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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einer in einem Gehäuse um eine Drehachse drehbar angeordneten Zylindertrommel, die mit zumindest einer Kolbenausnehmung versehen ist, in der ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolbenausnehmung bei der Drehung der Zylindertrommel abwechselnd mit einer Einlassseite und einer Auslassseite in Verbindung gelangt, wobei die Einlassseite und die Auslassseite Anschlüsse an einem Steuerspiegel umfassen und im Umsteuerbereich zwischen den Anschlüssen an dem Steuerspiegel eine Umsteuereinrichtung angeordnet ist, die durch einen Volumenstrom in oder aus dem von dem Kolben und der Kolbenausnehmung gebildeten Verdrängerraum die Druckanpassung zwischen dem Verdrängerraum und dem im Anschluss anstehenden Druck dämpft.
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Bei derartigen hydrostatischen Verdrängermaschinen steuern die Kolbenausnehmungen, die entsprechende mit Druckmittel gefüllte Verdrängerräume bilden, bei einer Drehung der Zylindertrommel um die Drehachse von der Einlassseite zur Auslassseite um. Die Einlassseite und die Auslassseite stehen hierbei mit entsprechenden Anschlüssen in einem Steuerspiegel in Verbindung, an dem die Zylindertrommel anliegt. Die Kolbenausnehmungen sind hierbei mit jeweils einer entsprechenden Verbindungsöffnung versehen, mittels der die Kolbenausnehmung die Anschlüsse im Steuerspiegel ansteuert.
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Da im Betrieb der Verdrängermaschine an der Einlassseite und der Auslassseite unterschiedliche Drücke anstehen, entstehen bei der Druckumsteuerung der Kolbenausnehmung bedingt durch die Elastizität des Druckmittels und durch die anstehende Druckdifferenz zwischen dem Verdrängerraum und dem entsprechenden Anschluss im Steuerspiegel hohe Volumenströme, wenn der Verdrängerraum mit dem entsprechenden Anschluss in Verbindung gelangt. Um hohe Druckspitzen bei der Verbindung des Verdrängerraums mit dem Anschluss zu vermeiden, ist es bereits bekannt, im Umsteuerbereich zwischen den Anschlüssen des Steuerspiegels eine Umsteuereinrichtung anzuordnen, mittels der bei einem erforderlichen Druckaufbau im Verdrängerraum dem Verdrängerraum unter Druck stehendes Druckmittel zugeführt wird bzw. bei einem erforderlichen Druckabbau im Verdrängerraum von dem Verdrängerraum unter Druck stehendes Druckmittel abgeführt wird. Derartige Umsteuereinrichtungen ermöglichen somit, dass durch einen Volumenstrom in den Verdrängerraum oder aus dem Verdrängerraum der Druck zwischen dem von der Kolbenausnehmung gebildeten Verdrängerraum und dem Anschluss angepasst wird, so dass durch die Druckanpassung zwischen dem Verdrängerraum und dem im Anschluss anstehenden Druck bei der Umsteuerung des Verdrängerraums in den Anschluss die bestehenden Druckunterschiede gedämpft wird.
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Eine gattungsgemäße hydrostatische Verdrängermaschine ist aus der
DE 197 06 114 C2 bekannt. Die Umsteuereinrichtung ist von einem Druckmittelspeicher gebildet, der über eine oder mehrere Verbindungsbohrungen, die am Steuerspiegel im Umsteuerbereich zwischen den beiden Anschlüssen angeordnet sind, mit dem Verdrängerraum in Verbindung gelangt. Die Verbindungsbohrungen ermöglichen hierbei, dass dem Verdrängerraum Druckmittel über einen entsprechend bemessenen, den Volumenstrom dämpfenden Querschnitt zugeführt bzw. abgeführt werden kann, so dass durch einen gedämpften Druckaufbau bzw. Druckabbau im Verdrängerraum hohe Druckspitzen bei der Verbindung des Verdrängerraums mit dem entsprechenden Anschluss vermieden werden können.
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Bei der
DE 197 06 114 C2 können mehrere Verbindungsbohrungen im Umsteuerbereich – in Bewegungsrichtung der Zylindertrommel gesehen – hintereinander und somit nacheinander folgend angeordnet werden, die bei einer Drehung der Zylindertrommel entlang des Umsteuerbereichs von der Verbindungsöffnung der Kolbenausnehmung zeitlich gesehen nacheinander geöffnet werden. Durch mehrere Verbindungsöffnungen kann eine gezielte Vergrößerung des von den einzelnen Verbindungsöffnungen gebildeten Öffnungsquerschnitts erzielt werden.
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In der Regel sind die Volumenströme über diese Verbindungsbohrungen der Umsteuereinrichtung derart hoch, dass in den dämpfenden Querschnitten der Verbindungsbohrungen der Druck des Druckmittels derart absinkt, dass Kavitation und entsprechende Kavitationsblasen im Druckmittel entsteht. Bei einer anschließenden, in Strömungsrichtung der Verbindungsbohrungen nachfolgenden Druckerhöhung bilden sich diese Kavitationsblasen implosionsartig mit einer entsprechenden Geräuschentwicklung zurück. In der Nähe von Materialoberflächen, beispielsweise an dem Steuerspiegel oder der Zylindertrommel, können die Materialoberflächen durch die Implosionsdrücke derart geschädigt werden, dass ein die Lebensdauer der Verdrängermaschine verringernder Materialabtrag entsteht. Der Betrag dieser Materialerosion durch die kavitierenden Strömungen in den Verbindungsbohrungen der Umsteuereinrichtung ist zur 2. Potenz des Querschnitts der Verbindungsbohrung und somit zur 4. Potenz des Durchmessers der Verbindungsbohrung proportional.
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Da die Querschnittsfläche der Verbindungsbohrung der Umsteuereinrichtung derart auszulegen ist, dass durch einen entsprechenden Volumenstrom die gewünschte Druckanpassung des Drucks im Verdrängerraum erzielt wird, entstehen bei bekannten Umsteuereinrichtungen mit einzelnen, in Bewegungsrichtung der Zylindertrommel hintereinander angeordneten Verbindungsbohrungen aufgrund des erforderlichen Durchmessers der einzelnen Verbindungsbohrungen durch die Strahlkavitation in den Verbindungsbohrungen eine hohe Materialerosion.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Verdrängereinheit der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der die Materialerosion durch die kavitierenden Strömungen der Umsteuereinrichtung und die durch die kavitierenden Strömungen hervorgerufenen Geräusche vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umsteuereinrichtung mindestens zwei Strömungsverbindungen umfasst, die von dem Verdrängerraum bei der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs gleichzeitig angesteuert werden. Die Erfindung macht sich hierbei die Abhängigkeit der Materialerosion von der Querschnittsfläche der Umsteuereinrichtung zu Nutze. Sofern eine bestimmte Querschnittsfläche der Umsteuereinrichtung für einen gedämpften Druckmittelfluss und Volumenstrom zur Drucksteuerung des Verdrängerraums erforderlich ist, erweist es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft, diese erforderlichen Querschnittsfläche auf mindestens zwei und somit mehrere Strömungsverbindungen aufzuteilen, die von dem Verdrängerraum bei der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs gleichzeitig angesteuert werden. Erfindungsgemäß können somit die mehreren Strömungsverbindungen mit kleineren Öffnungsquerschnitten versehen werden, wobei sich die erforderliche Summenquerschnittsfläche der Umsteuereinrichtung durch die Anzahl der gleichzeitig geöffneten Strömungsverbindungen ergibt. Hierdurch wird die Materialerosion deutlich verringert, da der Betrag des Materialabtrags bei gleichbleibender Summenquerschnittsfläche umgekehrt proportional zu der Anzahl der gleichzeitig angesteuerten Strömungsverbindungen ist. Durch eine Erhöhung der Anzahl der gleichzeitig angesteuerten Strömungsverbindungen mit entsprechend verringerten einzelnen Öffnungsquerschnitten kann somit bei gleichbleibender Summenquerschnittsfläche der Materialabtrag verringert werden. Mit der erfindungsgemäßen Aufteilung der erforderliche Summenquerschnittsfläche der Umsteuereinrichtung zur Drucksteuerung des Verdrängerraums in mehrere, in der Querschnittsfläche verkleinerte Strömungsverbindungen, die gleichzeitig von dem Verdrängerraum angesteuert und geöffnet werden, kann somit die Kavitationserosion sowie die durch die Kavitation entstehenden Geräusche und somit die Lärmemission der Verdrängermaschine vermindert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Strömungsverbindungen an dem Steuerspiegel auf einer Konturlinie angeordnet, die der Vorderkante einer Verbindungsöffnung des Verdrängerraums entspricht. Mit einer derartigen Anordnung der mehreren Strömungsverbindungen wird auf einfache Weise erzielt, dass die Strömungsverbindungen bei der Bewegung des Verdrängerraums entlang des Umsteuerbereichs in Richtung zum Anschluss gleichzeitig von der Vorderkante des Verdrängerraums angesteuert und somit geöffnet werden.
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Eine derartige Anordnung ist auf einfache Weise erzielbar, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung die Strömungsverbindungen derart an dem Steuerspiegel in radialer Richtung auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern angeordnet sind, dass der Verdrängerraum bei einer Bewegung entlang des Steuerspiegels mit der Vorderkante der Verbindungsöffnung die Strömungsverbindungen gleichzeitig öffnet. Mit einer Anordnung der Strömungsverbindungen auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern wird auf einfache Weise erzielt, dass der Verdrängerraum mit der Vorderkante der Verbindungsöffnung bei der Drehung entlang des Umsteuerbereichs in Richtung zum Anschluss mehrere Strömungsverbindungen gleichzeitig ansteuert und somit öffnet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Umsteuereinrichtung mindestens eine weitere Strömungsverbindung auf und sind die Strömungsverbindungen in Bewegungsrichtung des Verdrängerraums hintereinander angeordnet. Die Umsteuereinrichtung weist somit ebenfalls Strömungsverbindungen auf, die von dem Verdrängerraum bei der Drehung und somit der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs nacheinander angesteuert und geöffnet werden. Hierdurch ist eine gezielte Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts der Umsteuereinrichtung erzielbar.
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Mit besonderem Vorteil sind die Strömungsverbindungen derart an dem Steuerspiegel in Umfangsrichtung und in radialer Richtung verteilt angeordnet, dass der Verdrängerraum bei einer Bewegung entlang des Steuerspiegels zumindest zwei Strömungsverbindungen zeitgleich und zumindest eine weitere Strömungsverbindung zeitlich versetzt öffnet. Hierdurch wird eine erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung erzielt, bei der die von den Strömungsverbindungen gebildeten einzelnen Öffnungsquerschnitt gleichzeitig und zusätzlich nacheinander während der Bewegung des Verdrängerraums entlang des Umsteuerbereichs zum Anschluss angesteuert und geöffnet werden.
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Bei der Erfindung kann die Gestaltung der einzelnen Öffnungsquerschnitte und somit die Gestaltung der Strömungsverbindungen beliebig sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Strömungsverbindungen jeweils als Düsenbohrung ausgebildet. Derartige Düsenbohrungen können auf einfache Weise hergestellt werden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Strömungsverbindungen jeweils als Drosselkerbe ausgebildet.
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Die Düsenbohrungen oder die Drosselkerben sind mit besonderem Vorteil im Steuerspiegel ausgebildet. Hierdurch kann eine im Umsteuerbereich zwischen den Anschlüssen wirksame Umsteuereinrichtung auf einfache Weise gebildet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Umsteuereinrichtung als siebartige oder gitterartige Struktur mit einer Mehrzahl von Poren ausgeführt, wobei die Poren jeweils eine Strömungsverbindung bilden. Mit einer derartigen siebartigen oder gitterartigen Struktur der Umsteuereinrichtung kann eine weitere Verminderung des erosiven Materialertrags erzielt werden, da mit einer derartigen Struktur auf einfache Weise die Anzahl der einzelnen, von den Poren gebildeten Strömungsverbindungen signifikant erhöht werden kann.
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Die siebartige oder gitterartige Struktur kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Gewebe, insbesondere Maschengewebe, ausgebildet sein.
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Die siebartige oder gitterartige Struktur kann gemäß einer weiteren Ausführungsform, aus einem mit Durchbrechungen versehenen Blech gebildet werden. Ein derartiges Gitter als siebartige oder gitterartige Struktur kann auf einfache Weise aus einem Blech hergestellt werden, in dem die Durchbrechungen beispielsweise mit einem Laserverfahren erzeugt werden.
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Die Umsteuereinrichtung kann hierbei eine einzelne siebartige oder gitterartige Struktur umfassen oder es können in Durchströmungsrichtung der Umsteuereinrichtung mehrere siebartige oder gitterartige Strukturen hintereinander angeordnet und somit mehrere siebartige oder gitterartige Strukturen in Durchströmungsrichtung gestapelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Umsteuereinrichtung aus einem hochporösen Material mit einer Mehrzahl von Poren gebildet, wobei die Poren jeweils eine Strömungsverbindung bilden. Mit einem derartigen hochporösen Material kann eine deutliche Verminderung des erosiven Materialertrags erzielt werden, da mit einem hochporösen Material auf einfache Weise die Anzahl der einzelnen, von den Poren gebildeten Strömungsverbindungen signifikant erhöht werden kann. Bei einem derartigen hochpörosen Material werden die Poren von entsprechenden Zwischenräumen des schaumartigen Materials gebildet, die wie einzelne kleine Strömungsverbindungen und somit Öffnungsquerschnitte wirken.
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Das hochporöse Material ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform als offenporiger Metallschaum, insbesondere hochporöses Sintermaterial, ausgebildet. Mit einem derartigen Metallschaum kann auf einfache Weise eine erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung mit einer hohen Anzahl von einzelnen kleinen Strömungsverbindungen geschaffen werden.
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Die siebartige oder gitterartige Struktur oder das hochporösen Material sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung als Einsatz ausgebildet, der in einer Bohrung des Steuerspiegels angeordnet ist. Ein derartiger Einsatz kann auf einfache Weise in einer Bohrung des Steuerspiegels angeordnet und befestigt werden, um die erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung zu bilden.
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Die Strömungsverbindungen der erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung können mit demjenigen Anschluss in Verbindung stehen, in den der Verdrängerraum bei der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs umsteuert und somit mit der Einlassseite oder der Auslassseite der Verdrängermaschine in Verbindung stehen.
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Alternativ können die Strömungsverbindungen der erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung mit einem Druckmittelspeicher in Verbindung stehen.
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Die Verdrängermaschine ist bevorzugt als Axialkolbenmaschine ausgebildet. Die Verdrängermaschine kann hierbei als Pumpe oder als Motor ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in einem Längsschnitt,
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2 einen Schnitt entlang der Ansicht A der 1,
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3 einen Schnitt entlang der Ansicht B der 1 mit einer Ausführung einer Umsteuereinrichtung des Standes der Technik,
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3a, 3b jeweils einen Schnitt entlang der Linie C-C der 3 mit unterschiedlichen Ausführungen der Umsteuereinrichtung des Standes der Technik,
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4 einen Schnitt entlang der Ansicht B der 1 mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung,
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4a, 4b jeweils einen Schnitt entlang der Linie D-D der 4 mit unterschiedlichen Ausführungen der erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung,
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4c, 4d einen Ausschnitt der 4a, 4b jeweils in einer vergrößerten Darstellung,
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5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung,
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6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung und
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7 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung.
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In der 1 ist eine hydrostatische Verdrängermaschine, beispielsweise eine als Pumpe oder Motor ausgebildete Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise, in einem Längsschnitt dargestellt.
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Die Axialkolbenmaschine 1 weist eine um eine Drehachse 2 drehbar angeordnete Triebwerksbaugruppe 3 auf, die eine Zylindertrommel 4 umfasst, die mit mehreren konzentrisch zur Drehachse 2 angeordneten Kolbenausnehmungen 5 versehen ist, die bevorzugt von Zylinderbohrungen gebildet sind und in denen jeweils ein Kolben 6 längsverschiebbar gelagert ist.
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Die Kolben 6 stützen sich in dem aus der Zylindertrommel 4 herauskragenden Bereich mittels jeweils eines beispielsweise als Gleitschuh ausgebildeten Abstützelements 7 auf einer von einer Schrägscheibe gebildeten Laufbahn 8 ab. Die gegenüber der Drehachse 2 geneigte Laufbahn 8 kann an einem Gehäuse 9 angeformt oder drehfest befestigt sein, wobei die Axialkolbenmaschine 1 ein festes Verdrängungsvolumen aufweist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Schrägscheibe in der Neigung bezüglich der Drehachse 2 verstellbar auszubilden, wodurch die Axialkolbenmaschine 1 ein veränderbares Verdrängungsvolumen aufweist. Die von den Gleitschuhen gebildeten Abstützelemente 7 werden durch eine ringscheibenförmige und zusammen mit der Zylindertrommel 4 rotierende Niederhalteplatte 10 vom Abheben von der Laufbahn 8 gehindert.
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Die Zylindertrommel 4 stützt sich in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche 11 ab. Die Steuerfläche 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Steuerscheibe 12 ausgebildet, die an einem Gehäuse 9 oder einem entsprechenden Gehäusedeckel 9a drehfest befestigt ist.
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Die Zylindertrommel 4 ist von einer zentrischen Bohrung durchsetzt, durch die eine konzentrisch zur Drehachse 2 angeordnete Triebwelle 13 der Triebwerksbaugruppe 3 durch die Zylindertrommel 4 geführt ist. Die Triebwelle 13 ist mittels Lagerungen 15, 16 im Gehäuse 9 drehbar gelagert. Zur Abdichtung gegenüber der Umgebung ist im Bereich der Lagerung 15 ein Dichtungselement 17, beispielsweise ein Wellendichtring, angeordnet. Die Zylindertrommel 4 ist mit der Triebwelle 13 drehsynchron, jedoch axial verschiebbar, verbunden, beispielweise mittels einer Mitnahmeverzahnung 18. Die Triebwerksbaugruppe 3 umfasst weiterhin eine Feder 19, die die Zylindertrommel 4 in Anlage an die Steuerfläche 11 hält.
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Die Axialkolbenmaschine 1 weist eine Einlassseite E, die beispielsweise von einem Saugkanal im Gehäuse 9 gebildet ist, und eine Auslassseite A auf, die beispielsweise von einem Druckkanal im Gehäuse 9 gebildet ist. Bei einer Drehung der Zylindertrommel 4 um die Drehachse 2 gelangen die von den Kolbenausnehmungen 4 und dem entsprechenden in der Kolbenausnehmung 4 angeordneten Kolben 6 gebildeten Verdrängerräume V abwechselnd mit der Einlassseite E und der Auslassseite A in Verbindung.
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Die Kolbenausnehmungen 5 der Zylindertrommel 4 sind zur Verbindung mit der Einlassseite E und der Auslassseite A – wie in der 2 näher dargestellt ist, in der eine Draufsicht auf die an der Steuerscheibe 12 und somit der Steuerfläche 11 anliegenden Stirnseite der Zylindertrommel 4 dargestellt ist – mit jeweils einer Verbindungsöffnung 20 versehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsöffnungen 20 in der Stirnseite der Zylindertrommel 4 jeweils nierenförmig ausgebildet.
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Die Steuerscheibe 12 ist zum Anschluss an die Einlassseite E bzw. an die Auslassseite A mit nierenförmigen Anschlüssen 21, 22 versehen, die Steuernieren bilden und mit denen die Verbindungsöffnungen 20 in der Zylindertrommel 4 zusammenwirken.
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In der 3 ist eine Draufsicht auf die Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 mit den nierenförmigen Anschlüssen 21, 22 und den Verbindungsöffnungen 20 einer Axialkolbenmaschine 1 des Standes der Technik dargestellt.
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Wie aus der 3 ersichtlich ist, bilden die Bereiche der Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 zwischen dem mit der Einlassseite E in Verbindung stehenden nierenförmigen Anschluss 21 und dem mit der Auslassseite A in Verbindung stehenden nierenförmigen Anschluss 22 jeweils einen als Trennsteg ausgebildeten Umsteuerbereich 25, 26, in dem die Verbindungsöffnungen 20 der Zylindertrommel 4 von den Anschlüssen 21, 22 getrennt sind. Die Umsteuerbereiche 25, 26 sind hierbei im Bereich der Totpunkte der Bewegung der Kolben 6 angeordnet.
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Um eine Anpassung des Druckes in einem Verdrängerraum V, der bei der Drehbewegung der Zylindertrommel 4 in Richtung des Pfeils N und somit bei der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs 26 von der den Saugkanal bildenden Einlassseite E zu der den Druckkanal bildenden Auslassseite A umsteuert, an den Druck in der Auslassseite A zu erzielen, ist im Umsteuerbereich 26 zwischen den Anschlüssen 21, 22 eine Umsteuereinrichtung 30 an der Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 angeordnet. Entsprechend ist im Umsteuerbereich 25 zwischen den Anschlüssen 21, 22 eine Umsteuereinrichtung 30 an der Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 angeordnet, mittels der eine Anpassung des Druckes in einem Verdrängerraum V, der bei der Bewegung entlang des Umsteuerbereichs 25 von der den Druckkanal bildenden Auslassseite A zu der den Saugkanal bildenden Einlassseite E umsteuert, an den Druck in der Einlassseite A erzielt werden kann.
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In den 3a, 3b ist die aus dem Stand der Technik bekannte Umsteuereinrichtung 30 näher dargestellt, wobei eine Abwicklung gemäß dem Schnitt C-C der 3 im Bereich des Umsteuerbereichs 26 in einer vergrößerten Darstellung näher dargestellt ist.
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Die Umsteuereinrichtung 30 weist zwei als Drossel- bzw. Düsenbohrungen ausgebildete Verbindungsbohrungen 31, 32 auf, die – wie in Verbindung mit der 3 ersichtlich ist – auf einem gleichen Teilkreisdurchmesser und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und somit von der Verbindungsöffnung 20 des Verdrängerraums V bei einer Bewegung entlang des Umsteuerbereichs 26 in Richtung des Pfeils N nachfolgend und somit zeitlich nacheinander angesteuert und geöffnet werden. Bei der Ausführungsform der 3a stehen die Verbindungsbohrungen 31, 32 direkt mit der Auslassseite A und somit dem Druckkanal im Gehäuse 9 in Verbindung. Bei der Ausführungsform der 3b sind die Verbindungsbohrungen 31, 32 mit einem Druckmittelspeicher 33 als Dämpfungsvolumen verbunden.
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Über die Verbindungsbohrungen 31, 32 im Umsteuerbereich 26, die entsprechende kreisförmige Düsenquerschnitte bilden, erfolgt hierbei ein Volumenstrom aus der Auslassseite A bzw. aus dem Druckmittelspeicher 33 in den Verdrängerraum V, um einen gedämpften Druckaufbau im Verdrängerraum V zu erzielen. Der Volumenstrom über die Verbindungsbohrungen 31, 32 in den Verdrängerraum V ist in den 3a, 3b durch entsprechende Pfeile veranschaulicht. Durch den Druckaufbau mittels der Umsteuereinrichtung 30 im Umsteuerbereich 26 können hohe Druckspitzen bei der nachfolgenden Verbindung des Verdrängerraums V mit der Auslassseite A vermieden werden, wenn die Verbindungsöffnung 20 der Zylindertrommel 4 bei der weiteren Bewegung in Richtung des Pfeils N in Verbindung mit dem nierenförmigen Anschluss 22 und somit dem Druckkanal gelangt.
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Die Umsteuereinrichtung 30 im Bereich des Umsteuerbereichs 25 weist entsprechend als Drossel- bzw. Düsenbohrungen ausgebildete Verbindungsbohrungen 31, 32 auf, die – wie in Verbindung mit der 3 ersichtlich ist – auf einem gleichen Teilkreisdurchmesser und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und somit von der Verbindungsöffnung 20 des Verdrängerraums V bei einer Bewegung entlang des Umsteuerbereichs 25 in Richtung des Pfeils N nachfolgend und somit zeitlich nacheinander angesteuert und geöffnet werden. Analog zur 3a können die Verbindungsbohrungen 31, 32 direkt mit der Einlassseite E in Verbindung stehen oder analog zur 3b mit einem Druckmittelspeicher 33 als Dämpfungsvolumen verbunden sein.
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Über die Verbindungsbohrungen 31, 32 im Umsteuerbereich 25, die entsprechende kreisförmige Düsenquerschnitte bilden, erfolgt hierbei ein Volumenstrom aus dem Verdrängerraum V in die Einlassseite E bzw. in den Druckmittelspeicher 33, um einen gedämpften Druckabbau im Verdrängerraum V zu erzielen. Durch den Druckabbau mittels der Umsteuereinrichtung 30 im Umsteuerbereich 25 können hohe Druckspitzen bei der nachfolgenden Verbindung des Verdrängerraums V mit der Einlassseite E vermieden werden, wenn die Verbindungsöffnung 20 der Zylindertrommel 4 bei der weiteren Bewegung in Richtung des Pfeils N in Verbindung mit dem nierenförmigen Anschluss 21 und somit dem Saugkanal gelangt.
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Für die gewünschte Drucksteuerung, d. h. den Druckaufbau bzw. den Druckabbau im Verdrängerraum V, durch einen gedämpften Volumenstrom über die Verbindungsbohrungen 31, 32 ist an den Verbindungsbohrungen 31, 32 eine bestimmte Querschnittsfläche erforderlich. Da bei dem Stand der Technik gemäß den 3, 3a, 3b die Verbindungsbohrungen 31, 32 in Bewegungsrichtung der Zylindertrommel 4 gesehen nacheinander und somit zeitlich versetzt von den Verbindungsöffnungen 20 der Zylindertrommel 4 angesteuert und geöffnet werden, ist an jeder Verbindungsbohrung 30, 31 die bestimmte Querschnittsfläche erforderlich, so dass die Verbindungsbohrungen 30,31 jeweils einen bestimmten Durchmesser erfordern.
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Da jedoch aufgrund der hohen Volumenströme durch die Verbindungsbohrungen 30, 31 der Umsteuereinrichtung 30 hohe Volumenströme auftreten, die zu Kavitation und Kavitationserosion führen, ergeben sich mit den Verbindungsbohrungen 30, 31 einer Umsteuereinrichtung 30 des Standes der Technik aufgrund der großen Durchmesser und Querschnittsflächen der Verbindungsbohrungen 30, 31 hohe Beträge der Materialerosion, die zur 2. Potenz der Querschnittsfläche der Verbindungsbohrungen 30, 31 und somit zur 4. Potenz des Durchmessers der als Düsenbohrungen ausgebildeten Verbindungsbohrungen 30, 31 ist.
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In den 4 und 4a bis 4b ist eine erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung 30 dargestellt. Mit den 3, 3a und 3b identische Bauteile sind hierbei mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Die 4 zeigt hierbei analog zur 3 eine Draufsicht auf die Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 mit den nierenförmigen Anschlüssen 21, 22 und den Verbindungsöffnungen 20 in der Zylindertrommel 4 einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine. In den 4a, 4b ist analog zu den 3a, 3b die Umsteuereinrichtung 30 im Bereich des Umsteuerbereichs 26 näher dargestellt, wobei eine Abwicklung gemäß dem Schnitt D-D der 4 in einer vergrößerten Darstellung näher dargestellt ist. Die 4c zeigt einen Ausschnitt der 4a in einer vergrößerten Darstellung und die 4d einen Ausschnitt der 4b in einer vergrößerten Darstellung.
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Die erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung 30 weist eine Mehrzahl von kleineren Strömungsverbindungen 40 auf, die auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern angeordnet sind und jeweils Öffnungsquerschnitte für den gedämpften Volumenstrom in den Verdrängerraum V oder aus dem Verdrängerraum V bilden. Zusätzlich sind die Strömungsverbindungen 40 in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet.
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Durch die Anordnung der Strömungsverbindungen 40 auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern wird erzielt, dass zumindest zwei Strömungsverbindungen 40 auf einer Konturlinie L liegen, die der in Bewegungsrichtung entlang des Pfeiles N vorne liegenden Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 der Zylindertrommel 4 entspricht, so dass bei der Bewegung der Verbindungsöffnung 20 entlang des Umsteuerbereichs 25 bzw. 26 mindestens zwei Strömungsverbindungen 40 gleichzeitig, d. h. bei gleicher Drehwinkelstellung der Zylindertrommel 4, von der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 angesteuert und geöffnet werden.
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Bei der Erfindung wird somit die für einen gedämpften Volumenstrom über die Umsteuereinrichtung 30 und somit für eine gewünschte Drucksteuerung, d. h. den Druckaufbau bzw. den Druckabbau, im Verdrängerraum V erforderliche Querschnittsfläche der Umsteuereinrichtung 30 in mehrere Strömungsverbindungen 40 unterteilt, die jeweils einen kleineren Öffnungsquerschnitt aufweisen und durch die Anzahl der mehreren Strömungsverbindungen 40 eine Summenquerschnittsfläche bereitgestellt, die der erforderlichen Querschnittsfläche für die gewünschte Drucksteuerung entspricht.
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Durch die Erhöhung der Anzahl der gleichzeitig angesteuerten Strömungsverbindungen 40 kann somit die Querschnittsfläche der einzelnen Strömungsverbindungen 40 verringert werden. Da der Materialabtrag der Kavitationserosion umgekehrt proportional zu der Anzahl der Strömungsverbindungen 40 ist, wird mit der erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtung 30 eine Verringerung der Kavitatationserosion und eine Verringerung der Geräusche durch Kavitation erzielt.
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In den 4, 4a bis 4d sind die einzelnen Strömungsverbindungen 40 der Umsteuereinrichtung 30 jeweils als Düsenbohrungen 41 ausgebildet, die im Steuerspiegel 12 ausgebildet sind und in die Steuerfläche 11 münden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4a und 4c stehen die einzelnen Strömungsverbindungen 40 mit der Auslassseite A in Verbindung. In dem Ausführungsbeispiel der 4b und 4d stehen die einzelnen Strömungsverbindungen 40 mit einem Druckmittelspeicher 33 als Dämpfungsvolumen in Verbindung.
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Bei der Ausführungsform der 4 sind beispielsweise acht Strömungsverbindungen vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung 30 eine geänderte Anzahl von Strömungsverbindungen mit einer höheren oder niedrigeren Anzahl der Strömungsverbindungen aufweisen kann. Beispielsweise können vier Strömungsverbindungen vorgesehen werden, von denen zwei Strömungsverbindungen auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern auf einer Konturlinie L angeordnet sind und somit gleichzeitig von der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 angesteuert und geöffnet werden und die beiden weiteren Strömungsverbindungen in Drehrichtung N vor oder nach den zwei Strömungsverbindungen angesteuert und geöffnet werden. Diese beiden weiteren Strömungsverbindungen können hierbei ebenfalls auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern auf einer Konturlinie L angeordnet sein und somit gleichzeitig von der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 angesteuert und geöffnet werden.
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Die von den einzelnen Strömungsverbindungen 40 gebildeten Öffnungsquerschnitte werden somit bei der Bewegung der Verbindungsöffnung 20 über den Umsteuerbereich 25, 26 gleichzeitig und in Bewegungsrichtung der Zylindertrommel 4 nacheinander und somit zeitlich versetzt geöffnet.
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In der 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Umsteuereinrichtung 30 ein hochporöses Material 50 mit einer Vielzahl von Poren umfasst, wobei die einzelnen Poren jeweils eine Strömungsverbindung 40 bilden. Der Volumenstrom zum Druckangleich des Verdrängerraums V wird hierbei durch das hochporöse Material 50 in den Verdrängerraum V bzw. aus dem Verdrängerraum V geführt. Das hochporöse Material 50 ist bevorzugt als offenporiger Metallschaum ausgebildet, beispielsweise aus einem Sintermaterial. Die Poren eines derartigen hochporösen Materials 50 sind von Zwischenräumen des Materials gebildet, die jeweils wie einzelne, kleine Öffnungsquerschnitte und somit Strömungsverbindungen 40 wirken.
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Das hochporöse Material 50 ist als Einsatz, beispielswiese zylindrischer Einsatz, ausgebildet, der in einer Bohrung 52 im Steuerspiegel 12 angeordnet und befestigt ist.
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In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der der die Umsteuereinrichtung 30 eine siebartige bzw. gitterartige Struktur 60 mit einer Vielzahl von Poren umfasst, wobei die einzelnen Poren jeweils eine Strömungsverbindung 40 bilden.
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Die siebartige bzw. gitterartige Struktur 60 kann hierbei von einem Gewebe, beispielweise einem Maschengewebe gebildet sein. Die siebartige bzw. gitterartige Struktur 60 kann ebenfalls von einem mit Durchbrechungen versehenen, plattenförmigen Blech gebildet werden. Die Durchbrechungen können beispielsweise mit einem Laserverfahren in dem Blech gebildet werden.
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Die siebartige bzw. gitterartige Struktur 60 ist analog zu der 5 als bevorzugt zylindrischer Einsatz ausgebildet, der in einer Bohrung 52 im Steuerspiegel 12 angeordnet und befestigt ist.
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Mit dem hochporösen Materials 50 der 5 bzw. der siebartigen bzw. gitterartigen Struktur 60 der 6 mit der Vielzahl von Poren wird hierbei erzielt, dass mehrere von den einzelnen Poren gebildete Strömungsverbindungen 40 bei der Bewegung der Zylindertrommel 4 über den Umsteuerbereich 25, 26 jeweils auf einer Konturlinie L liegen, die der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 entspricht, so dass jeweils mehrere Poren gleichzeitig von der Vorderkante K angesteuert und geöffnet werden. Zusätzlich werden weitere Poren und somit weitere Strömungsverbindungen nacheinander während der Bewegung der Verbindungsöffnung 20 angesteuert und geöffnet. Mit dem hochporösen Materials 50 der 5 bzw. der siebartigen bzw. gitterartigen Struktur 60 der 6 wird somit auf einfache Weise erzielt, dass mehrere von den Poren gebildete Strömungsverbindungen 40 und Öffnungsquerschnitte bei der Bewegung der Verbindungsöffnung 20 über den Umsteuerbereich 25, 26 gleichzeitig und in Bewegungsrichtung der Zylindertrommel 4 nacheinander und somit zeitlich versetzt geöffnet werden.
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Bei den Ausführungsformen der 5 oder 6 kann die Umsteuereinrichtung 30 direkt mit der Auslassseite A bzw. der Einlassseite E oder einem Druckmittelspeicher 33 als Dämpfungsvolumen in Verbindung stehen.
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In der 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die einzelnen Strömungsverbindungen 40 als Drosselkerben 70 in der Steuerfläche 11 des Steuerspiegels 12 ausgebildet sind, die sich von dem Umsteuerbereich 25 bzw. 26 zu dem Anschluss 22 bzw. 21 und somit zur Auslassseite A bzw. der Einlassseite E erstrecken. Die Drosselkerben 70 sind hierbei in radialer Richtung auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern angeordnet. Die Spitzen der Drosselkerben 70 liegen auf einer Konturlinie L, die der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 der Zylindertrommel 4 entspricht, so dass von der Vorderkante K der Verbindungsöffnung 20 bei der Bewegung in Richtung des Pfeils N entlang des Umsteuerbereichs 25 bzw. 26 in Richtung zum Anschluss 21 bzw. 22 die Drosselkerben 70 gleichzeitig angesteuert und geöffnet werden.
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Die erfindungsgemäße Umsteuereinrichtung 30 mit mehreren Strömungsverbindungen 40 gemäß den 4 bis 7 kann hierbei im Umsteuerbereich 25 und/oder im Umsteuerbereich 26 angeordnet werden.
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Die Verdrängermaschine kann hierbei als Pumpe ausgebildet sein, bei der der Einlassanschluss E als Saugkanal und der Auslassanschluss A als Druckkanal ausgeführt ist. Die Verdrängermaschine kann ebenfalls als Motor ausgebildet sein, bei der der Einlassanschluss E als Druckkanal und der Auslassanschluss A als Saugkanal ausgeführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19706114 C2 [0004, 0005]
