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Die Erfindung betrifft eine Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine mit zumindest einem Steuerniere-Zylinderbohrung-Übergang, welcher in eine Zylinderbohrung zur Aufnahme eines darin axial verschiebbaren Kolbens mündet.
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Aus der Druckschrift
DE 43 41 846 C1 ist eine hydrostatische Kolbenmaschine bekannt, welche eine Zylindertrommel aufweist, in der mindestens eine Zylinderbohrung ausgebildet ist, in der ein Kolben auf- und abbewegbar ist. Die Bewegung des Kolbens wird über eine Schrägscheibe gesteuert, an der sich der Kolben mit Hilfe eines Gleitschuhs abstützt. Die Zylindertrommel weist an der Stirnseite, aus der der Kolben nicht herausragt, eine Kontaktfläche auf, mit der die Zylindertrommel an einem Steuerspiegel anliegt. In dem Steuerspiegel sind zwei Steuernieren ausgebildet. Eine Steuerniere ist als Zulauföffnung ausgebildet während die andere Steuerniere als Ablauföffnung ausgebildet ist. In der Zylindertrommel ist zwischen der Zylinderbohrung und der Kontaktfläche auf der Stirnseite der Zylindertrommel, aus der der Kolben nicht herausragt, ein Niere-Zylinderbohrung-Übergang ausgebildet. Bei einer Drehung der Zylindertrommel um dessen Rotationsachse gleitet die Kontaktfläche der Zylindertrommel über eine gegenüberliegende Kontaktfläche des Steuerspiegels. Dabei verbindet der Niere-Zylinderbohrung-Übergang die Zylinderbohrung abwechselnd mit der Zulauföffnung, welche im Falle einer Pumpe mit einem Sauganschluss verbunden ist, und der Ablauföffnung, welche dann mit einem Druckanschluss verbunden ist. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung wird Hydraulikflüssigkeit über den Niere-Zylinderbohrung-Übergang in die Zylinderbohrung hinein gefördert. Während einer Aufwärtsbewegung hingegen wird Hydraulikflüssigkeit aus der Zylinderbohrung über den Niere-Zylinderbohrung-Übergang aus der Zylinderbohrung heraus gefördert. Die offenbarte Zylindertrommel hat den Nachteil, dass bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung nur relativ wenig Hydraulikflüssigkeit in die Zylinderbohrung gefördert wird. Somit kann bei gegebenem Schwenkwinkel der Schrägscheibe pro Umdrehung der Zylindertrommel nur relativ wenig Hydraulikflüssigkeit von einer Steuerniere zur anderen gefördert werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylindertrommel für hydrostatische Kolbenmaschinen zu schaffen, mit dem ein höherer volumetrischer Wirkungsgrad erzielt wird.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Zylindertrommel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Zylindertrommel für hydrostatische Kolbenmaschinen umfasst zumindest einen Niere-Zylinderbohrung-Übergang, welcher in eine Zylinderbohrung zur Aufnahme eines darin axial verschiebbaren Kolbens mündet. Der Niere-Zylinderbohrung-Übergang ist dabei senkrecht zur Strömungsrichtung stufenfrei und kantenfrei ausgebildet. Dadurch ist der Strömungswiderstand des Niere-Zylinderbohrung-Übergangs besonders gering. Ein dadurch strömungsoptimierter Niere-Zylinderbohrung-Übergang erlaubt einen schnelleren und energetisch weniger aufwändigen und somit günstigeren Hydraulikflüssigkeits- bzw. Druckmittelfluss durch den Niere-Zylinderbohrung-Übergang. Durch den herabgesetzten energetischen Aufwand beim Druckmitteltransport ist der energetische Wirkungsgrad einer die erfindungsgemäße Zylindertrommel verwendenden hydrostatischen Kolbenmaschine erhöht. Ein Druckmitteltransport in die bzw. aus der Zylinderbohrung über den strömungsoptimierten Niere-Zylinderbohrung-Übergang ist damit erleichtert. Auf diese Weise wird insbesondere beim Einfüllen von Druckmittel in die Zylinderbohrung, z. B. bei einem Ansaugen, ein höherer Füllgrad erreicht. Damit ist der volumetrische Wirkungsgrad des Auffüllprozesses der Zylinderbohrung bzw. einer die erfindungsgemäße Zylindertrommel verwendenden hydrostatischen Kolbenmaschine vorteilhaft erhöht.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylindertrommel dargestellt.
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Vorzugsweise ist die Zylindertrommel gesintert. Durch das Sintern ist z. B. durch eine nochmalige Anwendung hoher Drücke nach der Fertigung eine hohe Maßhaltigkeit oder z. B. die Einhaltung technischer Toleranzen bzw. Formtoleranzen möglich. Dadurch sind eine hohe Qualität und eine besonders vorteilhafte geometrische Form des strömungsoptimierten Steuerniere-Zylinderbohrung-Übergangs einfach herzustellen. Eine spanende Bearbeitung im Bereich des Übergangs von den Zylinderbohrungen zu den Zulauf-/Ablauföffnungen kann dann entfallen.
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Die Geometrie des Steuerniere-Zylinderbohrung-Übergangs ist so gewählt, dass die Krümmung der Begrenzungsflächen minimal wird. Insbesondere gibt es keinen ebenen Flächenbereich. Die Geometrie ist hierzu so gewählt, dass eine erste und eine zweite Schnittlinie des Steuerniere-Zylinderbohrung-Übergangs mit einer die Zylinderbohrungsachse beinhaltenden Ebene jeweils einen ersten Radius und einen zweiten Radius aufweisen. Die Mittelpunkte der zwei Radien sind auf unterschiedlichen Seiten der jeweiligen Schnittlinie ausgebildet, wobei zudem die beiden Radien unmittelbar ineinander übergehen. D. h., es gibt zwischen den beiden Radien keinen geradlinigen Streckenabschnitt der Schnittlinie, sondern der Übergang vom ersten in den zweiten Radius bildet einen Wendepunkt der Schnittlinie. Besonders bevorzugt sind die beiden Radien einer Schnittlinie auch jeweils gleich groß. Durch diese Ausgestaltung lässt sich bei minimaler Krümmung der Flächen nicht nur die Herstellung vereinfachen, insbesondere wenn die Zylindertrommel gesintert ist, sondern auch der Strömungswiderstand verringern.
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In Richtung auf eine Stirnseite der Zylindertrommel zu, welche in Richtung auf die Steuerplatte hin orientiert ist, geht der näher zur Stirnseite orientierte Radius jeder Schnittlinie in eine Tangente an den Radius über, welche parallel zur Zylinderbohrungsachse verläuft. Die Radien beginnen also etwas beabstandet von der in Anlage an der Steuerplatte befindlichen Stirnseite der Zylindertrommel. Ein solcher gerader Abschnitt verbessert den Strömungsübergang zwischen der Öffnung der Zylindertrommel und der Steuerniere der Steuerplatte.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Öffnung in der Zylindertrommel ebenfalls nierenförmig ist, und somit zwischen der Zylinderbohrung und der Steuerniere der Steuerplatte ein nierenförmiger Öffnungsabschnitt in der Zylindertrommel gebildet wird. Dieser nierenförmige Öffnungsabschnitt erstreckt sich entlang eines Umfangskreises um die Zylindertrommelachse, der vorzugsweise identisch mit dem Umfangskreis ist, auf dem die Zylinderbohrungen angeordnet sind. In radialer Richtung sind daher die nierenförmigen Öffnungsabschnitte etwa mittig in Bezug auf die Zylinderbohrungen angeordnet. In Umfangsrichtung dieses Umfangskreises ist die Längenerstreckung der nierenförmigen Öffnungsabschnitte so gewählt, dass hier ein geradliniger Übergang zwischen dem Öffnungsabschnitt und der Zylinderbohrung ausgebildet ist. In diesem Bereich sind folglich der erste und zweite Radius unendlich.
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Vorzugsweise besteht der Niere-Zylinderbohrung-Übergang aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Geometrie in axialer Richtung. Jeder Abschnitt kann jeweils zur Strömungsoptimierung des Niere-Zylinderbohrung-Übergangs geometrisch vorteilhaft ausgestaltet sein. Die Abschnitte werden vorzugsweise zur Strömungsoptimierung aufeinander abgestimmt.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Abschnitt als Kegel-Abschnitt oder als Ellipsoid-Abschnitt oder spezieller als Kugel-Abschnitt oder als Paraboloid-Abschnitt oder als Hyperboloid-Abschnitt ausgebildet. Durch die vorgeschlagenen geometrischen Ausgestaltungen der Abschnitte ist der Gestaltung von Abschnitten zur Strömungsoptimierung eine Vielfalt vorteilhafter Möglichkeiten gegeben. Durch Kombination mehrerer solcher besonders strömungsoptimierter Abschnitte kann ein besonders strömungsoptimierter Niere-Zylinderbohrung-Übergang mit einer allmählichen Anpassung des Strömungsquerschnitts erzielt werden. Beispielsweise kann die genaue geometrische Form eines Abschnitts und/oder des gesamten Niere-Zylinderbohrung-Übergangs an die Form der Zulauf- bzw. Ablauföffnung angepasst werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine Zylindertrommel aus dem Stand der Technik;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Zylindertrommel aus dem Stand der Technik;
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3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zylindertrommel;
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4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylindertrommel;
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5 einen Querschnitt durch einen Bereich einer Zylindertrommel aus dem Stand der Technik mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung;
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6 einen Querschnitt durch einen Bereich einer weiteren Zylindertrommel aus dem Stand der Technik mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung;
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7 einen Querschnitt durch einen Bereich einer erfindungsgemäßen Zylindertrommel mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung;
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8 einen Querschnitt durch einen Bereich einer weiteren erfindungsgemäßen Zylindertrommel mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung;
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9 einen weiteren Querschnitt durch den Bereich der weiteren erfindungsgemäßen Zylindertrommel in perspektivischer Darstellung; und
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10 eine Ansicht der zu einer Steuerplatte gewandten Stirnseite der Zylindertrommel zur Verdeutlichung der Geometrie der Öffnungsabschnitte.
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Die 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Zylindertrommel 1 aus dem Stand der Technik. Die dargestellte bekannte Zylindertrommel 1 weist einen Grundkörper 10, einen Hals 9 und einen den Hals 9 mit dem Grundkörper 10 verbindenden Hals-Grundkörper-Übergang 11 auf. Zur Aufnahme einer nicht dargestellten Antriebswelle sind in dem Grundkörper 10 eine rotationssymmetrische mittige Ausnehmung 6 und in dem Hals 9 eine Nabe 7 ausgebildet, welche koaxial und hintereinander entlang einer gemeinsamen Zylindertrommelachse 8 angeordnet sind. In dem Grundkörper 10 sind zudem ein Öffnungsabschnitt 4, der nierenförmig ausgebildet sein kann, ein zweiter Abschnitt 50 und eine Zylinderbohrung 2 koaxial und in der aufgezählten Reihenfolge aufeinanderfolgend entlang einer gemeinsamen Zylinderbohrung-Achse 3 angeordnet. Die Zylinderbohrungsachse 3 und die Zylindertrommelachse 8 sind dabei parallel angeordnet.
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Ein Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 verbindet den Öffnungsabschnitt 4 mit der Zylinderbohrung 2. Der Querschnitt der Zylinderbohrung 2 ist dabei größer als der des Öffnungsabschnitts 4. Die Zylinderbohrung 2 dient der Aufnahme eines nicht dargestellten Kolbens, welcher in der Zylinderbohrung 2 axial entlang der Zylinderbohrungsachse 3 verschiebbar ist. Der Kolben stützt sich dabei auf einen nicht dargestellten Gleitschuh ab, welcher sich wiederum gleitend auf einer nicht dargestellten Schrägscheibe abstützt. Bei der axialen Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung 2 wird je nach Richtung der axialen Bewegung des Kolbens Druckmittel durch den ersten Abschnitt 4 und den Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 in die Zylinderbohrung 2 hinein oder aus diesem heraus gefördert. Sowohl zwischen dem Öffnungsabschnitt 4 und dem zweiten Abschnitt 50 als auch zwischen dem zweiten Abschnitt 50 und der Zylinderbohrung 2 sind jeweils senkrecht zur Strömungsrichtung Stufen bzw. Kanten ausgebildet. Als Kanten werden in dieser Beschreibung Falten bzw. Flächenbereiche mit Krümmungsradius null oder zumindest sehr nahe bei null betrachtet. Die Stufen und Kanten sind eine Folge der spanenden Bearbeitung eines gegossenen Zylindertrommelrohlings.
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Die dargestellte bekannte Zylindertrommel 1 hat den Nachteil, dass der Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 nicht strömungsoptimiert ist. D. h., dass die Strömungsverhältnisse beim Druckmittelfluss durch den Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 aufgrund seiner geometrischen Ausgestaltung mit Stufen und Kanten ungünstig sind. Der Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 weist insbesondere aufgrund der senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Stufen ungünstige Drossel-Eigenschaften auf. Durch die Stufen bzw. Kanten wird in dem dargestellten Beispiel ein abrupter Übergang zwischen dem Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 und der Zylinderbohrung 2 gebildet. Ein strömendes Druckmittel kann sich nicht so ausbreiten, dass die Zylinderbohrung 2 vollständig und gleichmäßig mit Druckmittel gefüllt wird. Es bleibt ein erstes Vakuumvolumen 14 übrig, welches nicht mit Druckmittel gefüllt ist (siehe 5). Der Füllgrad der Zylinderbohrung 2 ist somit nach Beendigung des Druckmitteleinstroms relativ gering. Beim Entleeren der Zylinderbohrung 2 ist durch den abrupten Übergang in dem Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 dem Druckmittel eine besondere Hürde gegeben, welche zu einem Drosselwiderstand des Niere-Zylinderbohrung-Übergangs 5 führt. Durch die Drosselwirkung des Niere-Zylinderbohrung-Übergangs 5 kommt es zudem zu einer entsprechenden Wärmeentwicklung. Somit sind insgesamt sowohl der volumetrische Wirkungsgrad des Auffüllprozesses der Zylinderbohrung 2 als auch der energetische Wirkungsgrad der Druckmittelumsatz-Prozesse noch verbesserungsfähig.
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Der Einfachheit halber werden jeweils nur eine Zylinderbohrung 2 und der entsprechende Übergang 5 erläutert. Es ist jedoch selbstverständlich, dass sowohl bei einer Zylindertrommel 1 gemäß dem Stand der Technik als auch bei einer erfindungsgemäßen Zylindertrommel eine Mehrzahl solcher Anordnungen über den Umfang entlang eines Umfangkreises verteilt vorgesehen sind.
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In der 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Zylindertrommel 1 aus dem Stand der Technik dargestellt. Die dargestellte Zylindertrommel 1 entspricht der in der 1 dargestellten bekannten Zylindertrommel 1. In der 2 sind der Grundkörper 10, der Hals 9, die in dem Hals 9 ausgebildete Nabe 7 und die Ausgänge der Zylinderbohrung 2 besonders gut zu erkennen. Der Hals-Grundkörperübergang 11 ist ebenfalls deutlich zu erkennen.
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In 3 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zylindertrommel 1' gezeigt. Die erfindungsgemäße Zylindertrommel 1' ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die bekannte Zylindertrommel 1. Die erfindungsgemäße Zylindertrommel 1' umfasst einen erfindungsgemäßen Grundkörper 10' und ebenfalls einen mit diesem über einen verbesserten Hals-Grundkörper-Übergang 11' verbundenen Hals 9. In dem erfindungsgemäßen Grundkörper 10' sind z. B. ein nierenförmiger Öffnungsabschnitt 4, ein erfindungsgemäß strömungsoptimierter zweiter Abschnitt 50' und eine Zylinderbohrung 2', welche einen ersten Zylinderbohrungsabschnitt 2'a und einen zweiten Zylinderbohrungsabschnitt 2'b umfasst, koaxial und in der aufgezählten Reihenfolge entlang der gemeinsamen Achse 3 angeordnet. Der erste und der zweite Zylinderbohrungsabschnitt 2'a und 2'b werden spanend erzeugt. Insbesondere bei dem zweiten Zylinderbohrungsabschnitt 2'b wird eine hochwertige Oberfläche erzeugt, da diese mit dem Kolben dichtend zusammenwirkt. Zunächst wird ein Zylindertrommelrohling gesintert, der dann spanend bearbeitet wird.
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Auch in der erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' sind die rotationssymmetrische mittige Ausnehmung 6 in dem erfindungsgemäßen Grundkörper 10' und eine Nabe 7 in dem Hals 9 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Antriebswelle ausgebildet und koaxial entlang einer gemeinsamen Zylindertrommelachse 8 angeordnet, welche parallel zur Zylinderbohrungsachse 3 angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 2' dient der Aufnahme eines nicht dargestellten Kolbens. Der Kolben ist in der Zylinderbohrung 2' entlang der Zylinderbohrungsachse 3 axial verschiebbar. Das zur Aufnahme von Druckmittel zur Verfügung stehende Volumen in der Zylinderbohrung 2' wird durch die Bewegung des Kolbens variiert. Der Kolben stützt sich über einen nicht dargestellten Gleitschuh auf einer nicht dargestellten Schrägscheibe ab. Bei der axialen Verschiebung des Kolbens in der Zylinderbohrung 2' wird entsprechend der Richtung der axialen Bewegung Druckmittel über den erfindungsgemäßen strömungsoptimierten Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' in die Zylinderbohrung 2' hinein oder aus dieser heraus gefördert. Der erfindungsgemäße Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' verbindet den nierenförmigen Öffnungsabschnitt 4 über den strömungsoptimierten Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' mit dem ersten Zylinderbohrungsabschnitt 2'a. Der nierenförmige Öffnungsabschnitt 4, der strömungsoptimierte Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' und der erste Zylinderbohrungsabschnitt 2'a sind koaxial und in dieser Reihenfolge entlang der Zylinderbohrungsachse 3 angeordnet. Der nierenförmige Öffnungsabschnitt 4 hat in radialer Richtung eine kleinere Ausdehnung als der erste Zylinderbohrungsabschnitt 2'a der Zylinderbohrung 2'. Der strömungsoptimierte Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' hat den Vorteil, dass dieser aufgrund seiner geometrischen Ausgestaltung günstige Strömungsverhältnisse bei einem Druckmittelfluss durch den Zylinderbohrung-Übergang 5' sicherstellt. Es ist kein abrupter Übergang durch Stufen bzw. Kanten ausgebildet, was sonst zu Wirbelbildung führt. Die zur bekannten Zylindertrommel 1 erläuterten Nachteile treten somit nicht auf. Durch die verbesserte Geometrie werden zum Einen ein erhöhter Füllgrad der Zylinderbohrung 2' beim Einfließen von Druckmittel in die Zylinderbohrung 2' und zum Anderen eine geringere Wärmeentwicklung in dem Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' durch den geringeren Drosselwiderstand erzielt. Auf diese Weise sind sowohl der volumetrische Wirkungsgrad beim Betrieb der erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' als auch der energetische Wirkungsgrad des Druckmittelumsatz-Prozesses erhöht. Insgesamt ist dadurch der Gesamtwirkungsgrad einer hydrostatischen Kolbenmaschine, welche die erfindungsgemäße Zylindertrommel 1' verwendet, erhöht.
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Die 4 stellt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' dar. Die erfindungsgemäße Zylindertrommel 1' aus der 4 entspricht der in der 3 dargestellten erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1'. Die 4 zeigt den erfindungsgemäßen Grundkörper 10', an dem der Hals 9 ausgebildet ist. In dem Hals 9 ist die Nabe 7 ausgebildet. Ein alternativer Hals-Grundkörper-Übergang 11' ist dabei so ausgebildet, dass keine Zylinderbohrung 2' durch diesen hindurch geht. Dazu sind in dem alternativen Hals-Grundkörper-Übergang 11' Ausnehmungen 110 ausgebildet. Durch die Ausnehmungen 110 münden die Zylinderbohrungen 2' in eine ebene, senkrecht zur Zylinderbohrungsachse 3 stehenden Fläche aus. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 noch erläutert.
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Die 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Bereich einer Zylindertrommel 1 aus dem Stand der Technik mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung. Der dargestellte Bereich entspricht dem Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5 der bekannten Zylindertrommel 1. Es ist anhand von Partikeltrajektorien 12 die Gestalt einer ersten Druckmittelströmung 13 dargestellt, wie sie bei einem Eintreten von Druckmittel in die Zylinderbohrung 2 entsteht. Durch die geometrische Ausgestaltung des Öffnungsabschnitts 4 und des zweiten Abschnitts 50 bzw. durch den durch diese Abschnitte gebildeten abrupten Übergang mit Kanten und Stufen senkrecht zur Strömungsrichtung von dem ersten Öffnungsabschnitt 4 zur Zylinderbohrung 2 entsteht beim Eintreten von Druckmittel in die Zylinderbohrung 2 am zylinderbohrungsseitigen Ende des zweiten Abschnitts 50 in der ersten Druckmittelsströmung 13 ein nur schmaler Druckmittelstrahl. Der schmale, in die Zylinderbohrung 2 einströmende Druckmittelstrahl verbreitert sich innerhalb der Zylinderbohrung 2 bei höheren Druckmittelgeschwindigkeiten, wie sie im Normalbetrieb einer hydrostatischen Kolbenmaschine auftreten, nur langsam. D. h., dass eine signifikante Verbreiterung der ersten Druckmittelsströmung 13 erst tief in der Zylinderbohrung 2 zu verzeichnen ist. Dadurch entsteht in der Zylinderbohrung 2 das erste Vakuumvolumen 14. Das erste Vakuumvolumen 14 ist auch nach dem Eintreten von Druckmittel in die Zylinderbohrung 2 vorhanden. Dadurch ist die Zylinderbohrung 2 nur teilweise mit Druckmittel gefüllt. Damit sind sowohl der Füllgrad der Zylinderbohrung 2 als auch der volumetrische Wirkungsgrad des Auffüllprozesses der Zylinderbohrung 2 relativ gering. Die Drosseleffekte, welche insbesondere durch die Stufen bzw. Kanten entstehen, welche senkrecht zur Strömungsrichtung ausgebildet sind, sind bereits zu 1 beschrieben.
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In der 6 ist ein Querschnitt durch einen Bereich einer weiteren Zylindertrommel 1 aus dem Stand der Technik mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung dargestellt. Der dargestellte Bereich umfasst einen in Umfangsrichtung der Zylindertrommel 2 länglichen Öffnungsabschnitt 4', welcher an die Geometrie der Steuernieren in der Steuerplatte angepasst ist. Ein zweiter, nicht rotationssymmetrischer Abschnitt 50'' verbindet in dem weiteren Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5'' den länglichen Öffnungsabschnitt 4' mit einer Zylinderbohrung 2''. Durch die geometrische Ausgestaltung des länglichen Öffnungsabschnitts 4' und des nicht rotationssymmetrischen zweiten Abschnitts 50'' wird das eintretende Druckmittel in einer zweiten Druckmittelströmung 13' schmal und somit schnell gehalten. Auch hier kommt der Druckmittelstrahl mit einer entsprechend hohen Geschwindigkeit auf den nicht dargestellten Kolben auf. Es entsteht auch hier ein nicht vernachlässigbares zweites Vakuumvolumen 14', welches zu einem geringen Füllgrad und einem geringen volumetrischen Wirkungsgrad führt. Die Drosselwirkung des weiteren Niere-Zylinderbohrung-Übergangs 5'' führt auch in dieser Ausführung eines Niere-Zylinderbohrung-Übergangs 5'' zu einer hohen Wärmeentwicklung und somit zu einem geringen energetischen Wirkungsgrad bei Druckmittel-Umsatzprozessen.
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In 7 ist ein Querschnitt durch einen Bereich der erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung gezeigt. Der dargestellte Niere-Zylinderbohrung-Übergang 5' der erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' ist strömungsoptimiert ausgeführt. Dazu ist der zweite Abschnitt 50' stufen- und kantenfrei ausgeführt. Eine optimierte dritte Druckmittelströmung 13'', welche sich beim Eintreten von Druckmittel in die Zylinderbohrung 2' aus der stufen- und kantenfreien strömungsoptimierten geometrischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Niere-Hohlzylinder-Übergangs 5' ergibt, ist anhand von Partikeltrajektorien 12 dargestellt. Durch die strömungsoptimierte Ausgestaltung des zweiten Abschnitts 50' kann der aus dem nierenförmigen Öffnungsabschnitt 4 in den erfindungsgemäßen zweiten Abschnitt 50' und anschließend in die Zylinderbohrung 2' eintretende Druckmittelstrahl sich schneller als in dem in der 5 dargestellten Fall verbreitern. In der Zylinderbohrung 2' entsteht dadurch ein nur sehr kleines drittes Vakuumvolumen 14''. Dadurch ist die Zylinderbohrung 2' zumindest fast vollständig mit Druckmittel gefüllt. Der Füllgrad der Zylinderbohrung 2' ist somit besonders hoch und der volumetrische Wirkungsgrad des Auffüllprozesses der Zylinderbohrung 2' dadurch ebenfalls entsprechend erhöht. Da der Strahl sich schnell verbreitert, sinkt auch die Druckmittelgeschwindigkeit in den breiten Bereichen der dritten Druckmittelströmung 13''. Dadurch trifft das Druckmittel mit einer geringeren Geschwindigkeit auf den nicht dargestellten Kolben auf. Die Drosselwirkung des strömungsoptimierten erfindungsgemäßen Niere-Zylinderbohrung-Übergangs 5' ist insgesamt herabgesetzt und somit günstiger. Aufgrund dieser Vorteile werden Wärmeentwicklung und somit Energieverluste verringert. Der energetische Wirkungsgrad ist dadurch erhöht.
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Die 8 stellt einen Querschnitt durch einen Bereich einer weiteren erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' mit Partikeltrajektorien einer Füllströmung dar. Der in der 8 dargestellte Bereich weist den länglichen Öffnungsabschnitt 4' und einen den länglichen Öffnungsabschnitt 4' mit der Zylinderbohrung 2' verbindenden zweiten, nicht rotationssymmetrischen Abschnitt 5''' auf. Der längliche Öffnungsabschnitt 4' und der zweite, nicht rotationssymmetrische Abschnitt 5''' sind dabei so ausgeformt, dass sich der eintretende Druckmittelstrahl in einer vierten Druckmittelströmung 13''' schnell verbreitert. Dies führt zu einer Verlangsamung des Druckmittels in der vierten Druckmittelströmung 13'''. Dadurch treten die zu der 7 beschriebenen Vorteile auch hier auf.
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Die 9 stellt einen weiteren Querschnitt durch den Bereich der weiteren erfindungsgemäßen Zylindertrommel 1' aus 8 dar. Die Schnittebene verläuft dabei durch die Zylindertrommelachse 8 und durch die Zylinderbohrungsachse 3. Der nierenförmige Öffnungsabschnitt 4' und der diesen mit der Zylinderbohrung 2' verbindende zweite, nicht rotationssymmetrische Abschnitt 5''' sind besonders gut zu erkennen. Der nierenförmige Öffnungsabschnitt 4' bildet einen stufen- und kantenlosen Übergang zu dem zweiten, nicht rotationssymmetrischen Abschnitt 5''', welcher wiederum einen stufen- und kantenlosen Übergang zu der Zylinderbohrung 2' bildet. Der erste Zylinderbohrungsabschnitt 2'a und der zweite Zylinderbohrungsabschnitt 2'b der Zylinderbohrung 2' haben in dem dargestellten Beispiel nach der spanenden Bearbeitung des zweiten Zylinderbohrungsabschnitts 2'b näherungsweise denselben Radius. Durch die stufen- und kantenlosen Übergänge ist eine schnelle Verbreiterung eines eintretenden Druckmittelstrahls möglich, welche zu den in 8 und 7 erläuterten Vorteilen führt.
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Vorzugsweise besteht ein erfindungsgemäßer Niere-Zylinderbohrung-Übergang aus einem oder mehreren in axialer Richtung in Bezug auf die Zylinderbohrungsachse 3 aufeinanderfolgenden Abschnitten unterschiedlicher Geometrien.
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Indem im Falle eines zylindrischen Öffnungsabschnitts einzelne Abschnitte als Kegel-Abschnitt insbesondere zu Verbindung von sich beidseits anschließenden gerundeten Abschnitten, als Ellipsoid-Abschnitt, als Paraboloid-Abschnitt oder als Hyperboloid-Abschnitt ausgebildet sind, können zur Strömungsoptimierung eine Vielfalt vorteilhaft ausgebildeter Abschnitte oder von Folgen von Abschnitten erzielt werden.
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Vorzugsweise werden, wie es in der 9 dargestellt ist, zumindest zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Abschnitte ausgebildet, die in einer Schnittdarstellung in Längsrichtung der Zylinderbohrung 2' eine erste Schnittlinie 20 und eine zweite Schnittlinie 21 bilden entgegengesetzt gekrümmte Kreisbogenabschnitte bilden. Die Wandung der Zylinderbohrung 2' und die Wandung des Öffnungsabschnitts 4' zur Steuerniere hin gehen vorzugsweise tangential in diese Krümmungen über. Die erste und die zweite Schnittlinie 20 und 21 weisen daher eine Tangente T1 bzw. T2 an ihren jeweiligen Radius auf, die durch die Begrenzung des nierenförmigen Öffnungsabschnitts 4' entsteht. Die Schnittlinien 20, 21 werden durch Schneiden der Zylindertrommel 1' mit einer Ebene gebildet, wobei die Ebene im gezeigten Schnitt die Zylindertrommelachse 8 und die Zylinderbohrungsachse 2 enthält.
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Für die zweite Schnittlinie 21 ist es explizit angegeben, dass diese im Wesentlichen durch zwei Kreisbogenabschnitte mit den Radien R1 und R2 gebildet wird, an die sich jeweils tangential die Tangente T2 bzw. die Zylinderbohrung 2' anschließt. Die Ausführungen beziehen sich auf den dargestellten Rohling der Zylindertrommel 1', welcher gesintert ist. Nach der spanenden Bearbeitung werden in der Zylinderbohrung 2' der erste und zweite Zylinderbohrungsabschnitt 2'a und 2'b ausgebildet, wie dies bereits erläutert wurde.
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Die Mittelpunkte der ineinander übergehenden Radien R1 und R2 der zweiten Schnittlinie 21 liegen auf verschiedenen Seiten der Schnittlinie 21. Beim Übergang von dem ersten Radius R1 in den zweiten Radius R2 ist ein Wendepunkt der zweiten Schnittlinie 21 ausgebildet. Die beiden Radien R1, R2 sind vorzugsweise und wie im Beispiel dargestellt gleich groß und können z. B. für typische Geometrien von Zylindertrommeln 1' 3 Millimeter betragen.
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Die beiden mit 22 und 23 bezeichneten Linien stellen keine Kanten dar, sondern dienen lediglich der Illustration des Übergangs des ersten Radius in den nierenförmigen Öffnungsabschnitt 4' bzw. des zweiten Radius in die Zylinderbohrung 2', also der Lage des Berührpunkts der Tangenten in die Radien. Dazwischen ist die Lage des Wendepunkts gestrichelt angegeben.
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Wie es bereits erläutert wurde, ist bei der dargestellten Ausführung des Übergangs von den nierenförmigen Öffnungsabschnitten 4' in die Zylinderbohrungen 2' kein ebenes Flächenelement vorhanden. Insbesondere ermöglicht der unmittelbare Übergang der beiden Krümmungen mit den Radien R1, R2, die Ausbildung möglichst großer Radien. Wird die Ebene, die zur Bildung der dargestellten Schnittlinien 20, 21 führt, um die Zylinderbohrungsachse 3 gedreht, so ist leicht ersichtlich, dass sich die Radien R1, R2 ändern. Es bleibt jedoch dabei, dass die beiden Radien R1, R2 vorzugsweise gleich groß sind. An dem in der 9 dargestellten hinteren Bereich des nierenförmigen Öffnungsabschnitts 4', wo sich die Linien 22 und 23 berühren, werden die Radien R1 und R2 unendlich, so dass hier ein geradliniger Übergang von dem Ende des nierenförmigen Öffnungsabschnitts 4' in die Zylinderbohrung 2' erfolgt.
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Auf der von dem nierenförmigen Öffnungsabschnitt 4' abgewandten Ende der Zylinderbohrung 2' ist eine ebene Fläche 25 ausgebildet. Diese ebene Fläche 25 wird mittels spanender Bearbeitung um die Zylinderbohrung 2' herum ausgebildet. Die ebene Fläche 25 liegt in einer Ebene, welche senkrecht zur Zylinderbohrungsachse verläuft. Sie dient als Anlagefläche für Werkzeuge, die zur weiteren spanenden Bearbeitung der Zylinderbohrung 2' verwendet werden.
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Die 10 dient der Verdeutlichung der Lage der nierenförmigen Öffnungsabschnitte 4'. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist lediglich ein einzelner nierenförmiger Öffnungsabschnitt 4' mit Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass sich die nierenförmigen Öffnungsabschnitte 4' entlang eines Umfangskreises 26 erstrecken.
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Dieser Umfangskreis 26 ist identisch mit dem Umfangskreis, auf dem die Zylinderbohrungen 2' angeordnet sind. Aufgrund der länglichen Form der nierenförmigen Öffnungsabschnitte 4' in Umfangsrichtung kommt es zu der beschriebenen, nicht rotationssymmetrischen Geometrie, wie sie in der 9 dargestellt ist. Eine Folge davon sind die geradlinigen Übergänge im Bereich der Enden 27 und 28. Die Erstreckung der nierenförmigen Öffnungsabschnitte 4' in radialer Richtung, die der Breite der nierenförmigen Öffnungsabschnitte 4' entspricht, ist kleiner als der Durchmesser der Zylinderbohrungen 2'.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele vorteilhaft miteinander kombinierbar.
