECHNIKFURTHER STAND OF THE TECHNIQUE

Aus der DE 199 32 714 A1 ist eine rohrförmige luftdurchströmte Vorrichtung mit aktiver Schallreduktionseinrichtung bekannt, bei der die Schallreduktionseinrichtung eine helikal angeordnete Membran ist, die passiv verformbar ist und aktiv verformt wird. Diese helikale Membran weist zwar geometrische Übereinstimmungen mit der Schraubenwendel des Drosselkörpers auf, der bei dem neuen Verfahren eingesetzt wird, doch sind die physikalischen Verhältnisse bei einer luftdurchströmten Vorrichtung, d.h. in einem Gas, und bei einer eine Flüssigkeit führenden Leitung, d.h. in einer Flüssigkeit, nicht miteinander vergleichbar. Der Fachmann hatte daher keinen Anlass, zur Reduzierung von Druckpulsationen eine helikal angeordnete Membran von einer luftdurchströmten Vorrichtung auf eine flüssigkeitsführende Leitung zu übertragen. Auch die praktische Ausführung der Schraubenwendel wird beispielsweise aufgrund der anderen Druckverhältnisse in der Flüssigkeit in den meisten Fällen eine andere sein als die der bekannten helikal angeordneten Membran. Zudem ist in der DE 199 32 714 A1 von einer passiven Wirkungsweise der dort beschriebenen helikal angeordneten Membran, insbesondere ohne Verformung der Membran, keine Rede.From the DE 199 32 714 A1 a tubular air-flow device with active sound reduction device is known in which the sound reduction device is a helically arranged membrane which is passively deformable and is actively deformed. Although this helical membrane has geometrical correspondences with the helical coil of the throttle body used in the new method, the physical relationships are in an apparatus through which air flows, ie in a gas, and in a conduit carrying a fluid, ie in a liquid. not comparable to each other. The skilled person therefore had no reason to transfer a helically arranged membrane from an air-flow device to a liquid-carrying line to reduce pressure pulsations. Also, the practical design of the helical coil, for example, due to the other pressure conditions in the liquid in most cases be different from that of the known helically arranged membrane. Moreover, in the DE 199 32 714 A1 from a passive mode of action of the helically arranged membrane described there, in particular without deformation of the membrane, no question.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION THE INVENTION

Bei dem neuen Verfahren weist der Drosselkörper eine Schraubenwendel auf, deren Schraubenachse in der Ausbreitungsrichtung der Druckpulsationen in der Leitung ausgerichtet ist. Eine solche Schraubenwendel kann von der Flüssigkeit in der Leitung mit noch vergleichsweise geringem Strömungswiderstand durchströmt werden. Auch gewollte Druckänderungen der Flüssigkeit in der Leitung pflanzen sich über die Schraubenwendel hinweg weitgehend ungestört fort. Auf Druckstöße in der Leitung wirkt sich die Schraubenwendel jedoch unter verschiedenen Aspekten dämpfend aus. Selbst wenn die Schraubenwendel ihre Form, d.h. insbesondere ihre Steigung beim Auftreffen von Druckstößen nicht ändert, resultiert eine Dämpfung von Druckpulsationen aufgrund des Dralls, der bei der Durchströmung der Schraubenwendel der Flüssigkeit aufgeprägt wird. Dieser Effekt tritt vergleichsweise breitbandig im Bereich höherer Frequenzanteile auf. Der Drosselkörper weist bei dem neuen Verfahren damit Tiefpassfiltereigenschaften auf. Die genaue Wirkung des Drosselkörpers hängt neben den Eigenschaften, insbesondere der Viskosität der Flüssigkeit in der Leitung von der geometrischen Gestalt der Schraubenwendel und ihrer Länge ab. Die Schraubenwendel umfasst jedoch regelmäßig immer mehr als einen Schraubengang. Typischerweise kann sie zwei bis vier Schraubengänge lang sein. Außerdem wird die Schraubenwendel immer ortsfest in der Leitung angeordnet, so dass sie sich als Ganzes nicht oder nur über eine begrenzte Entfernung mit der Flüssigkeit längs der Leitung bewegen kann.at In the new method, the throttle body has a helical coil, the screw axis in the propagation direction of the pressure pulsations aligned in the line. Such a helical coil can from the liquid in the line with still comparatively low flow resistance flows through become. Also wanted pressure changes the liquid in the pipe plant over the helical coil away largely undisturbed. On pressure surges in the Line affects the coil helix, however, under different Attenuating aspects out. Even if the coil helix has its shape, i. especially her Slope does not change when impact of pressure surges, resulting in a damping of Pressure pulsations due to the twist, which in the flow through the Helical coil of the liquid is imprinted. This effect occurs comparatively broadband in the range of higher frequency components on. The throttle body thus has low-pass filter characteristics in the new method on. The exact effect of the throttle body depends on the characteristics, especially the viscosity the liquid in the direction of the geometric shape of the helix and their length from. The helical coil, however, regularly includes more than one flight. Typically, it can be two to four screw flights long. In addition, will the helical coil always stationary in the line, so that they do not work as a whole or only over a limited distance with the liquid along the Can move line.

Bei dem neuen Verfahren wird die Elastizität des Drosselkörpers aber auch gezielt so eingestellt, dass sich die Steigung seiner Schraubenwendel aufgrund der Druckpulsationen passiv verändert. Hierdurch können zusätzliche Dämpfungseffekte erzielt werden, indem der Drosselkörper wie ein Puffer für die Druckspitzen der Druckpulsationen wirkt.In the new method, however, the elasticity of the throttle body is also adjusted specifically so that the pitch of its helical coil on because of the pressure pulsations. As a result, additional damping effects can be achieved by the throttle body acts as a buffer for the pressure peaks of the pressure pulsations.

Darüber hinaus ist es bei dem neuen Verfahren möglich, die Steigung der Schraubenwendel des Drosselkörpers aktiv zu verändern. Auf diese Weise ist es möglich, gegenphasige Druckschwankungen zu den Druckpulsationen zu generieren, um diese destruktiv zu überlagern. Es ist aber auch möglich, die Steigung der Schraubenwendel für eine Optimierung ihrer passiven Wirkung auf je nach den auftretenden Druckpulsationen unterschiedliche Steigungen einzustellen, die dann längerfristig beibehalten werden.Furthermore is it possible with the new method actively changing the pitch of the helical coil of the throttle body. On this way it is possible to generate antiphase pressure fluctuations to the pressure pulsations, to superimpose them destructively. But it is also possible the slope of the helical coil for an optimization of their passive Effect on different depending on the pressure pulsations occurring Gradients that are then maintained for a longer period of time.

Wenn eine aktive Änderung der Steigung der Schraubenwendel zum Generieren von gegenphasigen Druckschwankungen durchzuführen ist, kann dies in Abhängigkeit von passiven Änderungen der Steigung aufgrund der Druckpulsationen erfolgen, die an der Schraubenwendel erfasst werden. Die Schraubenwendel bildet damit zugleich einen Sensor für die mit ihr zu dämpfenden Druckpulsationen aus.If an active change the pitch of the helix for generating anti-phase To perform pressure fluctuations is, this can be dependent of passive changes the slope due to the pressure pulsations occur at the Screw coil are detected. The helical coil forms with it at the same time a sensor for the ones to be damped with it Pressure pulsations off.

Bei dem neuen Verfahren können auch mehrere Drosselkörper zum Einsatz kommen. So können mindestens zwei Drosselkörper mit einem festen Abstand zwischen den Drosselkörpern hintereinander in der jeweiligen Leitung angeordnet werden.at the new method also several throttle bodies be used. So at least two throttle bodies with a fixed distance between the throttle bodies one behind the other in the respective line can be arranged.

Verschiedene Aspekte der neuen Vorrichtung sind bereits im Zusammenhang mit dem bis hierher beschriebenen neuen Verfahren angesprochen worden. Ebenso werden bei der nachfolgenden Beschreibung der neuen Vorrichtung auch Aspekte zur Sprache kommen, die für das neue Verfahren Bedeutung haben.Various Aspects of the new device are already related to the addressed to here described new methods. As well be in the following description of the new device There are also aspects of language that are important for the new process to have.

In einer konkreten Ausführungsform der neuen Vorrichtung ist die Schraubenwendel des Drosselkörpers, deren Schraubenachse koaxial zu der Leitung angeordnet ist, seelen- und wellenlos. Die Seelenlosigkeit bedeutet, dass die Schraubenwendel innerhalb ihres Außenumfangs, der vorzugsweise bis an den Innenumfang der jeweiligen Leitung heranreicht, den gesamten freien Querschnitt der Leitung überspannt. Es gibt also im Bereich der Schraubenachse keinen geradlinigen freien Weg durch die Schraubenwendel hindurch. Die Wellenlosigkeit der Schraubenwendel bedeutet dabei, dass die Schraubenwendel selbst bis an ihre Schraubenachse heranreicht und dort keine in axialer Richtung durchlaufende Welle vorhanden ist. In Einzelfällen mag es aber durchaus sinnvoll sein, eine Schraubenwendel mit Seele oder eine Schraubenwendel mit Welle einzusetzen. Bei einer Schraubenwelle mit Seele ist der Strömungswiderstand des Drosselkörpers noch weiter reduziert. Bei einer Schraubenwendel mit Welle kann im Bereich der Welle beispielsweise ein Linearaktuator angeordnet werden, mit dem die Steigung der Schraubenwendel veränderbar ist.In a concrete embodiment the new device is the helical coil of the throttle body whose Screw axis is arranged coaxially to the line, soul and shaftless. The soullessness means that the helix within its outer circumference, which preferably extends as far as the inner circumference of the respective conduit, spans the entire free cross section of the line. So there is Area of the screw axis no straight free way through the helical coil through. The unduless of the helix means that the helical coil itself up to its screw axis comes close and there is no continuous in the axial direction wave is available. In individual cases but it may well be useful, a helical coil with soul or insert a helical coil with shaft. With a screw shaft with soul is the flow resistance of the throttle body even further reduced. In a helical coil with shaft can For example, a linear actuator is arranged in the region of the shaft be changed with the slope of the helical coil is.

Ein solcher Aktuator kann auch am Außenumfang der Schraubenwendel angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Vorrichtung ist jedoch die Schraubenwendel selbst mit einem Funktionsmaterial beschichtet, um ihre Steigung aktiv zu verändern. Dieses Funktionsmaterial kann auch einen Sensor ausbilden, um Änderungen der Steigung der Schraubenwendel des Drosselkörpers zu erfassen. Als Funktionsmaterial ist beispielsweise eine piezoelektrische Keramik verwendbar, mit der die Schraubenwendel ganz oder partiell beschichtet ist. Es können auch piezokeramische Fasern auf der Schraubenwendel angeordnet sein. Mittels Ansteuern der piezoelektrischen Keramik durch Anlegen eines äußeren elektrischen Felds ist die piezoelektrische Keramik in bekannter Weise und damit indirekt auch die Schraubenwendel verformbar. Umgekehrt können Verformungen der Schraubenwendel durch elektrische Spannungen registriert werden, die an der piezoelektrischen Keramik abgreifbar sind.One such actuator may also be on the outer circumference of the helix be arranged. In a preferred embodiment of the new device however, is the helical coil itself with a functional material coated to actively change their pitch. This functional material can also train a sensor to make changes to the Increase slope of the helical coil of the throttle body to capture. As functional material For example, a piezoelectric ceramic usable with the the helical coil is completely or partially coated. It can too Piezoceramic fibers may be arranged on the helical coil. By driving the piezoelectric ceramic by applying an external electrical Felds is the piezoelectric ceramic in a known manner and thus indirectly also the helical coil deformable. Conversely, deformations of the helical coil through electrical voltages are registered at the piezoelectric Ceramic can be tapped.

Ebenso wie die Steigung der Schraubenwendel auch durch einfache Linearaktuatoren veränderbar ist, können passive Veränderungen der Steigung der Schraubenwendel durch einfache lineare Sensoren erfasst werden, die beispielsweise im Bereich der Schraubenachse oder am Außenumfang der Schraubenwendel angeordnet sein können.As well like the pitch of the helix also by simple linear actuators variable is, can passive changes the pitch of the helix by simple linear sensors be detected, for example, in the area of the screw axis or on the outer circumference of the Screw coil can be arranged.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die die Flüssigkeit führende Leitung selbst drucksteif ausgebildet sein kann, da die Druckpulsationen auf andere Weise als durch Volumenelastizität gedämpft werden. Hierdurch ist es möglich, einen hohen Wirkungsgrad des jeweiligen Gesamtsystems zu erzielen.One particular advantage of the present invention is that the the liquid premier Line itself can be designed to be pressure-resistant, since the pressure pulsations be attenuated other than by volume elasticity. This is it is possible to achieve a high degree of efficiency of the respective overall system.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENSUMMARY THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.in the The invention is described below with reference to the figures preferred embodiments further explained and described.

1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Leitung, längs derer sich Druckpulsationen fortpflanzen, die durch erfindungsgemäße Vorrichtungen gedämpft werden. 1 shows a schematic longitudinal section through a conduit along which pressure pulsations propagate, which are attenuated by devices according to the invention.

2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Drosselkörpers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 shows a first embodiment of a throttle body for use in the device according to the invention.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Drosselkörpers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 3 shows a second embodiment of a throttle body for use in the device according to the invention; and

4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Drosselkörpers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 shows a third embodiment of a throttle body for use in the device according to the invention.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt eine Leitung 1 eines Leitungssystems für eine Flüssigkeit 2. In der Flüssigkeit 2 breiten sich Druckpulsationen 3 in Richtung eines Pfeils 4 längs der Leitung 1 aus. Die Druckpulsationen 3 sind in 1 durch unterschiedliche Grautöne bei der Wiedergabe der Flüssigkeit 2 dargestellt. Die Darstellung der Flüssigkeit 2 in unterschiedlichen Grautönen ist im Bereich von zwei Drosselkörpern 5 ausgesetzt, die an festen, voneinander beabstandeten Orten in der Leitung 1 angeordnet sind. Die Drosselkörper 5 dienen zur Dämpfung der Druckpulsationen 3 durch aktive und passive Wirkmechanismen. Die Drosselkörper 5 bestehen jeweils aus einer Schraubenwendel 6, die koaxial in der Leitung 1 angeordnet ist, so dass ihre Schraubenachse 7 mit der Mittelachse der Leitung 1 zusammenfällt. Mit ihrem Außenumfang reichen die Schraubenwendeln 6 bis an den Innenumfang der Leitung 1 heran, wobei hier grundsätzlich auch ein Ringspalt belassen sein könnte. Die Schraubenwendeln 6 können unterschiedlich ausgestaltet sein und unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen. Die unterschiedliche Ausgestaltung der Schraubenwendeln 6 kann sich auf ihre Steigung, d.h. den axialen Abstand von zwei aufeinanderfolgenden Schraubengängen, die Anzahl der Schraubengänge, die Elastizität der Schraubenwendeln in Bezug auf eine Veränderung ihrer Steigung, ihren Außenumfang, insbesondere in Bezug auf den Innenumfang der Leitung 1, ihren eigenen Innenumfang und die Anordnung etwaiger Sensoren und/oder Aktuatoren an der Schraubenwendel, um deren Steigung aktiv zu verändern bzw. zu erfassen, beziehen. 1 shows a line 1 a conduit system for a liquid 2 , In the liquid 2 Pressure pulsations spread 3 in the direction of an arrow 4 along the line 1 out. The pressure pulsations 3 are in 1 by different shades of gray when playing the liquid 2 shown. The representation of the liquid 2 in different shades of gray is in the range of two throttle bodies 5 suspended at fixed, spaced locations in the conduit 1 are arranged. The throttle body 5 serve to damp the pressure pulsations 3 through active and passive mechanisms of action. The throttle body 5 each consist of a helical coil 6 coaxial in the pipe 1 is arranged so that its screw axis 7 with the central axis of the pipe 1 coincides. With their outer circumference, the helices extend 6 to the inner circumference of the pipe 1 approach, whereby in principle also an annular gap could be left. The helices 6 can be configured differently and have different functionalities. The different design of the helices 6 may be due to their pitch, ie the axial distance of two successive flights, the number of flights, the elasticity of the helices with respect to a change in their pitch, their outer circumference, in particular with respect to the inner circumference of the conduit 1 , their own inner circumference and the arrangement of any sensors and / or actuators on the helical coil to actively change the slope or relate relate.

Jede der Schraubenwendeln 6, von denen auch nur eine oder mehr als zwei hintereinander in der Leitung 1 angeordnet sein können, kann beispielsweise die in 2 dargestellte Form aufweisen. Durch schraubenförmige Linien 8 entlang der Schraubenwendel 6 ist in 2 angedeutet, dass der Begriff Schraubenwendel alle Körper bezeichnen soll, die durch schraubenförmige Linienelemente darstellbar sind. Auf einer realen Schraubenwendel sind die Linien 8 nicht zu sehen. Die Schraubenwendel 6 gemäß 2 umfasst zwei Schraubengänge, d.h. die Linien 8 laufen zweimal um die Schraubenachse 7 um. Dabei ist die Schraubenwendel 6 seelen- und wellenlos, d.h. in einer Projektion in Richtung ihrer Schraubenachse 7 deckt sie die gesamte Fläche innerhalb ihres Außenumfangs ab, ohne dass ein Freiraum im Bereich der Schraubenachse 7 verbleibt, und es ist hier auch keine durchgehende Welle in Form eines einen solchen Freiraum füllenden Zylinderabschnitts vorgesehen. Die Schraubenwendel 6 gemäß 2 kann eine feste Steigung aufweisen, die sich unter Einwirkung der Druckpulsation 3 gemäß 1 nicht ändert. Dennoch resultiert auch dann ein Dämpfungseffekt der Schraubenwendel 6 gemäß 2 auf die Druckpulsationen 3 gemäß 1, indem der Flüssigkeit 2 beim schnellen Durchströmen der Schraubenwendel 6 in axialer Richtung ihrer Schraubenachse 7 ein Drall verliehen wird.Each of the helices 6 , of which only one or more than two consecutively in the line 1 can be arranged, for example, the in 2 have shown shape. By helical lines 8th along the helix 6 is in 2 indicated that the term helical coil is to denote all bodies that can be represented by helical line elements. On a real helix are the lines 8th not to be seen. The helical coil 6 according to 2 includes two screw threads, ie the lines 8th Run twice around the screw axis 7 around. Here is the helical coil 6 soulless and wave-less, ie in a projection in the direction of its screw axis 7 It covers the entire surface within its outer circumference, without leaving a free space in the area of the screw axis 7 remains, and there is also no continuous wave in the form of such a clearance filling cylinder portion provided. The helical coil 6 according to 2 may have a fixed slope, which is under the action of pressure pulsation 3 according to 1 does not change. Nevertheless, even then results in a damping effect of the helical coil 6 according to 2 on the pressure pulsations 3 according to 1 by adding the liquid 2 during rapid flow through the helix 6 in the axial direction of its screw axis 7 a twist is awarded.

Die in 3 dargestellte Schraubenwendel 6 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 2 dadurch, dass sie eine Seele 11, d.h. einen Freiraum im Bereich um die Schraubenachse 7 aufweist. Hier kann entweder eine freie Durchströmung der Schraubenwendel 6 in der axialen Richtung ihrer Schraubenachse 7 erfolgen, oder es wird hier beispielsweise ein Linearaktuator koaxial zu der Schraubenachse 7 angeordnet, mit dem der Abstand zwischen den Enden der Schraubenwendel 6 veränderbar ist, um ihre Steigung längs der Schraubenachse 7 zu verändern. Hierzu ist die Schraubenwendel 6 zumindest so elastisch auszubilden, dass sie von dem Linearaktuator verformt werden kann. Die Elastizität der Schraubenwendel 6 kann zudem so ausgelegt werden, dass sie ihre Steigung passiv unter dem Einfluss der Druckpulsationen 3 gemäß 1 ändert. Auch hierdurch kann ein Dämpfungseffekt auf die Druckpulsationen 3 erzielt werden. Wenn der Schraubenwendel 6 ein Aktuator parallel geschaltet ist, ist auch dessen Steifigkeit bei einer Betrachtung der Steifigkeit der Schraubenwendel 6 einzubeziehen. Je nach Ausführung dieses Aktuators kann er zugleich als Sensor für die auf die Schraubenwendel 6 aufgrund der Druckpulsationen 3 gemäß 1 einwirkenden äußeren Kräfte dienen, wozu er die passiven Änderungen der Steigung der Schraubenwendel erfasst.In the 3 illustrated helical coil 6 differs from the one according to 2 by being a soul 11 ie a free space in the area around the screw axis 7 having. Here can either a free flow of the helical coil 6 in the axial direction of its screw axis 7 take place, or it is here, for example, a linear actuator coaxial with the screw axis 7 arranged, with which the distance between the ends of the helix 6 is changeable to its pitch along the screw axis 7 to change. For this purpose, the helical coil 6 at least so elastic form, that it can be deformed by the linear actuator. The elasticity of the helix 6 can also be designed to passively increase its slope under the influence of pressure pulsations 3 according to 1 changes. This can also be a damping effect on the pressure pulsations 3 be achieved. If the helical coil 6 An actuator is connected in parallel, is also its rigidity in a consideration of the stiffness of the helical coil 6 included. Depending on the design of this actuator, it can also act as a sensor for the screw coil 6 due to the pressure pulsations 3 according to 1 acting external forces, for which he detects the passive changes in the pitch of the helical coil.

4 zeigt eine Ausführungsform der Schraubenwendel 6, die sich von derjenigen gemäß 2 dahingehend unterscheidet, dass sie in Teilbereichen 9 mit piezoelektrischer Keramik 10 beschichtet ist. Die auf der Schraubenwendel 6 zur Orientierung wiedergegebenen Hilfslinien sind auch hier nicht real. Die Beschichtung aus piezoelektrischer Keramik 10 bildet sowohl Sensoren für eine passive Verformung der Schraubenwendel 6 aufgrund der Druckpulsationen 3 gemäß 1, als auch Aktuatoren aus, um die Druckpulsationen 3 durch mit der Schraubenwendel 6 erzeugte sekundäre Druckschwankungen destruktiv zu überlagern. Mit der Schraubenwendel 6 können sekundäre Druckschwankungen erzeugt werden, indem durch Ansteuerung der piezoelastischen Keramiken 10 die Steigung der Schraubenwendel 6 zu bestimmten Zeitpunkten und mit bestimmter Geschwindigkeit willkürlich verändert wird. Eine hier nicht dargestellte Steuerung kann den richtigen Zeitpunkt für die sekundären Druckschwankungen aus den passiven Deformationen der Schraubenwendel 6 aufgrund der auftreffenden Druckpulsationen ermitteln, die von der piezoelektrischen Keramik 10 erfasst werden. Es versteht sich, dass bei der Ausführungsform der Schraubenwendel 6 gemäß 4 die Elastizität der Schraubenwendel auf die zu erwartenden Druckpulsationen 3 und den Arbeitsbereich der piezoelektrischen Keramik 10 abzustimmen ist. 4 shows an embodiment of the helical coil 6 that differ from the one according to 2 in that it is divided into subareas 9 with piezoelectric ceramic 10 is coated. The on the helical coil 6 for orientation played auxiliary lines are not real here. The coating of piezoelectric ceramic 10 forms both sensors for passive deformation of the helical coil 6 due to the pressure pulsations 3 according to 1 , as well as actuators off to the pressure pulsations 3 through with the helical coil 6 destructively superimposed secondary pressure fluctuations. With the helical coil 6 Secondary pressure fluctuations can be generated by controlling the piezoelectric ceramics 10 the pitch of the helix 6 is arbitrarily changed at certain times and at a certain speed. A control not shown here can be the right time for the secondary pressure fluctuations from the passive deformations of the helical coil 6 due to the impinging pressure pulsations determined by the piezoelectric ceramic 10 be recorded. It ver it turns out that in the embodiment of the helical coil 6 according to 4 the elasticity of the helical coil on the expected pressure pulsations 3 and the working range of the piezoelectric ceramic 10 to vote.

Die Anzahl der Schraubengänge der Schraubenwendel 6, die in den 2 bis 4 jeweils mit zwei dargestellt ist, kann auch größer und kleiner als zwei sein. Sie sollte aber in jedem Fall deutlich größer als eins sein. Bei einer Anzahl von mehr als fünf Schraubengängen wird der Wirkungsgrad der Schraubenwendeln beim Dämpfen, d.h. Reduzieren von Druckpulsationen verglichen mit dem mit ihnen einhergehenden erhöhten Strömungswiderstand deutlich schlechter.The number of screw threads of the helix 6 that in the 2 to 4 each represented by two, may also be larger and smaller than two. It should, however, be significantly larger than one in any case. With a number of more than five flights, the efficiency of the helixes in damping, ie reducing pressure pulsations compared to the associated increased flow resistance significantly worse.

Während in 1 nur der Fall dargestellt ist, dass Druckpulsationen 3 von einer Seite auf die Schraubenwendel 6 treffen, hängt deren Funktion im Fall einer Abstützung an der Leitung 1 in der Mitte ihrer Länge längs ihrer Schraubenachse 7 in keiner Weise von der Richtung ab, aus der die Druckpulsationen kommen. Die Schraubenwendeln 6 können somit auch zur Reduzierung von Druckpulsationen verwendet werden, die von beiden Seiten her auf sie auftreffen. Dies gilt sowohl in Bezug auf ihre passive als auch auf ihre aktive Wirkungsweise.While in 1 only the case is shown that pressure pulsations 3 from one side to the helix 6 their function depends in the case of a support on the line 1 in the middle of their length along their screw axis 7 in no way from the direction from which the pressure pulsations come. The helices 6 Thus, they can also be used to reduce pressure pulsations impinging on them from both sides. This applies both in terms of their passive as well as their active mode of action.

11: Leitungmanagement
22: Flüssigkeitliquid
33: Druckpulsationpressure pulsation
44: Pfeilarrow
55: Drosselkörperthrottle body
66: Schraubenwendelhelical coil
77: Schraubenachsescrew axis
88th: Schraubenliniehelix
99: Teilbereichsubregion
1010: Piezoelektrische Keramikpiezoelectric ceramics
1111: Seelesoul

Claims

Method for reducing pressure pulsations in a fluid-carrying line system, wherein a throttle body is arranged in a line of the line system, characterized in that the throttle body ( 5 ) a helical coil ( 6 ) whose screw axis ( 7 ) in the propagation direction of the pressure pulsations ( 3 ) in the line ( 1 ) and the several in the direction of its screw axis ( 7 ) has mutually spaced screw threads, wherein the helical coil ( 6 ) when projecting in the direction of its screw axis ( 7 ) covers at least a part of the surface within its outer circumference, and that an elasticity of the helical coil ( 6 ) is adjusted so that its slope due to the pressure pulsations ( 3 ) passively changed.

Method according to claim 1, characterized in that the pitch of the helix ( 6 ) is actively changed.

Method according to claim 2, characterized in that the pitch of the helical coil ( 6 ) is actively changed in response to the passive changes in its slope.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two helices ( 6 ) are arranged with a free distance between the helices one behind the other in the line.

Device for reducing pressure pulsations in a fluid-carrying line system, comprising at least one throttle body arranged in a line of the conduit system, characterized in that the throttle body ( 5 ) a helical coil ( 6 ) whose screw axis ( 7 ) coaxial to the line ( 1 ) and the several in the direction of its screw axis ( 7 ) has mutually spaced screw threads, wherein the helical coil ( 6 ) when projecting in the direction of its screw axis ( 7 ) covers at least a part of the surface within its outer circumference, and that an elasticity of the helical coil ( 6 ) is so large that its slope is variable by the pressure pulsations.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the helical coil ( 6 ) is soulless and undulating.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that at least one actuator is provided, with which the pitch of the helical coil ( 6 ) is changeable.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that at least one sensor is provided, with the changes in the pitch of the helical coil ( 6 ) are detectable.

Device according to one of claims 7 and 8, characterized in that the helical coil ( 6 ) at least in some areas with piezoelectric ceramic ( 10 ) is coated.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the line ( 1 ) is pressure resistant.