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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit reduzierter Druckpulsation.
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Axialkolbenpumpen
saugen bei einer Drehbewegung einer Zylindertrommel eine Hydraulikflüssigkeit,
meist Öl, aus einer Niederdrucköffnung einer Steuerplatte
in Zylinder und pressen bei einer weiteren Drehung der Zylindertrommel
die Hydraulikflüssigkeit in eine Hochdrucköffnung
der Steuerplatte. Jeder Zylinderkolben führt bei einer
kompletten Drehung der Zylindertrommel eine Hubbewegung aus. Durch
die ungleichmäßige kinematische Bewegung der Kolben
entsteht ein ungleichmäßiger Auslassdruck am Zylinderausgang.
Zudem wird vor dem Eintritt einer Verbindung mit dem Hochdruckbereich
oft dessen Druck in dem Zylinder nicht erreicht. Es kommt dort beim
Eintritt zu einer schlagartigen Druckerhöhung.
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Die Überlagerung
der Druckpulsation aller Zylinder in der Zylindertrommel führen
zu einer Druckpulsation in der Hochdruck führenden Arbeitsleitung.
Diese Druckpulsationen regen Körperschwingungen des Gehäuses
und der an der Arbeitsleitung angeschlossenen Systeme an und erzeugen so
ein hohes Maß an Körperschall.
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Im
Betrieb der Pumpe muss nach dem Umsteuern in die Hochdrucksteueröffnung
in jedem einzelnen Zylinderraum zunächst der Betriebsdruck
am Pumpenausgang erreicht werden, bevor der Kolben zu Volumenstromförderung
beiträgt. Dazu muss das Ölvolumen im Zylinderraum über
einen entsprechenden Umsteuerbereich komprimiert werden. Während der
Kompression liefert der Zylinder keinen Volumenstrom an die Hochdruckseite.
Bei größeren Druckunterschieden zwischen der Niederdruck-
und der Hochdrucksteueröffnung ist oft der Umsteuerbereich nicht ausreichend,
um den Druck in dem Zylinderraum auf das Betriebsdruck- oder Hochdruckniveau zu
komprimieren. Wird der Kolbenraum nach dem Durchfahren des Umsteuerbereichs
mit der Hochdruckseite verbunden, treten aufgrund des anstehenden
Druckunterschieds Volumenströme auf, die zu Vibrationen
und Geräuschentwicklungen führen.
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Zur
Minderung der Pulsation werden oft entweder Vorsteuerschlitze bzw.
Dämpfungsbohrungen in dem Umsteuerbereich der Steuerplatte
angebracht oder der Druck in den Zylinderräumen mittels
Speicherelementen im Umsteuerbereich auf den Betriebsdruck angehoben.
Die Verwendung von Vorsteuerschlitzen oder Dämpfungsbohrungen
hat jedoch den Nachteil, dass der Volumenstrom für die Druckangleichung
direkt der Hochdruckseite entnommen wird. Damit können
zwar größere Druckstöße vermieden
werden, die Möglichkeiten zur Minderung der Druckpulsation
sind jedoch stark eingeschränkt.
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Durch
ein Speicherelement wird der Volumenstrom zur Druckangleichung dagegen
nicht direkt der Hochdruckseite entnommen, sondern aus dem Speicherelement.
Dadurch kann der Druck in dem Zylinderraum angepasst werden, ohne
den Druck in der Hochdruck führenden Steueröffnung
zu reduzieren. Der Volumenstrom zum Aufladen des Speicherelements
hingegen kann über eine Drossel oder sonstige konstruktive
Auslegungen über längere Zeit verzögert
werden.
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Eine
solches Speicherelement ist in der deutschen Patentschrift
DE 197 06 116 C2 offenbart.
Das Speicherelement ist dabei über eine Bohrung in dem Umsteuerbereich
der Steuerplatte mit den über den Umsteuerbereich rotierenden
Zylinderöffnungen verbunden. Als Speicher werden entweder
hydropneumatische oder Speicher mit einem elastischen Element, welches
vorzugsweise aus Kunststoff besteht, verwendet.
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Nachteilig
an den aufgeführten hydropneumatischen Speicherelementen
ist, dass vor allem die nachgiebige Umwandung oder das Membranmaterial Alterungsprozessen
unterworfen sind und eine dauerhafte Lösung nur mit einem
höheren technischen Aufwand möglich ist. Darüber
hinaus nehmen diese Speicherelemente aufgrund der erforderlichen
Unterteilung in Öl- und Gasvolumen immer noch einen relativ
großen Bauraum in Anspruch. Ein ölgefüllter Raum
mit einem nachgiebigen Element muss ein sehr elastisches nachgiebiges
Element aufweisen. Im Stand der Technik gibt es jedoch noch keine
Erfahrungen mit solchen Kunststoffen mit einer guten Ölbeständigkeit
und einer von der Temperatur unabhängigen Kompressibiliät.
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Neben
den Methoden des Stands der Technik zur Vorkompression des Zylinderraums,
z. B. durch eine gedrosselte Verbindung mit der Hochdruckseite,
offenbart die amerikanische Patentschrift
US 3,199,461 eine Methode zur Dekompression
des Zylinderraums für den Fall eines zu hohen Drucks in dem
Zylinderraum. Als Dekompressionseinrichtung wird ein Feder-vorgespannter
Kolben genutzt, der von der Zylinderöffnung abgewandten
Seite mit dem Betriebsdruck der Hochdruckseite beaufschlagt ist. Die
Dekompressionseinrichtung ist über den Umsteuerbereich
und der Zylinderöffnung mit dem Zylinderraum verbunden.
Herrscht im Zylinderraum ein überhöhter Druck,
d. h. größer als der Betriebsdruck plus das Druckäquivalent
der Feder, verschiebt die in den Dekompressor fließende
Hydraulikflüssigkeit die Kolbenposition bis der Druck in
dem Zylinderraum dem des Betriebsdrucks plus das Druckäquivalent der
Feder entspricht. Durch diese Anordnung lässt sich jedoch
die Hydraulikflüssigkeit in dem Zylinderraum nicht vorkomprimieren,
da die Dekompressionseinrichtung immer auf der Kolbenrückseite
mit der Kraft der Feder und des Betriebsdrucks beaufschlagt wird.
Bei einer Dekompression des Zylinderraums wird genau so viel Druckmittel
hinter dem Kolben über die Verbindung zurück in
die Hochdruck führende Steueröffnung gedrückt,
wie aus dem Zylinderraum entnommen wurde. Die Dekompressionseinrichtung
funktioniert also ähnlich wie ein Vorsteuerschlitz oder
eine gedrosselte Verbindung, der oder die vor dem Verbinden des
Zylinderraums mit der Hochdruck führenden Steueröffnung
einen Druckausgleich mit der Steueröffnung erzielt. Eine vorteilhafte
Speicherwirkung tritt nicht auf.
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Die
Aufgabe ist es, eine Axialkolbenmaschine mit einer Einrichtung zur
Vorkompression zu schaffen, welche die Probleme des Stands der Technik
beseitigt. Das Speicherelement soll vor allem platzsparend, langlebig,
einfach und kostengünstig sein.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Axialkolbenmaschine
mit einer Steuerplatte und einer Zylindertrommel mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Die Steuerplatte weist eine erste und
zweite Steueröffnung auf, zwischen denen sich jeweils ein
Umsteuerbereich befindet. Die Zylindertrommel ist bezüglich
der Steuerplatte drehbar und weist mindestens einen Zylinderraum
auf, der unter Drehung der Zylindertrommel über eine Zylinderöffnung
abwechselnd mit der ersten und zweiten Steueröffnung verbunden
ist. Zusätzlich weist die Axialkolbenmaschine ein Speicherelement
auf, das mit dem Umsteuerbereich verbunden ist. Das Speicherelement
ist als Zylinder mit einem bewegbaren Kolben zur Begrenzung eines
veränderbaren Speichervolumens ausgebildet, wobei auf der
von der Zylinderöffnung abgewandten Seite des Kolbens nur
die Federkraft oder nur die Federkraft plus eine hydraulische Kraft
wirkt. Die hydraulische Kraft entsteht dabei nur durch den Druck
der Hochdruckseite auf eine reduzierte Querschnittsfläche
des Kolbens. Vernachlässigt werden dabei Kräfte,
die durch Atmosphärendruck erzeugt werden.
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Der
Vorteil eines solchen mechanischen Speicherelements ist die geringe
Einbaugröße und die lange Haltbarkeit.
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Die
Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Weiterführungen
der Axialkolbenmaschine.
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Es
ist vorteilhaft, die Zylinderöffnung in einem ersten Rotationszustand
mit dem veränderbaren Speichervolumen und in einem zweiten
Rotationszustand mit dem veränderbaren Speichervolumen
und der Hochdruck führenden Steueröffnung zu verbinden.
So kann in einem ersten Rotationszustand das Druckmittel in dem
Zylinderraum durch die Verbindung mit dem gefüllten Speicherelement
vorkomprimiert werden. Das durch die Vorkomprimierung zumindest
teilweise entleerte Speicherelement wird in einem zweiten Rotationszustand
durch die dann erzeugte Verbindung mit der Hochdruck führenden
Steueröffnung wieder mit Hydraulikflüssigkeit aufgeladen.
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Es
ist besonders vorteilhaft, dass, wenn der Kolben nur durch eine
Federkraft beaufschlagt ist, der durch die Speicherkolbenrückseite
abgetrennte Speicherrückraum druckentlastet ist, z. B.
durch eine Verbindungsleitung zu einem Tankvolumen. Dadurch herrscht
im Speicherrückraum immer der gleiche Druck, der Tankdruck,
und die durch den Atmosphärendruck erzeugte Kraft im Speicherrückraum
bleibt konstant.
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Zur
Begrenzung der Hubbewegung des Kolbens ist vorzugsweise an dem Kolben
ein Anschlag vorgesehen.
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Für
den zweiten Fall, wenn der Kolben zusätzlich durch eine
hydraulische Kraft beaufschlagt ist, ist es vorteilhaft, dass der
durch die Speicherkolbenrückseite abgetrennte Speicherrückraum
eine Aufnahmeausnehmung mit reduzierter Querschnittsfläche
aufweist, welche durch die Aufnahme eines Anschlags des Speicherkolbens
einen zweiten, abgedichteten Rückraum abschließt.
Wird dieser zweite Rückraum mit der Hochdruck führenden
Steueröffnung verbunden, so kann eine Feder geringerer
Kraft eingesetzt werden und die verlorene Hydraulikflüssgkeit
in der Steueröffnung beim Aufladen des Speicherelements über diese
Verbindung teilweise wieder zurückgegeben werden. Weist
diese Verbindung weiterhin eine Drossel auf, wird das Speicherelement nur
langsam aufgeladen und ein plötzlicher Druckabfall durch
den Aufladevorgang wird vermieden. Damit wird eine besonders gute
Pulsationsminderung erreicht.
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Zusätzlich
ist es vorteilhaft, dass die Federkraft aus einem Federpaket mit
einer langen und einer kurzen Feder besteht. Dadurch wird der ausgefahrene
Kolben nur noch mit der Kraft der langen, schwächeren Feder
beaufschlagt und der Kolben schlägt weicher an.
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Die
Vorspannung der kürzeren Feder kann dabei bei einer weiteren
vorteilhaften Ausführung einstellbar sein. Dadurch lässt
sich die Vorkomprimierung des Zylinderraums an den jeweiligen Betriebszustand
anpassen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Darstellungen an
einem Ausführungsbeispiel und Ausführungsformen
beispielhaft näher erläutert. Übereinstimmende
Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen. Es zeigen:
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1 eine
schematisch Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Steuerplatte und des Speicherelements der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine in einem ersten Rotationszustand;
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2 eine
schematisch Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Steuerplatte und des Speicherelements der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine in einem zweiten Rotationszustand;
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3 eine
schematisch Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Steuerplatte und des Speicherelements der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine; und
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4 eine
vereinfachte Darstellung einer Axialkolbenmaschine zur Erläuterung
von deren Funktion.
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Bevor
eine konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine erläutert wird, soll zunächst
deren prinzipieller Aufbau anhand der 4 erläutert
werden.
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Die
Axialkolbenmaschine 40 umfasst eine Triebwelle 41, über
die eine drehfest mit der Triebwelle 41 verbundene Zylindertrommel 42 innerhalb des
Gehäuses der Axialkolbenmaschine 40 gedreht werden
kann. In der Zylindertrommel 42 sind über einen
Umfang verteilt mehrere sich in Längsrichtung erstreckende
Zylinderbohrungen 44 ausgebildet. In den Zylinderbohrungen 44 sind
jeweils Kolben 45 längsverschieblich angeordnet.
Die Kolben 45 stützen sich an einer nicht dargestellten
Schrägscheibe ab und führen somit bei einer Drehung
der Triebwelle 41 und damit der Zylindertrommel 42 eine
Hubbewegung in dem jeweiligen Zylinderraum aus. Auf der von der
Schrägscheibe abgewandten Seite sind die Zylinderbohrungen 44 zur
Stirnseite der Zylindertrommel 42 hin über jeweils
eine Öffnung 7 offen. Die Öffnungen 7 stehen
mit einem ersten oder einem zweiten Arbeitskanal 46, 47 bei
einer Drehung der Zylindertrommel 42 wechselweise in Kontakt.
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Die
Arbeitskanäle 46 und 47 sind in einem ein
Gehäuse der Axialkolbenmaschine 40 verschließenden
Steuerdeckel 48 ausgebildet. Zwischen dem Steuerdeckel 48 und
der Zylindertrommel 42 ist eine Steuerplatte 1 angeordnet,
die über Steueröffnungen 2, 3 verfügt,
die sich in nachfolgend noch gezeigter Weise entlang der durch die Öffnungen 7 beschriebenen
Kreisbahn erstrecken.
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Die
Steuerplatte 1 hat eine ebene Seite, mit der sie an dem
Steuerdeckel 48 dichtend anliegt. Die davon abgewandte Seite
steht mit einer Stirnfläche der Zylindertrommel 42 gleitend
dichtend in Kontakt. Die Stirnfläche der Zylindertrommel 42 und
die Geometrie der dieser Stirnfläche zugewandten Seite
der Steuerplatte 1 sind hierzu korrespondierend zueinander
ausgeführt.
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1 und 2 zeigen
die Steuerplatte 1, auch Steuerspiegel genannt, eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen
werden speziell Axialkolbenpumpen beschrieben. Die Steuerplatte 1 zeigt
die erste Steueröffnung 2 und die zweite Steueröffnung 3,
die mit einer Niederdruck- bzw. einer Hochdruckarbeitsleitung über
den Steuerdeckel 48 verbunden sind.
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Auf
der Steuerplatte 1 ist die dargestellte Zylindertrommel 42 drehbar
bezüglich der Steuerplatte 1 abgestützt.
Das Volumen der Zylinderräume wird durch die in den Zylinderbohrungen 44 bewegbaren Kolben 45 variiert. 1 und 2 zeigen
zwei Rotationspositionen einer exemplarischen Zylinderöffnung 7 bei
einer Drehung der Zylindertrommel 42.
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In
einer Axialkolbenpumpe 40 saugt ein Kolben 45,
dessen Zylinderraum über eine Zylinderöffnung 7 mit
der ersten Steueröffnung 2 der Niederdruckseite
in Verbindung steht, bei einer Drehung der Zylindertrommel 42 über
z. B. die erste Steueröffnung 2 Hydraulikflüssigkeit
in den sich vergrößernden Zylinderraum. Die Drehrichtung
ist in 1 und 2 durch einen Pfeil markiert.
Bei einer weiteren Drehung überstreicht die Zylinderöffnung 7 den
ersten Umsteuerbereich 4, in dem er den maximalen Hub,
d. h. das maximale Zylinderraumvolumen, erreicht. Nach Erreichen
des maximalen Hubs bewegt sich der Kolben 45 wieder in
entgegen gesetzter Richtung und komprimiert das enthaltene Hydrauliköl bis
zur ersten Verbindung der Zylinderöffnung 7 mit der
zweiten, Hochdruck führenden Steueröffnung 3. In 1 ist
im Umsteuerbereich 4 gestrichelt die Position der Zylinderöffnung 7 beim
Komprimieren des Hydrauliköls gezeigt.
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Bei
einer weiteren Rotation der Zylindertrommel 42 entsteht
eine Verbindung mit der zweiten Steueröffnung 2 und
das komprimierte Hydrauliköl wird aus dem sich durch den
Hub des Kolbens 45 verkleinernden Zylindervolumen in die
zweite Steueröffnung 3 gedrückt. Diese
ist mit einer nicht gezeigten Arbeitsleitung verbunden. Das unter
Hochdruck stehende Hydrauliköl wird über die Arbeitsleitung
zum Antreiben eines Motors oder sonstigen hydraulischen Verbrauchers
genutzt. Nach dem Beenden der vollständigen Rotation der
Zylindertrommel 42 saugt der Kolben 45 wieder
Hydrauliköl in den Zylinderraum, welches von dem Verbraucher
zurückkommt oder aus einem separaten Hydrauliköltank 21 stammt, über
die erste Steueröffnung 2 ein und der Prozess beginnt
von Neuem.
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Bei
geringen Schrägscheibenwinkeln, d. h. bei geringen Kolbenhüben,
und/oder bei einem großen Druckunterschied zwischen der
ersten und zweiten Steueröffnung 2, 3 und/oder
bei in Drehrichtung kurzen Umsteuerbereichen 4 genügt
die Länge des ersten Umsteuerbereichs 4 nicht,
um das Hydrauliköl in der Zylinderbohrung 44 auf
den Betriebsdruck in der zweiten Steueröffnung 3 zu
komprimieren. Deshalb wird der Umsteuerbereich 4 erfindungsgemäß über
eine Bohrung 6 in der Steuerplatte 1 und über eine
Hydraulikleitung 8 mit einem hydromechanischen Speicherelement 10 verbunden.
Die Bohrung 6 wird dabei so angebracht, dass die Zylinderöffnung 7 in
keinem Rotationszustand gleichzeitig mit der ersten Niederdruck
führenden Steueröffnung 2 und mit dem
Speicherelement 10 verbunden ist. Gleichzeitig ist die
Bohrung 6 so angebracht, dass sie in einem ersten Rotationszustand
eines Zylinderraums 44 nur die Zylinderbohrung 44 mit
dem Speicherelement 10 verbindet und dass sie in einem
zweiten Rotationszustand über die Zylinderöffnung 7 auch
mit der zweiten Steueröffnung 3 verbunden ist,
wie es in 2 dargestellt ist. Der erste Rotationszustand
sollte dabei so lange andauern, wie es nötig ist, das benötigte
Hydrauliköl des Speicherelements 10 in den Zylinderraum
zu entleeren. Dies kann durch die gezeigte nierenförmige
Geometrie der Öffnung 7 erreicht werden.
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Das
Speicherelement 10 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel
aus 1 und 2 durch einen in einer vorzugsweise
zylindrischen Gehäuseausnehmung 11 angeordneten,
bewegbaren Kolben 12 in zwei Kammern 15 und 16 getrennt.
Die erste Kammer 15 wird durch die Wände der Gehäuseausnehmung 11 und
die Fläche 18 des bewegbaren Kolbens 12 begrenzt
und steht über die gegenüber dem Kolben 12 in
die erste Kammer 15 mündende Verbindungsleitung 8 mit
dem Umsteuerbereich 4 in Verbindung. Die erste Kammer 15 bildet
das Speichervolumen. Die zweite Kammer 16, die sogenannte
Federkammer, weist eine Feder 13 auf, die den Kolben 12 gegen
den in der ersten Kammer 15 wirkenden Druck vorspannt.
Die Federkammer ist gegenüber dem Speichervolumen getrennt
und über die Leitung 20 mit dem Tankvolumen oder
Pumpengehäuse 21 verbunden, d. h. die Federkammer
ist druckentlastet. Dadurch herrscht unabhängig vom Speichervolumen
und vom Speicherdruck des Speicherelements 10 immer ein
konstanter Druck der Atmosphäre oder Pumpengehäusedruck
im Federraum 16. Die Kapazität des Speicherelements 10 kann durch
die Federsteifigkeit, die Kolbenfläche 18 und den
Kolbenhub konstruktiv festgelegt werden. Aufgrund der sehr kompakten
Bauweise kann ein solches Speicherelement 10 z. B. in eine
Anschlussplatte bzw. den Steuerdeckel 48 oder auch eine
Ventilzwischenplatte integriert werden.
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Der
Kolben 12 in dem Speicherelement 10 weist einen
natürlichen ersten Anschlag durch die Gehäuseausnehmung 11 des
Speicherelements 10 bei minimalen Speichervolumen und einen
zweiten Anschlag des Kolbens 12 bei maximalem Speichervolumen
auf. Der zweite Anschlag kann z. B. durch eine radiale Stufe des
Gehäuses im Bereich des Federraums gebildet werden. Alternativ
kann, wie in 1 und 2 gezeigt,
der Anschlag auch durch eine am Kolben 12 in den Federraum
gerichteten Fortsatz 12' bestimmter Länge realisiert
sein, wobei der Fortsatz bei maximalem Speichervolumen an der Gehäuseausnehmung 11 anschlägt.
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Vorzugsweise
wird anstatt einer Feder 13 ein Federpaket mit einer kurzen
und einer längeren Feder als den Kolben 12 vorspannendes
Element des Speicherelements 10 verwendet. Dadurch wirkt
kurz vor dem Erreichen des ersten Anschlags an der Gehäuseausnehmung 11 nur
noch die lange, schwächere Feder und der Anschlag geht
weicher vonstatten. Es tritt ein geringerer Verschleiß auf,
das Speicherelement 10 hält wesentlich länger
und es können günstigere Materialien für
den Kolben 12 verwendet werden. Zusätzlich ist
es vorteilhaft, die Länge der kürzeren Feder,
z. B. durch eine Schraube, verstellbar zu realisieren. Somit kann
die Steifigkeit des Federpakets 13 und somit die Kompressibilität
des Speicherelements 10 an die jeweiligen Betriebszustände
angepasst werden.
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Kurz
nach der Trennung der Zylinderöffnung 7 von der
ersten Steueröffnung 2, tritt die Zylinderöffnung 7 in
Kontakt mit der Bohrung 6 und befindet sich in dem oben
definierten ersten Rotationszustand 1. Kurz
vor dem ersten Rotationszustand herrscht im Speicherraum 15 des
Speicherelements 10 der Betriebsdruck der zweiten Steueröffnung 3. Wird
nun im ersten Rotationszustand die Zylinderbohrung 44 über
die Zylinderöffnung 7, die Bohrung 6 und
die Verbindungsleitung 8 mit dem Speicherraum 15 verbunden,
kommt es zu einem Druckausgleich zwischen dem Speicherraum 15 und
dem Zylinderraum. Aufgrund des Druckabfalls im Speichervolumen kommt
es zu einem Kräfteungleichgewicht zwischen der Federkraft
der Feder 13 und der Druckkraft auf die druckwirksame Fläche 18 und
es wird solange Druckmittel aus der ersten Kammer 15 in den
Zylinderraum 44 gedrückt, bis sich ein Druckgleichgewicht
einstellt. Es ist vorteilhaft, die Federkraft so einzustellen, dass
diese nahezu der Druckkraft des Betriebsdrucks in der zweiten Steueröffnung 3 auf
die Fläche 18 entspricht. Somit sorgt die Feder 13 für
eine Vorkomprimierung des Druckmittels in dem Zylinderraum auf etwa
den Betriebsdruck in der zweiten Steueröffnung 3.
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Dem
Fachmann ist klar, dass das Gesamtvolumen aus Speichervolumen und
Zylinderraum 44 gleichzeitig durch den Zylinderkolbenhub
und das Kräfteungleichgewicht am Federvorgespannten Kolben 12 verkleinert
wird. Die Kompressibilität des Speicherelements 10 muss
an Betriebsbedingungen, d. h. den Betriebsdruck in der zweiten Steueröffnung 3,
angepasst werden. Wie bereits beschrieben, kann die Kompressibilität
des Speicherelements 10 durch eine Verstellung der Vorspannung
der kleineren Feder des Federpakets 13 eingestellt werden.
Die Größenordnung des benötigten Speicherraumvolumens wird
durch die fehlende Komprimierung durch den Zylinderkolbenhub im
Umsteuerbereich 4 festgelegt.
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Kurz
vor dem zweiten Rotationszustand der Zylindertrommel 42 (2),
d. h. kurz vor der Verbindung der Zylinderöffnung 7 mit
der zweiten Steueröffnung 3, herrscht in dem Zylinderraum
der durch die Feder 13 bzw. das maximal zur Verfügung
stehende Speichervolumen festgelegte Druck, der optimaler Weise
nahezu dem Betriebsdruck in der zweiten Steueröffnung 3 entspricht.
Entsteht nun die Verbindung der Zylinderbohrung 44 über
die Zylinderöffnung 7 mit der zweiten Steueröffnung 3,
wie es in 2 dargestellt ist, so kommt
es nicht mehr zu einem größeren Druckeinbruch
in der zweiten Steueröffnung 3. Druckpulsationen
ausgehend von der zweiten Steueröffnung 3 und
sich ausbreitend in der Arbeitsleitung werden so vermieden. Das
Hydrauliköl des Zylinderraums kann bei konstantem Druck
bei Rotation der Zylindertrommel 42 über die zweite Steueröffnung 3 in
die Arbeitsleitung gepumpt werden.
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In
dem zweiten Rotationszustand wird über die Steueröffnung 7,
die Bohrung 6 und die Verbindungsleitung 8 auch
der Speicherraum 15 mit der zweiten Steueröffnung 3 verbunden.
Da die Federkraft der Feder 13 einem Druckäquivalent
unterhalb des Betriebsdrucks der zweiten Steueröffnung 3 entspricht,
wird in dem zweiten Rotationszustand der Zylindertrommel 42 die
erste Kammer 15 mit Hydrauliköl gefüllt,
da die Druckkraft im Speichervolumen 15 größer
ist als die Federkraft auf den Kolben 12 an dessen Rückseite.
Der Speicherraum 15 wird vorzugsweise solange befüllt,
bis ein maximales Speichervolumen erreicht ist, d. h. der zweite
Anschlag des Kolbens 12 erreicht ist, oder der Druck in
der ersten Kammer 15 dem Druck der Hochdruckseite angeglichen
ist, oder die Verbindung des Speicherraums 15 mit der zweiten
Steueröffnung 3 durch Weiterrotation der Zylindertrommel 42 beendet
wird. So wird das Speicherelement 10 wieder befüllt,
um den nächsten Zylinder 45 in der Zylindertrommel 42,
der über den Umsteuerbereich 4 streichen wird,
vorzukomprimieren.
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3 stellt
ein zweites Ausführungsbeispiel des Speicherelements 30 der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 40 dar.
Gleiche Elemente der Axialkolbenmaschine 40 werden mit
den entsprechenden Referenzzeichen aus 1 und 2 bezeichnet
und werden nicht noch einmal beschrieben.
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Das
Speicherelement 30 ist weiterhin durch den Kolben 12 in
eine erste Kammer 15 und eine druckentlastete zweite Kammer 16' aufgeteilt.
Die Gehäuseausnehmung 11 weist gegenüber
der Mündung der Verbindung 8 mittig eine weitere
zylindrische Aufnahmeausnehmung 33 mit einer im Vergleich
zu der Gehäuseausnehmung 11 im Bereich der ersten
Kammer 15 und der zweiten Kammer 16' reduzierten
Querschnittsfläche auf. Die Aufnahmeausnehmung 33 nimmt
den Fortsatz 12' auf und bildet eine in der Aufnahmeausnehmung 33 durch
die Stirnfläche 19 des Fortsatzes abgegrenzte
dritte Kammer 17 aus. Der Fortsatz 12' ist gedichtet
in der Aufnahmeausnehmung 33 gleitend geführt,
so dass die weiterhin druckentlastete Federkammer gegenüber
der dritten Kammer 17 abgetrennt ist und in der Federkammer
nur Atmosphärendruck oder Pumpengehäusedruck wirkt.
Die Stirnfläche 19 entspricht der Querschnittsfläche
der Aufnahmeausnehmung 33.
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Die
dritte Kammer 17 ist über eine Verbindungsleitung 31 mit
der zweiten Hochdruck führenden Steueröffnung 3 verbunden.
Dadurch herrscht in der dritten Kammer 17 der Betriebsdruck
der zweiten Steueröffnung 3 und die Feder 13 oder
das entsprechende Federpaket kann um so viel weicher und kürzer
ausgeführt sein, dass die Federkraft um die Druckkraft
des Betriebsdrucks auf die druckwirksame Fläche 19 reduziert
wird. Dies hat den Vorteil, dass die Baulänge des Speicherelements 30 weiter
verkürzt werden kann. Zusätzlich ergibt sich der
Vorteil, dass sich die Beaufschlagung des Kolbens 12 mit
einer Vorspannkraft in dem Speicherelement 30 proportional
zu dem Betriebsdruck einstellt. Wichtig ist dabei, dass die druckwirksame
Fläche 19 in der dritten Kammer 17 gegenüber
der druckwirksamen Fläche 18 reduziert ist, um
weiterhin ein Aufladen des Speicherelements 30 im zweiten
Rotationszustand eines jeden Zylinders zu garantieren.
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Diese
Ausführung hat auch den Vorteil, dass bereits vor dem zweiten
Rotationszustand, d. h. vor der Verbindung der Zylinderbohrung 44 mit
der zweiten Steueröffnung 3, ein geringer Volumenstrom
aus der zweiten Steueröffnung 3 in die dritte
Kammer 17 fließt. Somit wird der Druck in der
zweiten Steueröffnung 3 in Vorbereitung auf die
Verbindung mit dem etwas niedriger bedrückten Zylinderraum
geringfügig und vor allem langsam reduziert. Dadurch werden selbst
die kleinen noch auftretenden plötzlichen Druckänderungen
teilweise ausgeglichen. In dem zweiten Rotationszustand der Zylindertrommel 42 wird
die entnommene Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Steueröffnung 3 zum
Füllen des Speichervolumens in geringem Maße mit
dem aus der dritten Kammer 17 zurückfließenden
Hydraulikölvolumen ausgeglichen. Auch dadurch wird selbst
der geringe plötzliche Druckabfall in der zweiten Steueröffnung 3 durch
das Auffüllen des Speicherelements 30 noch reduziert.
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Vorzugsweise
wird an der Verbindungsleitung 31 zwischen der dritten
Kammer 17 und der zweiten Steueröffnung 3 eine
Drossel 32 angebracht. Durch diese Drossel 32 werden
die Volumenströme aus der zweiten Steueröffnung 3 in
die Speicherkammer 15 verlangsamt, da das Hydrauliköl
nur langsam aus der dritten Kammer 17 in die zweite Steueröffnung 3 zurückfließen
kann. Der Kolbenhub in dem Speicherelement 30 wird ebenfalls
verlangsamt.
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Gewichtskräfte
und Reibungskräfte in dem Speicherelement 10 bzw. 30 können
gegenüber den wirkenden Kräften der Feder 13 und
den herrschenden Druckkräften vernachlässigt werden.
Kräfte durch den Normaldruck, wie sie z. B. im Federraum auf
den Kolben 12 wirken, werden in der Anmeldung nicht explizit
erwähnt.
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Die
Ausführungsbeispiele wurden für eine Axialkolbenpumpe
beschrieben, sind aber nicht beschränkt auf diese, sondern
können auch in allgemeinen verstellbaren hydrostatischen
Maschinen eingesetzt werden, indem das Speicherelement 10 oder 30 nur
im Pumpenbetrieb verbunden wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Merkmale der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine in vorteilhafter Weise kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19706116
C2 [0007]
- - US 3199461 [0009]