DE102012218879A1

DE102012218879A1 - Hydrostatische Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE102012218879A1
Application number: DE201210218879
Authority: DE
Inventors: Andrea Hellstern; Rudolf Appel; Peter Roos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-05-16
Also published as: WO2013068210A1; CN204283776U

Abstract

Offenbart ist eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, Eine solche hydrostatische Kolbenmaschine weist ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Im Betrieb wird jeder Zylinderraum über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbunden, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt. Der liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen hydrostatischen Kolbenmaschine die Umsteuerung hinsichtlich der Funktion verbessert ist. Das wird dadurch erreicht, dass in einem Umsteuerbereich eine Ausmündung vorgesehen ist, die die Zylinderraumöffnungen zumindest annähernd auf ihrer gesamten Länge überstreichen, dass eine Fluidkapazität definierter Größe vorgesehen ist und dass die Ausmündung über eine gedrosselte Fluidverbindung mit der Fluidkapazität verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche hydrostatische Kolbenmaschine weist ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Im Betrieb wird jeder Zylinderraum über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbunden, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt.
Eine derartige Axialkolbenmaschine ist zum Beispiel in der DE 42 29 544 C2 geoffenbart. Diese besitzt als Zylinderteil eine auf einer Triebwelle angeordnete Zylindertrommel mit einer Vielzahl von Zylinderräumen, in denen jeweils ein Kolben bewegbar geführt ist. Jeder Zylinderraum ist über eine stirnseitig an der Zylindertrommel eingebrachte Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer in einer als Steuerteil dienende Steuerscheibe eingebrachten nierenförmigen Niederdrucksteueröffnung und Hochdrucksteueröffnung verbindbar. Die Zylindertrommel gleitet im Betrieb stirnseitig an der Steuerscheibe entlang. Die Niederdrucksteueröffnung und die Hochdrucköffnung liegen auf einem gemeinsamen Teilkreis und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wodurch zwei Umsteuerbereiche gebildet sind. Ein jeweiliger Kolben befindet sich im einen Umsteuerbereich im Bereich seines inneren Totpunktes beziehungsweise Bottom Dead Center (BDC), in dem er am weitesten in seinen Zylinderraum eingetaucht ist, und in dem anderen Umsteuerbereiche im Bereich seines äußeren Totpunktes beziehungsweise Top Dead Center (TDC), in dem er am weitesten aus seinem Zylinderraum herausragt. Bei einer in der 1 der DE 42 29 544 C2 gezeigten Axialkolbenmaschine mündet in dem Umsteuerbereich, in dem sich ein jeweiliger Kolben im Bereich seines BDC befindet, mit einer Ausmündung ein Kanal, der mit einem Pre-Compression Volume (PCV) verbunden ist. Das PCV wiederum ist mit der Hochdrucköffnung über eine Schieberventil und eine Drossel verbunden, wodurch das PCV mit Hochdruck versorgbar ist und sich bei geöffnetem Schieberventil langsam über die Drossel auflädt. Der Kanal im Umsteuerbereich mündet in Radialrichtung gesehen außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und Hochdrucköffnung. Die Steueröffnung eines jeweiligen Kolbenraums weist einen Öffnungsabschnitt auf, der ebenfalls außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und Hochdrucköffnung liegt, damit sich die Steueröffnung mit dem Kanal überschneiden kann.
Bei einer Relativbewegung der Zylindertrommel zur Steuerscheibe überstreicht die Zylinderraumöffnung eines jeweiligen Zylinderraums den die Kanalmündung aufweisenden Umsteuerbereich, wodurch ein vom Zylinderraum und vom Kolben begrenzter Arbeitsraum über den Kanal mit dem Speicher während einer bestimmten Kontaktzeit verbunden ist und ein Druck im Arbeitsraum sich an den Druck des PCV schnell annähert, während das PCV langsam mit Hochdruck durch die gedrosselte und ventilgesteuerte Verbindung zur Hochdrucköffnung aufgeladen wird. Der Arbeitsraum wird somit vor der Verbindung mit der Hochdrucköffnung mit Druckmittel unter einem bestimmten Druck befüllt, was zu einer Verminderung von Druckmittelpulsationen der Kolbenmaschine führt.
Bei einer anderen aus der DE 42 29 544 C2 bekannten Axialkolbenmaschine mündet ein mit einem Speichervolumen oder einer Fluidkapazität in Verbindung stehender Kanal nahe an der Hochdrucksteueröffnung in den Umsteuerbereich. Die Zylinderraumöffnungen haben eine besondere Kontur. Diese bewirkt, dass die Ausmündung voll zur Zylinderraumöffnung freigelegt wird, sobald die Zylinderraumöffnung die Niederdrucksteueröffnung verlassen hat, und Druckfluid unter hohem Druck schnell aus dem Speichervolumen in den Zylinderraum entlassen wird. Danach wird die Ausmündung des Kanals wieder geschlossen. Anschließend wird die Ausmündung wieder zunehmend freigelegt um das Speichervolumen wieder auf hohen Druck zu bringen.
Die Begriffe „Speichervolumen und „Fluidkapazität“ sollen im Folgenden jeweils dieselbe Bedeutung haben. Insbesondere wird ein Hohlraum so benannt, der mit einem flüssigen Druckmittel, zum Beispiel Hydrauliköl gefüllt ist oder zu füllen ist und bei dem eine Druckänderung schon allein wegen der Kompressibilität des Druckmittels mit einem Zufluss oder Abfluss von Druckmittel verbunden ist.
Die Druckschrift DE 10 2008 061 349 A1 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kolbenmaschine in Form einer Axialkolbenmaschine. Hierbei ist ebenfalls eine Steuerscheibe mit einer nierenförmigen Niederdruck- und Hochdrucksteueröffnung vorgesehen. In einem jeweiligen Umsteuerbereich zwischen der Niederdruck- und der Hochdrucksteueröffnung mündet jeweils ein Kanal mit einer Kanalmündung. Der Kanal, der in dem Umsteuerbereich mündet, bei dem sich ein jeweiliger Kolben einer Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine im Bereich seines BDC befindet, ist über ein Schaltventil mit der Hochdrucköffnung oder einem PCV verbindbar. Der in dem anderen Umsteuerbereich mündende Kanal ist über ein Schaltventil mit der Niederdrucköffnung oder dem PCV verbunden. Durch diese Anordnung ist es im Unterschied zur vorstehend erläuterten Lösung möglich, das PCV nicht nur über die Hochdrucköffnung mit Druck zu versorgen bzw. aufzuladen, sondern auch durch einen Druck eines durch einen jeweiligen Kolben begrenzten Arbeitsraum. Ein jeweiliger Arbeitsraum der Zylindertrommel wird hierzu bei Überstreichen seiner Zylinderraumöffnung über den Umsteuerbereich, in dem sich ein jeweiliger Kolben im Bereich seines TDC befindet, über den in diesen Umsteuerbereich mündenden Kanal und das Steuerventil mit dem PCV verbunden, während die Verbindung zwischen dem PCV und dem anderen Umsteuerbereich durch das weitere Steuerventil unterbrochen ist. Durch die Kanäle erfolgt somit ein sanfter Druckauf- und Druckabbau, womit das Geräuschverhalten der Kolbenmaschine verbessert ist.
Aus der DE 197 06 116 A1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt, die von einem positiven Verdrängungsvolumen über null Verdrängungsvolumen zu einem negativen Verdrängungsvolumen verstellbar ist und die im Vierquadrantenbetrieb, also in beide Drehrichtungen sowohl als Pumpe als auch als Motor arbeiten kann. Bei einem Ausführungsbeispiel aus der DE 197 06 116 A1 ist ein Speicherelement vorgesehen, das über ein zu ihm hin sperrendes Rückschlagventil und eine parallel zum Rückschlagventil angeordnete Drossel mit einer Ausmündung im Umsteuerbereich einer Steuerplatte verbunden ist. Die Ausmündung befindet sich bei einer bestimmten Betriebsweise der bekannten Verdrängermaschine in geringem Abstand von der Hochdrucksteueröffnung der Steuerplatte. Bei einer Umsteuerung vom Niederdruck zum Hochdruck wird eine Zylinderraumöffnung zu der Ausmündung geöffnet, sobald ihre Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung geschlossen ist. Nun strömt Druckfluid über das Rückschlagventil aus dem Speicherelement in den Zylinderraum. Kurz nach dem Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem Speicherelement und somit kurz nach dem Schließen des Rückschlagventils wird die Verbindung des Zylinderraums mit der Hochdrucksteueröffnung hergestellt und dann das Speicherelement über die Drossel wieder auf Hochdruck gebracht.
Arbeitet die aus der DE 197 06 116 A1 bekannte Axialkolbenmaschine aufgrund eines Wechsels von Hochdrucksteueröffnung und Niederdrucksteueröffnung bei gleicher Drehrichtung und gleicher Flussrichtung als Hydromotor, so wird das Speicherelement über die Drossel unter Druckabbau im Zylinderraum zunächst geladen und entlädt sich, wenn der Zylinderraum mit Niederdruck in Verbindung kommt.
Aus einem Pressebericht der Parker Hannifin GmbH, Kaarst aus dem Jahr 2001 ist eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der ebenfalls ein Speicherelement vorgesehen ist, das nahe an der Hochdrucksteueröffnung der Steuerscheibe eine Ausmündung in einen Umsteuerbereich aufweist. Dabei wird das Speicherelement mit dem Zylinderraum verbunden, der gerade die Niederdrucksteueröffnung verlässt. Aus dem unter Hochdruck stehenden Speicherelement fließt nun Fluid dem Zylinderraum zu, so dass sich darin der Druck erhöht. Erst wenn der Zylinderraum mit der Hochdrucksteueröffnung verbunden wird, beginnt Druckfluid zurück in das Speicherelement zu fließen, so dass sich diese wieder auf Hochdruck auffüllt.
Aus der DE 37 00 573 A1 ist eine als Pumpe betriebene hydrostatische Radialkolbenmaschine bekannt, bei der von einer Hochdrucksteueröffnung eine drosselnde Verbindung zu einem Speichervolumen führt. Von diesem geht ein Kanal aus, der im Umsteuerbereich etwa am äußeren Totpunkt zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung mündet. Zwischen der Ausmündung und einer Zylinderraumöffnung besteht jeweils kurzzeitig Verbindung. Insofern ähnelt die Umsteuerung der aus der DE 37 00 573 A1 bekannten Radialkolbenmaschine der Umsteuerung der aus 1 der DE 42 29 544 C2 bekannten Axialkolbenmaschine.
Der liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Kolbenmaschine zu schaffen, die insbesondere in einem offenen hydraulischen Kreislauf in einer Anwendung bestimmungsgemäß als Hydropumpe und als Hydromotor betrieben werden soll und dazu über null Verdrängungsvolumen verstellbar ist und die Umsteuerung hinsichtlich der Funktion verbessert ist. Der Betriebsbereich, in eine hydrostatische die Kolbenmaschine, insbesondere eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, die im Pumpen- und Motorbetrieb eingesetzt werden soll, technisch einwandfrei funktioniert, soll erweitert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Kolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß hat eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Jeder Zylinderraum ist im Betrieb über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbindbar, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt. Erfindungsgemäß ist in einem Umsteuerbereich eine Ausmündung vorgesehen, die die Zylinderraumöffnungen zumindest annähernd auf ihrer gesamten Länge überstreichen. Es ist eine Fluidkapazität definierter Größe vorgesehen, mit der die Ausmündung über eine gedrosselte Fluidverbindung verbunden ist. Die Fluidkapazität wird insbesondere zusätzlich zu einer funktionsfähigen Basisumsteuerung, insbesondere zusätzlich zu einer Vorsteuernut genutzt.
Bisher in der Praxis eingesetzte hydrostatische Kolbenmaschinen mit einer internen Druckübertragung auf Stell- und/oder Regelsysteme erfordern eine für die Stabilität notwendige Dämpfung des Systems. Auftretende hohe Pulsationen für die Drucksignalverarbeitung müssen hydraulisch oder elektrisch gedämpft werden. Dies hat negative Auswirkungen auf die Dynamik der Einheit. Bestehende Lösungen basieren also auf der Dämpfung des Nutzsignals, wobei bei einer hydraulischen Bedämpfung außer einer Verringerung der Dynamik auch hydraulische Verluste aufgrund von Dämpfungsdüsen auftreten können. Erfindungsgemäß findet eine direkte, verlustfreie Pulsationsreduzierung an der Signalentnahmestelle der Fluid-Kolbenmaschine statt. Es ist eine höhere Verstelldynamik möglich. Wegen geringerer Dämpfungsverluste aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist bei hydraulischen Reglern eine Wirkungsgradverbesserung der Einheit im Regelbetrieb möglich. Das Betriebsverhalten der Kolbenmaschine ist also verbessert. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist in einfacher Weise bei vorhandenen Umsteuerungen möglich. Eine erfindungsgemäße Umsteuerung hat einen großen nutzbaren Funktionsbereich.
Die Fluidkapazität wird insbesondere für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt, wobei die Hochdrucksteueröffnung und die Niederdrucksteueröffnung fest vorgegeben sind (konstante Hochdruckseite und konstante Niederdruckseite oder Tankseite). Der besondere Vorteil liegt darin, das im Betrieb der hydrostatischen Kolbenmaschine als Hydromotor und/oder als Hydropumpe mit Verstellbarkeit über die Nulllage oder mit wechselnder Drehrichtung eine deutlich geringere Pulsation im Niederdruckbereich der Anlage beziehungsweise des hydraulischen Systems realisiert werden kann. Bei hydrostatischen Kolbenmaschinen für wechselnde Drehrichtung mit gleicher Druckseite ergibt sich daraus die Verwendung von zwei getrennten Speichervolumina, da die Funktion der Umsteuerung je nach Drehrichtung wechselt. Die Nutzung einer Fluidkapazität für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck kann auch vorteilhaft sein, wenn eine direkte, im Wesentlichen ungedrosselte Fluidverbindung vom Umsteuerbereich zur Fluidkapazität und eine weitere gedrosselte Verbindung von der Fluidkapazität direkt in den Niederdruckbereich vorhanden sind.
In einer besonderen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine ist die Ausmündung der Fluidverbindung näher an der Niederdrucksteueröffnung als an der Hochdrucksteueröffnung des Steuerteils positioniert. Dann wird insbesondere in einem offenen hydraulischen Kreislauf und bei geringem Niederdruck das Saugverhalten im Pumpenbetrieb verbessert. Im Betrieb der Kolbenmaschine als Hydromotor wird eine deutlich geringere Pulsation im Niederdruckbereich des Systems, innerhalb dessen die Kolbenmaschine genutzt wird, realisiert.
Die Ausmündung der gedrosselten Verbindung kann auch näher an der Hochdrucksteueröffnung als an der Niederdrucksteueröffnung des Steuerteils positioniert sein. Bei dieser Ausführungsvariante erreicht der Druck im Speichervolumen (in der Fluidkapazität) das Hochdruckniveau und sinkt im Betrieb nicht bis auf Niederdruckniveau.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Drosselwirkung der Fluidverbindung unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluids ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich von zumindest einer Steueröffnung aus zumindest in einen Umsteuerbereich hinein eine Vorsteuernut erstreckt. Die Fluidkapazität mit entsprechender Ausmündung ist dann zusätzlich zu einer funktionsfähigen Basisumsteuerung vorhanden. Die Ausmündung kann seitlich neben der Vorsteuernut in der Steuerfläche liegen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich von einer Steueröffnung aus in einen Umsteuerbereich hinein eine Vorsteuernut mit insbesondere kontinuierlicher Querschnittserweiterung und die Ausmündung der gedrosselten Fluidverbindung liegt in der Vorsteuernut. Es wird eine einfache, kostengünstige und kompakte Lösung einer Umsteuerung erhalten, bei der die Fluidkapazität ständig an den zugeordneten Betriebsdruckanschluss angebunden ist. Eine zusätzliche Bohrung für diese Anbindung ist nicht notwendig. Vorteile bestehen dabei sowohl dann, wenn die hydrostatische Kolbenmaschine für den Einsatz in einem offenen hydraulischen Kreislauf und wenn sie für den Einsatz in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf vorgesehen ist.
Dabei sind insbesondere eine solche Positionierung der Ausmündung in der Vorsteuernut und einen solchen Drosselquerschnitt der Fluidverbindung gewählt, dass der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung größer ist als der Querschnitt der Vorsteuernut im Bereich der Ausmündung und die Vorsteuernut zur Steueröffnung hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich größer als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung ist, und zu seinem Auslauf hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung ist.
Bevorzugt erhält man die Querschnittverhältnisse einfach dadurch, dass die Ausmündung der Fluidverbindung in die Vorsteuernut so positioniert ist, dass sich die Vorsteuernut von der Ausmündung aus über eine größere Strecke, vorzugsweise über etwa zwei Drittel seiner Gesamtlänge zur Steueröffnung hin und über eine kleinere Strecke zu seinem Auslaufende hin erstreckt.
Die Vorsteuernut, in dem die Ausmündung der Fluidverbindung zu der Fluidkapazität positioniert ist, geht bevorzugt von der Hochdrucksteueröffnung aus.
Es kann sein, dass es mit Schwierigkeiten verbunden ist, in dem beengten Bauraum innerhalb einer hydrostatischen Kolbenmaschine nahe an den Umsteuerbereichen eine oder mehrere Fluidkapazitäten unterzubringen. Wenn nun die Drosselwirkung der Fluidverbindung zwischen der Ausmündung an der Steuerfläche und der Fluidkapazität im wesentlichen durch einen Drosselquerschnitt nahe an oder direkt in der Steuerfläche des Steuerteils erzielt wird und die Fluidverbindung zwischen dem Drosselquerschnitt und der Fluidkapazität einen Querschnitt hat, der wesentlich größer ist als der Drosselquerschnitt, besteht eine wesentlich größere Freiheit in der Anordnung der Fluidkapazitäten.
Durch entsprechende Wahl des Querschnitts der Fluidverbindung zwischen der Drosselstelle und der Fluidkapazität kann diese auch weit weg von einem Umsteuerbereich angeordnet sein. Hat die Fluidverbindung zwischen dem Drosselquerschnitt und der Fluidkapazität einen Querschnitt, der wenigstens acht Mal größer ist als der Drosselquerschnitt, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen (zur Fluidkapazität) bis zum Zehnfachen des hydraulischen Durchmessers der Verbindungsleitung ausgeführt sein. Beträgt der Querschnitt der Verbindungsleitung gar das Zwanzigfache des Drosselquerschnitts, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung nahezu beliebig verlängert werden. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei jeweils dem Speichervolumen zuzurechnen.
Die Fluidkapazität kann nun auch in einem separaten Kapazitätsgehäuse ausgebildet sein. Insbesondere können in dem Kapazitätsgehäuse auch zwei Fluidkapazitäten ausgebildet sein, von denen eine für die Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck und eine für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt wird.
Es ist auch nach wie vor eine direkte Integration in einen Freiraum des Gehäuses der Verdrängereinheit möglich, wobei jedoch eine größere Wahlmöglichkeit hinsichtlich der Platzierung besteht.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer Draufsicht auf einen Umsteuerbereich einer Steuerplatte und in einem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einem Steuerplatte einnimmt und die Axialkolbenmaschine sich im Pumpenbetrieb befindet,
2 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 1 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
3 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 2 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
4 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 3 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
5 in einer Draufsicht auf denselben Umsteuerbereich der Steuerplatte und in einem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß 1, wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einem Steuerplatte einnimmt und die Axialkolbenmaschine sich im Motorbetrieb befindet,
6 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 5 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
7 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 6 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
8 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 7 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
9 in einer Draufsicht auf einen Umsteuerbereich einer Steuerplatte und in einem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einem Steuerplatte einnimmt und die Axialkolbenmaschine sich im Motorbetrieb befindet,
10 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 9 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
11 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 10 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
12 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in 11 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
13 in einem Schnitt Steuerplatte und Anschlussplatte einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausmündung eines Verbindungskanals zu einem Speichervolumen in einer Vorsteuernut liegt,
14 in einem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte des Ausführungsbeispiel nach 13, wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einem Steuerplatte einnimmt und sich die Axialkolbenmaschine im Pumpenbetrieb befindet,
15 denselben Schnitt wie in 14 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
16 denselben Schnitt wie in 15 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
17 denselben Schnitt wie in 16 bei weitergedrehten Zylindertrommel und
18 in Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem sich zwei Speichervolumina in einem außen an dem Gehäuse einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine angebrachten Kapazitätsgehäuse befinden.
In den 1 bis 17 sind jeweils Teile einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gezeigt, die unter Beibehaltung der Drehrichtung und ohne Wechsel von Hochdruck- und Niederdruckseite sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden soll. Die nicht näher gezeigte Schrägscheibe kann deshalb in bekannter Weise bezüglich einer Nulllage, in der wenigstens theoretisch kein Druckmittelfluss durch die Maschine stattfindet, nach entgegengesetzten Richtungen verschwenkt werden. Eine solche Axialkolbenmaschine wird üblicherweise als über null verschwenkbar oder verstellbar bezeichnet.
In einer Zylindertrommel 25 befinden sich in jeweils gleichem Abstand von einer Trommelachse und in gleichen Winkelabständen voneinander mehrere, zum Beispiel neun Zylinderräume 26 in Form von Zylinderbohrungen, in denen nicht näher dargestellte Kolben längsbeweglich aufgenommen sind und die an einer Stirnseite der Zylindertrommel in länglichen, üblicherweise gekrümmten Zylinderraumöffnungen 27, die im Folgenden Steuerschlitze genannt werden, ausmünden. Die Breite der Steuerschlitze 27 ist kleiner als der Durchmesser einer Zylinderbohrung.
Die Zylindertrommel 25 liegt mit der Stirnseite mit den Steuerschlitzen 27 an einer als Steuerteil dienenden Steuerplatte 28 an und gleitet im Betrieb über die Steuerplatte hinweg. Die Steuerplatte besitzt zwei nierenförmige Steueröffnungen 29 und 30, die sich auf demselben Teilkreis wie die Steuerschlitze 27 befinden und von denen vorliegend die Steueröffnung 29 als Hochdrucksteueröffnung, in der im Betrieb ein hoher Druck (zum Beispiel ein Druck von 200 bar) ansteht, und die Steueröffnung 30 als Niederdrucksteueröffnung dient, in der im Betrieb ein niedriger Druck (zum Beispiel ein Druck kleiner 5 bar), insbesondere Tankdruck ansteht. Zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und der Niederdrucksteueröffnung 30 gibt es auf der Steuerplatte zwei Umsteuerbereiche, nämlich einen Umsteuerbereich 31, in dem die Steuerschlitze 27 von einer offenen fluidischen Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung 29 zu einer offenen fluidischen Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung 30 wechseln, und einen Umsteuerbereich 32, in dem die Steuerschlitze 27 von einer offenen fluidischen Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung 30 zu einer offenen fluidischen Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung 29 wechseln.
Innerhalb der beiden Umsteuerbereiche liegen auch die Totpunkte in der Hubbewegung der Kolben, in denen die Kolben am weitesten in eine Zylinderbohrung eingetaucht sind (innerer Totpunkt) oder am weitesten aus einer Zylinderbohrung herausragen (äußerer Totpunkt). Je nachdem, wie die Schrägscheibe gerade bezüglich der Nulllage verschwenkt ist, liegt ein Totpunkt innerhalb des einen Umsteuerbereichs oder innerhalb des anderen Umsteuerbereichs.
Um bei der Umsteuerung Druckspitzen in den Zylinderbohrungen und ungleichförmige Strömung und Druckpulsationen in den Steueröffnungen 29 und 30 und damit in Fluid-anschlüsse der Axialkolbenmaschine und im gesamten hydraulischen System gering zu halten, sind an einem Ende oder an beiden Enden einer Steueröffnung oder an den Enden beider Steueröffnungen 29 und 30 Vorsteuernuten 33 beziehungsweise Vorsteuernuten 34 eingebracht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 9 ist eine Vorsteuernut 33 im Umsteuerbereich 31 an der Niederdrucköffnung 30 vorhanden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 10 bis 13 hat in einem Umsteuerbereich die Niederdrucksteueröffnung eine Vorsteuernut 33 und die Hochdrucksteueröffnung eine Vorsteuernut 34. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 13 bis 17 ist in einem Umsteuerbereich nur eine Vorsteuernut 34 an der Hochdrucksteueröffnung 29 vorhanden. Die Vorsteuernuten sind so gestaltet, dass sich ihr Querschnitt von einer Steueröffnung aus kontinuierlich verringert. In den Ausführungsbeispielen sind die Vorsteuernuten Dreieckskerben, deren Tiefe und Breite sich von einer Steueröffnung aus linear verringern.
Die Steuerplatte 28 liegt verdrehsicher an einer Anschlussplatte 40 der Axialkolbenmaschine an, wobei in der Anschlussplatte ein Hochdruckkanal 41 und ein Niederdruckkanal 42 ausgebildet sind, die von einer Außenseite der Anschlussplatte zu der der Steuerplatte zugekehrten Stirnseite der Anschlussplatte führen und die an dieser Stirnseite eine den Steueröffnungen in der Steuerplatte entsprechende Querschnittsform haben und sich mit den Steueröffnungen zumindest weitgehend decken.
Um über die Wirkung der Vorsteuernuten hinaus eine Funktionsverbesserung der Umsteuerung bei der bestimmungsgemäß als Pumpe und als Motor betreibbaren Axialkolbenmaschine herbeizuführen, ist bei den Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 18 in der Anschlussplatte 40 ein Hohlraum 45 definierter Größe vorgesehen, der eine Fluidkapazität oder ein Speichervolumen bildet und von dem eine durch die Anschlussplatte 40 und die Steuerplatte 28 hindurchgehende Bohrung 46 mit einer Ausmündung 47 in den Umsteuerbereich 31 ausgeht. Die Ausmündung 47 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 8 nach einem Totpunkt näher an der Niederdrucksteueröffnung 30 als an der Hochdrucksteueröffnung 29 und neben der Vorsteuernut 33. Durch die Bohrung 46 ist eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Speichervolumen und der Ausmündung 47 gebildet.
Im Betrieb findet bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 9 in dem Umsteuerbereich 31 eine Umsteuerung der Steuerschlitze 27 von der Hochdrucksteueröffnung 29 zu der Niederdrucksteueröffnung 30 statt. Im Pumpenbetrieb ist das freie Volumen im Zylinderraum dabei klein, da sich der entsprechende Kolben nahe an oder in seinem inneren Totpunkt befindet. In der Darstellung nach 1 hat ein Steuerschlitz 27 im Pumpenbetrieb nach einem Förderhub des entsprechenden Kolbens gerade die Vorsteuernut 33 erreicht. Im Zylinderraum 26 herrscht noch der hohe Systemdruck. Im Speichervolumen 45 herrscht Niederdruck.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 die Vorsteuernut 33 und stellt zu einem geeigneten Zeitpunkt eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 26 und dem Speichervolumen über die Drosselbohrung 46 her (siehe 2). Ein Großteil der Fluidmenge des Druckabbaus im Zylinderraum 26 fließt nun nicht über die Vorsteuernut 33 ab, sondern über die Drosselbohrung 46 in das Speichervolumen 45, so dass sich dort der Druck erhöht.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 erreicht der Steuerschlitz 27 die Niederdrucksteueröffnung 30 (siehe 3) und überdeckt diese etwas. Dabei wurde der Druckabbau abgeschlossen, ohne dass die zum Druckabbau benötigte Fluidmenge vollständig in den Niederdruckanschluss abgeflossen ist. Der Druck im Speichervolumen ist zu diesem Zeitpunkt höher als in der Niederdrucksteueröffnung 30. Der Kolben überfährt schließlich seinen inneren Totpunkt.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 vergrößert sich durch die Kolbenbewegung der freie Zylinderraum 26. Da der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueröffnung 30 noch recht klein ist, entsteht im Zylinderraum 26 ein Unterdruck. Dieser wird durch einen Volumenstrom aus dem Speichervolumen 45 über die Drosselbohrung 46 zum Teil kompensiert und dadurch minimiert. Der Druck im Zylinderraum 26 und im Speichervolumen 46 ist schließlich niedriger als in der Niederdrucksteueröffnung 30, aber höher als er ohne das Speichervolumen 46 wäre.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 vergrößert sich die Überdeckung zwischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueröffnung 30 soweit, dass sich der Druck im Zylinderraum 26 nahezu dem Druck in der Niederdrucksteueröffnung 30 angleicht (siehe 4). Solange das Speichervolumen 45 über die Drosselbohrung 46 und den Steuerschlitz 27 mit der Niederdrucksteueröffnung verbunden ist, wird auch das Speichervolumen aus der Niederdrucksteueröffnung befüllt. Dabei wird insbesondere bei höherer Drehzahl im Speichervolumen 46 das Druckniveau der Niederdrucksteueröffnung 30 nicht ganz erreicht. Diese Tatsache erhöht die Effizienz in dem Stadium gemäß 2.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht somit in der Möglichkeit, im Betrieb der hydrostatischen Kolbenmaschine als Pumpe frei ansaugend, also ohne Vorladung des Niederdruckbereichs, deutlich höhere Drehzahlen als bei bekannten Kolbenmaschine ohne Saugmangel zu realisieren.
Im Motorbetrieb findet bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 9 ebenfalls in dem Umsteuerbereich 31 eine Umsteuerung der Steuerschlitze 27 von der Hochdrucksteueröffnung 29 zu der Niederdrucksteueröffnung 30 statt. Das freie Volumen im Zylinderraum ist nun jedoch groß, da sich der entsprechende Kolben nahe an oder in seinem äußeren Totpunkt befindet. In der Darstellung nach 5 hat ein Steuerschlitz 27 nach einem Arbeitshub des entsprechenden Kolbens gerade eine Vorsteuernut erreicht. Im Zylinderraum 26 herrscht noch der hohe Systemdruck. Im Speichervolumen 45 herrscht Niederdruck.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 die Vorsteuernut 33 in Richtung auf die Niederdrucksteueröffnung 30 zu und stellt zu einem geeigneten Zeitpunkt über die Drosselbohrung 46 eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 27 und dem Speichervolumen 45 her (siehe 6). Ein Teil der Fluidmenge des Druckabbaus fließt daher nicht sofort über die Vorsteuernut 33 ab, sondern gelangt über die Drosselbohrung 46 in das Speichervolumen 45, in dem sich der druck erhöht.
Der entsprechende Kolben überfährt schließlich seinen äußeren Totpunkt. Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 verkleinert sich durch die Kolbenbewegung der freie Zylinderraum 26 (siehe 7. Da die Überdeckung zwischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueröffnung noch recht klein ist, entsteht im Zylinderraum 26 insbesondere bei niedrigen und mittleren Betriebdrücken ein Überdruck. Dieser wird durch einen Volumenstrom in das Speichervolumen 45 über die Drosselbohrung 46 gering gehalten. Der Druck im Zylinderraum 26 steigt daher vor Erreichen der Niederdruck steueröffnung weniger stark an als es ohne das erfindungsgemäße Speichervolumen im Umsteuerbereich von Hochdruck auf Niederdruck der Fall wäre.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt zischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueröffnung 30 soweit, dass sich der Druck im Zylinderraum 26 nahezu dem Druck in der Niederdrucksteueröffnung 30 angleicht (siehe 8). Solange das Speichervolumen 45 über die Drosselbohrung 46 und den Steuerschlitz 27 mit der Niederdrucksteueröffnung 30 verbunden ist, wird auch der Druck im Speichervolumen 46 abgebaut. Dabei wird insgesamt ein deutlich gleichmäßigerer Volumenstrom in den Niederdruckbereich hinein erhalten als es ohne das erfindungsgemäße für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzte Speichervolumen 45 möglich wäre.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 9 bis 12 befindet sich die Ausmündung 47 der Drosselbohrung 46 vor einem Totpunkt näher an der Hochdrucksteueröffnung 29 als an der Niederdrucksteueröffnung 30 und neben der Vorsteuernut 34 der Hochdrucksteueröffnung 29.
Im Motorbetrieb erreicht der Steuerschlitz 27 eines Zylinderraums 26 den Umsteuerbereich 31 mit den Vorsteuernuten 34 und 33 (siehe 9). Der freie Zylinderraum 26 ist groß, da sich der entsprechende Kolben an seinem äußeren Totpunkt befindet. Der Druck im Speichervolumen 46 ist geringer als der Druck in der Hochdrucksteueröffnung 29 und im Zylinderraum 26.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 des Zylinderraums 26 den Umsteuerbereich 31 und stellt zu einem geeigneten Zeitpunkt eine fluidische Verbindung zwischen dem Zylinderraum 26 und dem Speichervolumen 45 über die Drosselbohrung 46 her (siehe 10).
Ein Teil der Fluidmenge für den Druckabbau im Zylinderraum 26 von Hochdruck zu Niederdruck fließt nun nicht direkt zwischen dem Zylinderraum 26 und der Niederdrucksteueröffnung 30, sondern wird über die Drosselbohrung 46 in dem Speichervolumen 45 zwischengespeichert (siehe 10 und 11).
Bei diesem Ausführungsbeispiel erreicht der Druck im Speichervolumen das Hochdruckniveau und ist, wenn die Verbindung zwischen dem Speichervolumen und dem Zylinderraum 26 getrennt ist, noch nicht bis auf das Niederdruckniveau gesunken, sinkt also überhaupt im Betrieb nicht bis auf das Niederdruckniveau (siehe 12).
Eine Kolbenmaschine gemäß den 9 bis 13 ist insbesondere auch dazu geeignet, um ohne Änderung der Nutzung der jeweiligen Steueröffnung in der Steuerplatte als Hochdrucksteueröffnung und als Niederdrucksteueröffnung, also bei fester Hochdruckseite und fester Niederdruckseite, mit wechselnder Drehrichtung zu arbeiten. Dazu ist sie über null verstellbar. Es werden dann im einen Umsteuerbereich ein erstes Speichervolumen und im zweiten Umsteuerbereich ein zweites Speichervolumen genutzt, wobei die Ausmündung einer Drosselbohrung jeweils vor dem Totpunkt in der Bewegung der Kolben positioniert ist. Jeweils eines der beiden Speichervolumina ist dann bei der Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck und das andere bei der Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck wirksam.
Ein besonderer Vorteil dieser Variante eines Ausführungsbeispiels liegt darin, dass im Betrieb der Kolbenmaschine als Motor und /oder als Pumpe mit wechselnder Drehrichtung und fester Druckseite eine deutlich geringere Volumen- und /oder Druckpulsation in der Anlage über einen deutlich erweiterten Betriebsbereich realisiert werden kann.
Auch das Ausführungsbeispiel nach den 13 bis 17 weist eine außer in den 14 bis 17 auch in 13 erkennbare Steuerplatte 28 mit einer nierenförmigen Hochdrucksteueröffnung 29 mit einer Vorsteuernut 34 und mit einer nierenförmigen Niederdrucksteueröffnung 30 und einer Anschlussplatte 40 mit einem Hochdruckkanal 41 und mit einem Niederdruckkanal 42 auf. In der Anschlussplatte 40 ein Hohlraum 45 definierter Größe vorgesehen, der eine Fluidkapazität oder ein Speichervolumen bildet und von dem eine durch die Anschlussplatte 40 und die Steuerplatte 28 hindurchgehende Bohrung 46 mit einer Ausmündung 47 in den Umsteuerbereich 32 ausgeht. Durch die Bohrung 46 ist eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Speichervolumen und der Ausmündung 47 gebildet. Die Ausmündung 47 befindet sich nun in der Vorsteuernut 34, die wie in den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Dreiecksnut mit von der Steueröffnung 29 weg kontinuierlich abnehmendem Querschnitt ist.
Und zwar ist die Position der Ausmündung in der Vorsteuernut 34 so gewählt, dass der Querschnitt der Vorsteuernut im Bereich der Ausmündung kleiner als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist. Andererseits gibt es zwischen der Ausmündung 47 und dem auslaufenden ende der Vorsteuernut 34 noch eine längere Strecke, in der der Querschnitt der Vorsteuernut wesentlich kleiner als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist. Zur Hochdrucksteueröffnung 29 gibt es andererseits noch eine Strecke der Vorsteuernut 34, in der deren Querschnitt wesentlich größer als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist.
An der Steuerplatte 28 gleitet im Betrieb eine Zylindertrommel 25 mit Zylinderräumen 26, in denen sich Kolben befinden und die sich in Steuerschlitzen 27 zur Steuerplatte hin öffnen, entlang. Dies ist genauso wie bei den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Ausgangspunkt für die Betrachtung der Funktionsweise sei nun die 14. Dort befindet sich ein zwei Steuerschlitze 27 voneinander trennender Steg der Zylindertrommel 25 gerade über der Vorsteuernut 34. Ein Steuerschlitz 27 befindet sich vor der Vorsteuernut 34 im Umsteuerbereich 32. Im entsprechenden Zylinderraum 26 herrscht Niederdruck. Das Speichervolumen 45 ist über die Drosselbohrung 46 und die Vorsteuernut 34 mit der Hochdrucksteueröffnung 29 und weiter mit dem Hochdruckkanal 41 verbunden. Im Speichervolumen 45 herrscht deshalb der gleiche Druck wie in der Hochdrucksteueröffnung 29.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 eines betrachteten Zylinderraums 26 die Vorsteuernut von deren der Hochdrucksteueröffnung 29 entfernten Ende her, bis sich ihre Vorderkante über der Ausmündung 47 befindet (siehe 15). Auf diesem Weg beginnt der Druckaufbau im Zylinderraum 26. Dabei wird bedingt durch die oben beschriebenen Querschnittsverhältnisse die zum Druckaufbau benötigte Fluidmenge vorrangig dem Speichervolumen 45 entnommen.
Die Vorderkante des Steuerschlitzes 27 überstreicht die Vorsteuernut 34 weiter bis zu einer Position, an der sie die Hochdrucksteueröffnung 29 erreicht (siehe 16).
Der weitere Druckaufbau verläuft wie bei einer Standardumsteuerung, die nur die Vorsteuernut 34 besitzt.
Somit wird bei einer Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck bis zum Druckausgleich zwischen einem Zylinderraum und der Hochdrucksteueröffnung weniger Fluid für den Druckaufbau im Zylinderraum aus der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Hochdruckkanal 41 entnommen als bei einer Umsteuerung ohne Speichervolumen.
Zum in der 16 festgehaltenen Zeitpunkt ist der Druck im Speichervolumen 46 bedingt durch die gegebenen Querschnittsverhältnisse noch deutlich geringer als der Druck in der Hochdrucksteueröffnung und im betrachteten Zylinderraum 26.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 des Zylinderraums 26 die Hochdrucksteueröffnung 29 (siehe 17). Durch die weiter oben beschriebenen Querschnittsverhältnisse an Drosselbohrung 46 und Vorsteuernut 34 beginnt der Druckausgleich zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Speichervolumen 45 im Wesentlichen erst, nachdem der Druckausgleich zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Zylinderraum 26 erreicht ist. Ergebnis ist eine insgesamt über einen längeren Zeitraum andauernde und damit vergleichmäßigte Fluidentnahme aus der Hochdrucksteueröffnung 29 und den damit in Verbindung stehenden Teilen des hydraulischen Kreislaufs für den Druckaufbau im Zylinderraum 26 und damit eine deutliche Verringerung der Druckpulsationen im Hochdruckbereich.
Die Lösung, bei der die Ausmündung in einer Vorsteuernut liegt, bietet insbesondere folgende Vorteile:
Gegenüber einer Standardumsteuerung mit Vorsteuernuten mit kontinuierlicher Querschnittserweiterung sind die Druckpulsationen an dem Anschluss, zu dem hin die erfindungsgemäße Umsteuerung angewandt wird, deutlich geringer. Zudem ist eine Kolbenmaschine mit herkömmlicher Umsteuerung mit einem geringen Aufwand bei der Auslegung nachrüstbar. Gegenüber einer Umsteuerung unter Nutzung eines Speichervolumens, bei dem die Ausmündung eines das Speichervolumen mit einem Umsteuerbereich verbindenden Kanals außerhalb einer Vorsteuernut im Umsteuerbereich liegt, besteht der Vorteil, dass mit einem einzigen Speichervolumen und einer einzigen Ausmündung ein größerer Betriebsbereich einer hydrostatischen Kolbenmaschine sehr gut abgedeckt werden, da die unterlegte Standardumsteuerung mit einer Vorsteuernut deutlich „toleranter“ ist. Das Speichervolumen kann kleiner ausgelegt werden, wobei die Umsteuerung voll funktionsfähig erhalten bleibt. Gegenüber einer Umsteuerung mit einer ständigen, gedrosselten Verbindung zwischen dem Speichervolumen und einer Hochdrucksteueröffnung, bei der zusätzlich zu einem Kanal, der vom Speichervolumen zum Umsteuerbereich führt, eine zusätzliche Drosselbohrung zwischen dem Speichervolumen und dem Hochdruckbereich der Kolbenmaschine vorhanden ist, entfällt diese zusätzliche Drosselbohrung. Die Wirksamkeit des Speichervolumens ist durch die automatisch querschnittsgesteuerte Unterbrechung des Ladevorgangs noch verbessert.
Die hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß 18 besitzt zwei Speichervolumina, eines für die Umsteuerung von einer Hochdrucksteueröffnung zu einer Niederdrucksteueröffnung und eines für die Umsteuerung von der Niederdrucksteueröffnung zur Hochdrucksteueröffnung einer Steuerplatte. Die beiden Speichervolumina sind in einem separaten, druckfesten, zum Beispiel metallischen Gehäuse 50 ausgebildet, das außerhalb des eigentlichen Gehäuses der hydrostatischen Kolbenmaschine an einer Anschlussplatte 51 befestigt ist, die ein topfartiges Gehäuseteil 52 verschließt und an dem der Hochdruckanschluss und der Niederdruckanschluss (Tankanschluss) der Kolbenmaschine ausgebildet sind. Nur schematisch sind eine zum einen Speichervolumen führende Verbindungsleitung 53 und eine zum anderen Speichervolumen führende Verbindungsleitung 54 angedeutet. Diese Verbindungsleitungen setzen sich im Inneren der Kolbenmaschine bis zu den Umsteuerbereichen an einer Steuerplatte fort. Ein Drosselquerschnitt in der Verbindungsleitung ist nah oder direkt an der Steuerfläche der Steuerplatte ausgebildet. Die Verbindungsleitungen können zumindest auf einem Teil ihrer Länge als ausreichend druckfeste Schlauchleitungen ausgeführt sein. Denkbar ist es jedoch auch, die Verbindungsleitungen zumindest auf einem Teil ihrer Länge als Rohre auszuführen.
Beträgt der Querschnitt der Verbindungsleitung circa das Achtfache bis Fünfzehnfache des Drosselquerschnitts, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung bis zum Zehnfachen bis Fünfzehnfachen des hydraulischen Durchmessers der Verbindungsleitung ausgeführt sein. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei dem Speichervolumen zuzurechnen.
Beträgt der Querschnitt der Verbindungsleitung mindestens das Zwanzigfache des Drosselquerschnitts, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung nahezu beliebig verlängert werden. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei dem Speichervolumen zuzurechnen.
Bei beengtem Bauraum innerhalb von Bauteilen einer hydrostatischen Kolbenmaschine kann also ein Speichervolumen frei positioniert werden. Es ist nicht notwendig, das Speichervolumen unmittelbar in oder auch an der Anschlussplatte der hydrostatischen Kolbenmaschine anzubringen. Es kann sich zum Beispiel auch abseits neben der Kolbenmaschine befinden oder in Freiräume eines von der Abschlussplatte verschlossenen Gehäuseteils der Kolbenmaschine integriert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4229544 C2 [0002, 0004, 0010]
DE 102008061349 A1 [0006]
DE 19706116 A1 [0007, 0008]
DE 3700573 A1 [0010]

Claims

Hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere hydrostatische Axialkolbenmaschine, mit einem rotierenden Zylinderteil (25) mit mehreren Zylinderräumen (26), in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind, wobei jeder Zylinderraum (26) über eine Zylinderraumöffnung (27) wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung (30) und einer Hochdrucksteueröffnung (29) eines ruhenden Steuerteils (28) verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung (30) und der Hochdrucksteueröffnung (29) zwei Umsteuerbereiche (31, 32) befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Umsteuerbereich (31, 32) eine Ausmündung (47) vorgesehen ist, die die Zylinderraumöffnungen (27) zumindest annähernd auf ihrer gesamten Länge überstreichen, dass eine Fluidkapazität (45) definierter Größe vorgesehen ist und dass die Ausmündung (47) über eine gedrosselte Fluidverbindung (46) mit der Fluidkapazität (45) verbunden ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdrucksteueröffnung (29) und die Niederdrucksteueröffnung (30) fest vorgegeben sind und die Fluidkapazität (45) einschließlich zugehöriger Fluidverbindung (46) und Ausmündung (47) für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt wird.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine weitere Fluidkapazität einschließlich zugehöriger Fluidverbindung und Ausmündung für die Nutzung bei der Umsteuerung von Niederdruck auf Hochdruck.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung (47) einer gedrosselten Fluidverbindung (46) näher an der Niederdrucksteueröffnung (30) als an der Hochdrucksteueröffnung (29) des Steuerteils (28) positioniert ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung (47) einer gedrosselten Fluidverbindung (46) näher an der Hochdrucksteueröffnung (29) als an der Niederdrucksteueröffnung (30) des Steuerteils (28) positioniert ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwirkung unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluids ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich von zumindest einer Steueröffnung (29, 30) aus zumindest in einen Umsteuerbereich (31, 32) hinein eine Vorsteuernut (33, 34) erstreckt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Steueröffnung (30) aus in einen Umsteuerbereich (31) hinein eine Vorsteuernut (33) mit insbesondere kontinuierlicher Querschnittserweiterung erstreckt und dass die Ausmündung (47) der Fluidverbindung (46) in Laufrichtung des Zylinderteils (25) gesehen seitlich neben der Vorsteuernut (33) liegt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Steueröffnung (29) aus in einen Umsteuerbereich (32) hinein eine Vorsteuernut (34) mit insbesondere kontinuierlicher Querschnittserweiterung erstreckt und dass die Ausmündung (47) der Fluidverbindung (46) in der Vorsteuernut (34) liegt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 9, gekennzeichnet durch eine solche Positionierung der Ausmündung (47) in der Vorsteuernut (34) und einen solchen Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46), dass der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46) größer ist als der Querschnitt der Vorsteuernut (34) im Bereich der Ausmündung (47) und die Vorsteuernut (34) zur Steueröffnung (29) hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich größer als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46) ist, und zu ihrem Auslauf hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46) ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuernut (34), in der die Ausmündung (47) der Fluidverbindung (46) zu der Fluidkapazität (45) positioniert ist, von der Hochdrucksteueröffnung (29) ausgeht.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwirkung der Fluidverbindung zwischen der Ausmündung an der Steuerfläche und der Fluidkapazität im wesentlichen durch einen Drosselquerschnitt (48) nahe an oder direkt in der Steuerfläche des Steuerteils (28) erzielt wird und die Fluidverbindung zwischen dem Drosselquerschnitt und der Fluidkapazität einen Querschnitt hat, der wesentlich größer ist als der Drosselquerschnitt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung (53, 54) zwischen dem Drosselquerschnitt (48) und der Fluidkapazität (45) einen Querschnitt hat, der wenigstens acht Mal größer ist als der Drosselquerschnitt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkapazität in einem separaten Speichergehäuse (50) ausgebildet ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speichergehäuse (50) zwei Fluidkapazitäten ausgebildet sind, von denen eine für die Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck und eine für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt wird.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse aufweist und dass eine Fluidkapazität in einen Freiraum des Gehäuses integriert ist.