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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Vorsteuerungseinrichtung
zur Dämpfung
von Strömungspulsationen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
Axialkolbenmaschinen sind die Verdrängerkolben in Zylindern eines
Zylinderblocks geführt und
rotieren um die Welle der Maschine. Sie stützen sich dabei an einer Schrägscheibe
ab und führen
bei jeder Umdrehung einen vollständigen
Hub aus. Der Zylinderblock liegt mit seiner Kontaktfläche, welche die
Ein-/Auslassöffnungen
der Verdränger
enthält
an einer Ventilplatte an, die ihrerseits mittels zweier nierenförmiger Öffnungen
den Ein- und Auslass der Verdrängerkolben
steuert.
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Derartige
schlitzgesteuerte hydrostatische Kolbenmaschinen, die als Pumpe
oder Motor arbeiten können,
weisen eine erhebliche Volumenstrompulsation auf, die in erster
Linie nicht durch die kinematische Ungleichförmigkeit der Förderung
sondern durch den sog. Kompressionsvolumenstrom hervorgerufen wird.
Wird nämlich
infolge der Rotation eine Verdrängeröffnung (Blockniere)
mit der hochdruckseitigen Steueröffnung
(Hochdruckniere der Ventilplatte) verbunden, fließt kurzzeitig
umgekehrt zur eigentlichen Förderrichtung
ein Kompressionsvolumenstrom in den Verdrängerraum bis sich der dort herrschende
Druck an den der angeschlossenen Leitung angeglichen hat. Erst danach
fließt
der Volumenstrom entsprechend der kinematischen Verdrängung. Es
wird also bei jeder Umdrehung durch jeden der Verdränger ein
kurzzeitiger Einbruch im fließenden
Volumenstrom hervorgerufen.
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Die
Folge der periodisch auftretenden Volumenstromeinbrüche sind
Druckschwankungen im angeschlossenen Leitungssystem, die einerseits
zu Vibrationen mit entsprechender Geräuschabstrahlung führen, andererseits
aber auch auf die hydrostatische Kolbenmaschine selbst zurückwirken.
Besonders störend
sind diese Einbrüche,
wenn die Axialkolbenmaschine als Pumpe arbeitet, weil in diesem
Falle das zu komprimierende Volumen jedes Verdrängers beim Eintritt in den
Hochdruck relativ groß ist.
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Im
Motorbetrieb treten grundsätzlich
die gleichen Phänomene
auf, allerdings ist hierbei das Volumen im Verdrängerraum beim Anschluss an
die Hochdruckseite klein. Damit bleiben auch die aus der Kompression
resultierenden Spitzen im Volumenstrom vergleichsweise klein. Ein
großer
(De-)Kompressions-Volumenstrom tritt im Motorbetrieb dann auf, wenn
der Verdränger
am Ende des Arbeitshubs mit der Niederdruckseite verbunden wird.
Die Auswirkungen sind aber wegen des geringeren Druckniveaus hier
ebenfalls nicht so gravierend.
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Zur
Verringerung der Volumenstrompulsation sind aus dem Stand der Technik
verschiedene Ansätze
bekannt. Die gängigste
Methode ist die Verwendung von Vorsteuerkerben oder -bohrungen an den
Enden der nierenförmigen
Steueröffnungen.
Diese Vorsteueröffnungen
verbinden den Verdrängerraum über einen
kleinen, stark drosselnd wirkenden Querschnitt mit dem jeweiligen
Druckanschluss, verlangsamen die Druckangleichung und bauen so die Druckspitzen
ab (Ivantysyn, J. u. M.: „Hydrostatische Pumpen
und Motoren", Würzburg:
Vogel Buchverlag, 1993, S. 137 -151).
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Die
Maßnahme
der Vorsteuerkerben kann sich nur über wenige Winkelgrade erstrecken,
weil der Querschnitt danach drastisch aufgeweitet werden muss, wenn
man eine deutliche Drosselung des kinematischen Volumenstroms vermeiden
will. Tatsächlich
kann damit auch nur ein Optimum für eine enge Kombination der
Betriebsparameter Fördervolumen,
Drehzahl und Druck erreicht werden. Soll die hydrostatische Kolbenmaschine
auch bei anderen Parametern betrieben werden, was die Regel ist, dann
muss mit den Kerben ein Kompromiss gefunden werden, der allen relevanten
Betriebszuständen gleichermaßen gerecht
wird und weit vom möglichen Optimum
entfernt liegt.
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Es
wurde auch schon vorgeschlagen, den Kompressionsvorgang durch den
Verdrängerkolben selbst
bewirken zu lassen, d.h. den Verdrängerraum erst verspätet nach Überstreichen
eines Nichtförderwinkels
mit dem Hochdruck zu verbinden. Auch dieses Konzept kann nur für einen
Betriebspunkt zufriedenstellend realisiert werden. Der erforderlichen Nichtförderwinkel
kann je nach den Betriebsparametern in einem Bereich von 1° bis 25° variieren.
Daher bringt die Anwendung dieses Prinzips in den meisten Arbeitspunkten
entweder eine unvollständige
Kompression oder extreme Druckspitzen im Verdrängerraum mit sich. Solche Druckspitzen
lassen sich zwar durch den Einbau eines Rückschlagventils beseitigen,
das den Verdränger
im Bereich des Nichtförderwinkels
mit dem Hochdruck verbindet und den Verdrängerraum freigibt, sobald dort
der Druck höher
ist als im Anschluss. Aufgrund der extremen Beanspruchung des Rückschlagventils
und angesichts extremer Druckspitzen bei großen Fördervolumina hat diese Lösung kaum
Anwendung in der Praxis erlangt. Ein weiterer Nachteil dieses Prinzips
liegt darin, dass es nicht anwendbar ist auf Einheiten, die zumindest zeitweilig
auch im Motorbetrieb arbeiten, weil dann das Rückschlagventil nicht öffnen würde, mit
der Folge, dass der Verdrängerraum
erst verspätet
und nicht vollständig
gefüllt
werden könnte.
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Die
DE 197 06 114 A1 schlägt ein Vorkompressionsvolumen
vor. Hierbei ist ein Speicher vorgesehen, der über einen Verbindungskanal
im Bereich zwischen den Steuernieren in der Ventilplatte mündet und
den im Verdränger
herrschenden Druck an den an den an der Auslaßseite anstehenden Druck angleicht.
Das Befüllen
des Speicherelements erfolgt dabei in der Zeitspanne, in der der
Verdrängerraum über die
Blockniere und den Verbindungskanal mit der Hochdruckniere in Verbindung
steht.
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Ein
solches Vorkompressionsvolumen wird auch in der
DE 42 29 544 A1 vorgeschlagen.
In der Vorkompressionsphase wird aus einer Kammer schnell in den
jeweiligen Verdränger
ein Zusatzkompressionsvolumen entlassen, das anschließend langsamer, über einen
längeren
Zeitraum aus der Hochdruckseite wieder in die Kammer eingelassen
wird. Dies kann die Pulsation zwar erheblich verringern und wird
dem Ziel, im Verdrängerraum
kurzzeitig Druck aufzubauen, grundsätzlich gerecht. Der Verdrängerraum
lässt sich
damit allerdings nicht ganz auf den gleichen Druck wie in der Hochdruckniere bringen.
Nachteilig ist auch die Tatsache, dass die Vorsteuerkerbe nicht
mehr auf das Ziel sanften Druckaufbaus hin optimiert werden kann.
Vielmehr muss sie größer ausgestaltet
werden, um das Vorkompressionsvolumen wieder auf Druck zu bringen, bevor
der nächste
Verdrängerraum
mit diesem verbunden wird. In der Folge wird die Kraftanregung auf die
Schrägscheibenlagerung
stärker.
Daraus ergibt sich ein Zielkonflikt dergestalt, dass Verbesserungen bei
der Volumenstrompulsation Verschlechterungen bei der Kraftanregung
mit sich bringen.
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Aus
der Druckschrift
DE-OS 1 528
367 ist eine sowohl als Pumpe als auch Motor betreibbare hydraulische
Vorrichtung mit einer Ventilplatte bekannt, bei der im Umsteuerbereich
eine Bohrung vorgesehen ist, von der aus eine Leitung zur Auslassöffnung führt. In
dieser Leitung befindet sich ein Ventil, das über eine weitere Leitung mit
der Einlassöffnung verbunden
ist und durch den dort herrschenden Druck betätigt wird. Im Pumpbetrieb bleibt
das Ventil geschlossen und ohne Wirkung. Die dabei auftretende Vorverdichtung
wird als erwünscht
angesehen. Im Motorbetrieb, bei dem die Vorverdichtung und übermäßige Druckspitzen
vermieden werden sollen, öffnet
sich das Ventil unter dem jetzt einlassseitig höheren Druck, so dass sich die
Verhältnisse
im Auslass und im Zylinder rechtzeitig ausgleichen können.
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Eine
andere, ebenfalls ventilgesteuerte Einrichtung ist in der Druckschrift
DE 100 34 857 A1 beschrieben.
Sie umfasst eine Steuerplatte, in deren Umsteuerbereich eine Bohrung
mündet,
die über
einen Kanal mit der Hochdruckseite verbunden ist. In dieser Leitung
befindet sich eine vom Hochdruck gesteuerte Drossel, die ihrerseits
eine in der Leitung fest vorgegebene weitere Drossel nach Maßgabe des
Hochdrucks freigibt.
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Die
beschriebenen Vorschläge
bleiben letztlich unbefriedigend und/oder benötigen zusätzliche bewegliche Teile wie
Ventile und variable Drosseln.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Axialkolbenmaschine mit verbesserter
Vorsteuerung bereitzustellen.
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Die
Erfindung sieht hierzu mindestens einen Trägheitskanal vor, der eine Querschnittsfläche von weniger
als 3 mm2 aufweist und eine Länge von
wenigstens einem Achtel des Teilkreisumfangs hat, d.h. dass sich
der Trägheitskanal über wenigstens
45° erstreckt,
wenn er längs
der Ventilplatte in deren Umfangsrichtung geführt ist. Dabei verbindet der
Trägheitskanal
die Ventilöffnung
mit dem in sie einsteuernden Verdränger während einer bestimmten Zeitspanne,
bevor der Verdränger
im Zuge der Rotation des Zylinderblocks mit dem Anschluss verbunden wird,
so dass eine Angleichung der im Verdrängerraum und im Anschluss herrschenden
Drücke
erfolgt, die durch die Trägheit
der im Kanal befindlichen Ölsäule gesteuert
wird.
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Vorgeschlagen
wird also eine Begrenzung des maximalen Kompressionsvolumenstroms
durch Einbeziehung der Trägheit
einer in einem entsprechend dimensionierten Kanal stehenden Ölsäule. Der
maximale Kompressionsvolumenstrom tritt bei Verwendung von Vorsteuerkerben
in dem Augenblick auf, in dem der Verdrängerraum Verbindung zum Hochruckanschluss
erlangt. In diesem Moment hat die Druckdifferenz ihren maximalen
Wert. In der Vorsteuerkerbe kommt es augenblicklich zu einem sehr großen Kompressionsvolumenstrom,
weil aus verschiedenen, z. B. fertigungstechnischen Gründen eine
Vorsteuerkerbe nicht so fein ausgearbeitet werden kann, wie es für einen
sanften Druckaufbau nötig wäre. Die
Folgen sind nicht nur der eingangs erwähnte Einbruch in der Druckleitung
sondern auch eine extreme Beschleunigung der Ölteilchen in der fraglichen
Zone. Dies bringt einen vorzeitigen Verschleiß durch Kavitation und Erosion
sowie eine erhöhte
Geräuschentwicklung
mit sich.
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Wird
dagegen die Verbindung des Verdrängerraumes
mit der Hochdruckniere zunächst über eine
lange dünne
Leitung realisiert, dann kann trotz maximaler Druckdifferenz nicht
sofort der maximale Kompressionsvolumenstrom fließen, weil
zuerst die in der Leitung stehende Ölsäule beschleunigt werden muss.
Dieser Vorgang benötigt
aber eine gewisse Zeit, so dass der Kompressionsvolumenstrom erst danach
seinen maximalen Wert erreicht. Dann hat sich aber aufgrund des
in der Beschleunigungsphase bereits geflossenen Öls ein Gegendruck aufgebaut, so
dass der erste kritische Moment überwunden
ist. Die Druckänderungsgeschwindigkeit
vergleichmäßigt sich dadurch deutlich und ist zudem nicht mehr so
stark vom Druck in der Hochdruckniere abhängig. Erst nach dieser Vorsteuerungsphase
erfolgt im Zuge der Rotation des Zylinderblocks die eigentliche
Verbindung zur Hochdruckniere.
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Da
der Verdrängenaum
nicht hermetisch abgeschlossen ist, könnte unter bestimmten Betriebsparametern
auch eine gewisse Drucküberhöhung im
Verdrängerraum
in Kauf genommen werden. Diese würde
die Ölsäule in umgekehrter
Richtung beschleunigen und damit der Drucküberhöhung entgegenwirken.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind
in den Unteransprüchen
niedergelegt. So kann die Zeitspanne, in der die im Trägheitskanal
befindliche Ölsäule zur
Druckangleichung wirksam ist, mittels eines weiteren in die Ventilöffnung ein-
oder aussteuernden Verdrängers
bestimmt werden, der in den Verbindungsweg vom Verdränger über den
Trägheitskanal zur
Ventilöffnung
einbezogen ist. Auf diese Weise lässt sich der Winkel, über den
der Trägheitskanal wirksam
ist, verkürzen.
Außerdem
kann auf diese Weise beim Übergang
auf die Niederdruckseite der Druck im Verdrängerraum abgebaut werden, bevor die
eigentliche Verbindung hergestellt ist.
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Vorteilhaft
ist ferner, wenn für
den Vorsteuerungsvorgang mehrere Trägheitskanäle vorgesehen werden, die für jeweils
unterschiedliche Drehzahlbereiche optimiert sind.
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Erfindungsgemäß sind sowohl
für die
Hochdruck- als auch für
die Niederdruckseite jeweils ein oder mehrere Trägheitskanäle vorgesehen, die gleich ausgestaltet
sind, wenn die Einheiten im geschlossenen Kreis eingesetzt werden
sollen, bei denen die Hochdruckseite wechseln kann. Wechselt, wie
z. B. bei Pumpen für
den offenen Kreislauf, die Hochdruckseite nicht, können die
Trägheitskanäle genutzt
werden um den Druckwechselvorgang sowohl auf der Hochdruck- als
auch auf der Niederdruckseite jeweils für sich zu optimieren; dies
bedeutet in der Regel eine unsymmetrische Anordnung mit Kanälen, die
auf beiden Seiten ungleich gestaltet sind.
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Trägheitskanäle lassen
sich besonders vorteilhaft mit Vorsteuerkerben kombinieren. Deren Nachteil,
dass unmittelbar mit dem Einsetzen der Vorsteuerung der maximale
Volumenstrom auftritt, wird weitgehend beseitigt. Im übrigen bleiben
aber die Funktion sowie die Möglichkeiten,
durch Formgebung der Vorsteuerkerben die Eigenschaften des Triebwerks
zu beeinflussen, in vollem Umfang erhalten.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Herstellung von Trägheitskanälen in einer Axialkolbenmaschine
der beschriebenen An.
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Bevorzugt
lassen sich Trägheitskanäle dadurch
realisieren, dass sie spanend oder gusstechnisch als Nuten in die
Rückfläche der
Ventilplatte oder in die Auflagefläche der Ventilplatte im Endgehäuse eingebracht
werden, wobei die Ventilplatte und die Auflagefläche anschließend zur
Bildung druckfester Kanäle
miteinander verbunden werden.
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Vorteilhafterweise
können
die Kanäle
als Nuten auch in die radiale Mantelfläche der Ventilplatte eingebracht
werden, wobei die Mantelfläche
anschließend
durch Aufbringen, insbesondere durch Aufschrumpfen eines rohr- oder
ringförmigen
Bauteils, zur Bildung druckfester Kanäle verschlossen wird.
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Schließlich lassen
sich die Trägheitskanäle auch
als hochfeste Drähte
in einem Gussteil realisieren, wobei die Drähte nach der Erstarrung aus
dem Gussteil herausgezogen werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1:
eine Ventilplatte in Draufsicht auf die dem Zylinderblock zugewandte
Fläche;
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2: die Ventilplatte mit anliegenden Bohrungen
des Zylinderblocks (Blocknieren) in zwei den wirksamen Winkel des
Trägheitskanals
begrenzenden Stellungen;
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3: die Ventilplatte mit anliegenden Bohrungen
des Zylinderblocks bei Begrenzung des wirksamen Winkels durch Einbeziehung
eines weiteren, aussteuernden Verdrängers; und
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4:
eine Ventilplatte mit mehreren Trägheitskanälen zur Verringerung der Drehzahlabhängigkeit.
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Die 1 zeigt
die prinzipielle Ausgestaltung der Ventilplatte 1 einer
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
in Draufsicht auf die dem Zylinderblock zugewandte Kontaktfläche. Von
einer Stelle im Bereich der Totpunkte der Ventilplatte 1 werden
Trägheitskanäle 2 zur
jeweils in Drehrichtung des Zylinderblocks nachfolgenden Niere 3 gelegt.
Die Länge der
Leitungen und ihr Durchmesser bestimmen die Trägheit der darin eingeschlossenen Ölsäule. In
der gezeigten symmetrischen Anordnung ist die Ventilplatte 1 für Einheiten
im geschlossenen Kreis einsetzbar, bei denen die Hochdruckseite
wechseln kann. Wechselt, wie z.B. bei Pumpen für den offenen Kreislauf, die
Hochdruckseite nicht, reicht es ggfs. aus, nur den Trägheitskanal 2a vom
inneren Totpunkt zur nachfolgenden Hochdruckniere 3a vorzusehen. Niederdruckseitig
kann dann der Trägheitskanal 2b zur
entsprechenden Niere 3b ganz weggelassen oder dafür genutzt
werden, um auch den Druckwechselvorgang von Hoch- auf Niederdruck
zu optimieren. In diesem Falle werden dann die geometrischen Abmessungen
der Kanäle
beiderseits unterschiedlich ausfallen.
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Die
Methode der Trägheitskanäle lässt sich vorteilhaft
mit den an sich bekannten Vorsteuerkerben kombinieren, die in 1 an
den Enden der Ventilöffnungen 3a, 3b schematisch
dargestellt sind.
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In 2 ist das Zusammenwirken der Ventilplatte
mit den Öffnungen
der Verdränger
im Zylinderblock dargestellt. Der zeitliche Ablauf des Druckwechsels,
d.h. die Zeitspanne, über
die hinweg der Trägheitskanal
wirksam ist, wird durch den Winkelbereich bestimmt, in dem der Verdrängerraum
mit dem Trägheitskanal
verbunden ist. Der Winkelbereich ergibt sich durch die Größe der Blockniere,
die den Verdrängerraum
mit der Ventilöffnung
verbindet. In der in 2a gezeigten Stellung der Blockniere 4 beginnt gerade
diese Verbindung über
den Trägheitskanal wirksam
zu werden, wenn der Verdrängerraum
15,7° vor
dem inneren Totpunkt steht. In der in 2b dargestellten
Position, d.h. 16,2° hinter
dem inneren Totpunkt, wird die Verbindung über den Trägheitskanal beendet. Bis dahin
sind auch bereits die Vorsteuerkerbe bzw. die Ventilöffnung selbst
wirksam geworden.
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Wenn
es zur Optimierung des Druckwechselvorgangs erforderlich ist, die
Wirkung des Trägheitskanals
auf einen kleineren Winkel zu beschränken, kann dies durch eine
Anordnung nach 3 erreicht werden.
Hier ist zwar die Verbindung zwischen Trägheitskanal und Blockniere 4 des
umsteuernden Verdrängerraumes
im wesentlichen unverändert.
Der Trägheitskanal
wird aber sozusagen erst verspätet mit
dem Hochdruck verbunden, nämlich
durch die Blockniere 5 eines die Hochdruckniere verlassenden Verdrängerraumes.
In dem in 3a dargestellten Beispiel erfolgt
dies, wenn der zur Blockniere 4 gehörige Verdrängerraum 9,6° vor dem
inneren Totpunkt angelangt ist. In der in 3b gezeigten
Situation endet die Verbindung zwischen Blockniere 4 und Trägheitskanal
8,1 ° hinter
dem inneren Totpunkt. Der insgesamt wirksame Winkelbereich ist mit
17,7° nur noch
etwa halb so groß wie
in der Anordnung nach 2.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Anordnung ist in 3c zu
erkennen, welche die Blocknieren wenige Winkelgrade später zeigt.
Die Blockniere 5 ist immer noch mit dem Trägheitskanal,
jetzt aber über
die Blockniere 6 mit der Niederdruckseite verbunden. Damit
wird der Druck im zur Blockniere 5 gehörigen Verdrängerraum abgebaut, bevor dieser
regulär
mit dem Niederdruck verbunden wird.
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Das
zur Vorkompression des Verdrängerraums
erforderliche Ölvolumen
steigt linear mit der Druckdifferenz an. Ein Umsteuerungsverfahren
sollte diesem linearen Zusammenhang möglichst folgen, andernfalls
kann ein zufrieden stellendes Ergebnis nur für einen engen Variationsbereich
des Drucks erreicht werden. Bei der Verwendung von Vorsteuerkerben
wächst
der Volumenstrom nur mit der Wurzel des Drucks. Bei der trägheitsgesteuerten
Vorkompression ist dagegen die pro Zeiteinheit übertragene Menge in erster
Linie direkt proportional zur Druckdifferenz. Erst bei sehr hohen
Strömen
kommen überproportional
anwachsende Reibungsverluste zum Tragen. Die hier vorgeschlagene
trägheitsgesteuerte Vorkompresion
weist daher im Vergleich zu den bekannten Vorsteuerkerben eine erheblich
geringere Druckabhängigkeit
auf.
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Mit
der in der 4 dargestellten Weiterbildung
des vorgeschlagenen Prinzips lässt
sich auch die Abhängigkeit
der Vorkompressions-Wirkung von der Drehzahl stark reduzieren. Zu
diesem Zweck werden mehrere Trägheitskanäle 7, 8, 9 unterschiedlicher
hydraulischer Induktivität,
d.h. unterschiedlicher Trägheit
der eingeschlossenen Ölsäule vorgesehen.
Der Kanal 7 mit der höchsten
Induktivität
wird in Drehrichtung zuerst mit dem einsteuernden Verdränger verbunden,
im gezeigten Beispiel 10° vor dem
Totpunkt. Seine Induktivität
ist so eingestellt, dass der Druckaufbau bei einer Drehzahl von
1000 min-1 erst ca. 10° später stattfindet. Bei höheren Drehzahlen
wird in gleicher Zeit ein entsprechend größerer Winkel überstrichen,
so dass dieser Kanal 7 dann weitgehend wirkungslos bleibt.
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Der
nächste
Kanal 8 wird erst 5° vor
dem Totpunkt mit dem Verdrängerraum
verbunden. Seine Trägheit
ist so eingestellt, dass der Druckaufbau bei mittleren Drehzahlen
schon nach ca. 5° einsetzt.
Bei noch höheren
Drehzahlen ist dieser Kanal 8 ebenfalls praktisch wirkungslos,
bei geringen Drehzahlen leistet er zwar einen Beitrag zum Druckaufbau,
der jedoch vergleichsweise gering bleibt, weil die Wirkung dieses
Kanals zu spät
einsetzt. Dies lässt
sich mit einem dritten Kanal 9 und ggfs mit weiteren Kanälen fortsetzen,
die aufgrund weiter verringerter Trägheit und wegen der noch späteren Verbindung
mit dem Verdrängerraum
erst bei entsprechend höheren Drehzahlen
ihre Wirkung entfalten.
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Die
Wirkung des Trägheitskanals
ergibt sich aus der Trägheit
der eingeschlossenen Ölsäule und dem
Winkelbereich beziehungsweise der Zeitspanne, in der der Kanal die
wirksame Verbindung zwischen der Hochdruckniere und dem einsteuernden Verdrängerraum
bildet. Die Kenngröße, die
die Trägheit
charakterisiert, ist die hydraulische Induktivität. Sie ist proportional zum
Quotienten aus Länge
und Querschnittsfläche
des Kanals. Aus mehreren Gründen
kann dabei die Querschnittsfläche
nur in einem sehr kleinen Bereich variiert werden:
Erstens
lässt sich
auch bei sorgfältiger
Wartung und Pflege nie völlig
vermeiden, dass kleine Partikel durch das Hydrauliksystem gespült werden.
Um Funktionsbeeinträchtigungen
durch verstopfte Blenden und Bohrungen zu vermeiden, muss daher
der Durchmesser im kleinsten Strömungsquerschnitt mindestens
ca. 0,5 mm bis 0,7 mm betragen. Für lange Kanäle ist dieser Wert eher höher anzusetzen,
um das Herausspülen
eingetragener Partikel sicher zu gewährleisten.
Zweitens ist
die im Kanal eingeschlossene Ölsäule schwingungsfähig. Für eine einwandfreie
Funktion muss daher eine entsprechende Dämpfung vorgesehen werden. Diese
kann durch eine Abschlussblende erfolgen, was aber zusätzlichen
fertigungstechnischen Auswand bedeutet. Einfacher ist es, die Dämpfung durch
die Seitenwandreibung innerhalb des Trägheitskananls zu bewirken.
Dies bedeutet, dass der Querschnitt des Kanals nicht beliebig groß gemacht
werden kann.
Drittens ist zu berücksichtigen, dass der hydraulische Widerstand
einer Rohrleitung und damit die vorerwähnte Dämpfungswirkung proportional
zur Länge aber
in der vierten Potenz zum Kehrwert des Durchmessers ist. Um hier
den Einfluss von Fertigungstoleranzen gering zu halten, muss der
Durchmesser innerhalb des erlaubten Bereichs möglichst groß gewählt werden.
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Um
eine vorgegebene Induktivität
zu erreichen, steht aufgrund dieser Randbedingungen nur ein sehr
geringer Spielraum zur Variation von Länge und Durchmesser des Trägheitskanals
zur Verfügung.
Rechnungen an einem 75 ccm Triebwerk ergaben, dass ein nennenswerter
Effekt ab einer Länge des
Trägheitskanals
von ca. 30 mm zu erreichen ist. Bei dem für dieses Triebwerk geltenden
Teilkreisdurchmesser von 80 mm bedeutet dies, dass sich der Kanal
wenigstens 45° in
Umfangsrichtung der Ventilplatte erstrecken muss. Bei anderen Baugrößen verändert sich
zwar der Teilkreisdurchmesser, gleichzeitig aber auch der typische
Drehzahlbereich, so dass das 45°-Kriterium
etwa bestehen bleibt. Die gewünschte
Dämpfungswirkung
lässt sich
nur erreichen, wenn der Durchmesser des Kanals unter 2 mm liegt
bzw. die Querschnittsfläche
weniger als 3 mm2 beträgt.