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Die Erfindung betrifft eine Steuerscheibe für eine Fluiddurchgangssteuereinrichtung, die zumindest einen Fluidsperroberflächenbereich und zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereich, der innerhalb des zumindest einen Fluidsperroberflächenbereichs angeordnet ist, aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fluidventileinheit, die eine derartige Steuerscheibe aufweist, eine Fluidarbeitsmaschine mit einer Steuerscheibe und ein Verfahren zur Herstellung einer Steuerscheibe.
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Bei Hydraulikkreisläufen müssen die verwendeten Vorrichtungen hohe Drücke handhaben können. Dies betrifft nicht nur hydraulische Speichertanks, Hydraulikventile, Hydraulikleitungen und dergleichen, sondern insbesondere auch hydraulische Verbraucher und Hydraulikpumpen. Bei heutigen Hydrauliken werden typischerweise Drücke im Bereich von 200 bar bis 500 bar verwendet. Um das Leistungsvermögen der Hydrauliken zu erhöhen, werden auch noch höhere Drücke angepeilt, und manchmal auch bereits verwendet. Drücke im Bereich von 500 bar und darüber sind realistisch.
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Unabhängig von der gewählten Druckgrenze treten aufgrund der hohen Hydraulikdrücke, die auf Oberflächen, die mit dem Hydraulikfluid in Kontakt kommen, ausgeübt werden, große mechanische Belastungen der betroffenen Vorrichtungen auf. Dies führt unvermeidlich zu gewissen Dehnungseffekten und/oder Deformationen der betreffenden Teile. Während diese Effekte manchmal unproblematisch sind, können Sie bei bestimmten Anwendungsgebieten und/oder bei bestimmten Bauteilen erhebliche Probleme verursachen.
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Wenn sich beispielsweise aufgrund der Druckbeaufschlagung bei einer Fluidleitung (einem Rohr oder einem Schlauch) der Durchmesser erhöht, kann damit auf einfache Weise dadurch umgegangen werden, dass ein ausreichendes Spiel zu Nachbarteilen vorgesehen wird. Dieses Spiel kann durch einen ausreichenden Abstand zwischen dem betreffenden Teil und seinen benachbarten Teilen zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin können die dadurch zur Verfügung gestellten Abstände (teilweise) mit einem elastischen Material verfüllt werden. Ein Beispiel hierfür sind (beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigte) Halteklammern, die ein Rohr halten. Möglicherweise wird zwischen der Halteklammer und dem Rohr ein elastisches Material (Gummi oder dergleichen) platziert. Selbst dann, wenn unterschiedliche Teile miteinander in Kontakt kommen, ist dies manchmal unproblematisch, insbesondere dann, wenn die Dehnung/Deformation der einander kontaktierenden Teile in korrespondierender Weise erfolgt. In einem solchen Fall tritt - trotz der Verformung und/oder der Dehnung der jeweiligen Teile - keine (oder zumindest fast keine) relative Verformung/Dehnung der einander benachbarten Teile zueinander auf.
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Manchmal ist es auch möglich, die Dehnung/Verformung bereits vorab bei der Konstruktion des betreffenden Bauteils zu berücksichtigen. Dies ist jedoch üblicherweise nur dann eine sinnvolle Option, wenn das betreffende Teil im Betrieb einem mehr oder weniger konstanten Druck ausgesetzt ist.
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Besondere Probleme treten daher dann auf, wenn ein bestimmtes Bauteil sich stark verändernden Drücken ausgesetzt ist, während es ein unterschiedliches Bauteil kontaktieren muss, das in einer nicht-korrespondierenden Weise hohen Drücken ausgesetzt ist. Das Problem wird nochmals verstärkt, wenn sich die betreffenden Teile relativ zueinander bewegen müssen, insbesondere in im Wesentlichen flüssigkeitsdichter Weise.
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Solche besonders nachteiligen Betriebsbedingungen sind die typischen Betriebsbedingungen für Hydraulikpumpen, Hydraulikmotoren und Hydraulikarbeitsmaschinen (Vorrichtungen, die sowohl als Hydraulikmotor, als auch als Hydraulikpumpe betrieben werden können.).
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Eines der vielleicht kritischsten Teile, die in solchen Vorrichtungen verwendet werden, sind Steuerscheiben, wie Lagerscheiben und Ventilscheiben. Derartige Vorrichtungen werden als Fluideingangsventil und/oder Fluidausgangsventil verwendet. Es handelt sich um Schreiben, die mehrere Fluidöffnungen aufweisen, die relativ zueinander bewegt werden (üblicherweise Rotation relativ zueinander). Da sie zumindest teilweise mit einer Pumpkammer in Verbindung stehen, sind zumindest ihre exponierten Teile wiederholt sich stark verändernden Drücken ausgesetzt (typischerweise zwischen Umgebungsdruck und maximalem Systemdruck). Dennoch müssen sie ohne übermäßige mechanische Reibung relativ zueinander bewegt werden können, wobei sie gleichzeitig eine gute Dichtigkeit für das Hydraulikfluid aufweisen müssen, um einen übermäßigen Effizienzverlust zu vermeiden.
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Die Standardherangehensweise im Stand der Technik besteht darin, die betreffenden Scheiben so steif wie möglich auszuführen. Dieses Ziel kann durch Verwendung härterer Materialien erzielt werden (beispielsweise Verwendung von hochfesten Stahllegierungen anstelle von Standardstahl), durch eine dickere Ausführung der betreffenden Teile, oder durch Verwendung von Stützrippen oder sonstigen Verstärkungsstrukturen auf der Oberfläche der Scheiben (wobei derartige Strukturen üblicherweise nur auf den nicht-kontaktierenden Oberflächen der Ventilscheibe und der Lagerscheibe verwendet werden können, falls überhaupt).
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Obwohl diese Herangehensweisen in der Praxis recht gut funktionieren, weisen sie dennoch gewisse Nachteile auf. Nachteilig sind beispielsweise erhöhte Kosten (durch Bereitstellung hochfester Legierungen), erhöhtes Gewicht (durch Verwendung von Verstärkungsstrukturen oder Vergrößerung der Dicke der betreffenden Teile), oder Vergrößerung des erforderlichen Bauraums (Erhöhung der Dicke der betreffenden Teile und/oder Verwendung von Verstärkungsrippen).
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Es ist somit offensichtlich, dass nach wie vor Raum für weitere Verbesserungen vorhanden ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Steuerscheibe für eine Fluiddurchgangssteuereinrichtung, die zumindest einen Fluidsperroberflächenbereich und zumindest einen im Fluidsperroberflächenbereich angeordneten Fluiddurchgangsoberflächenbereich aufweist, zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zu Steuerscheiben, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fluidventileinheit vorzuschlagen, die gegenüber im Stand der Technik bekannten Fluidventileinheiten verbessert ist; eine Fluidarbeitsmaschine vorzuschlagen, die gegenüber im Stand der Technik bekannten Fluidarbeitsmaschinen verbessert ist und ein Verfahren zur Herstellung einer Steuerscheibe vorzuschlagen, das gegenüber im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für Steuerscheiben verbessert ist.
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Es wird daher vorgeschlagen, eine Steuerscheibe für eine Fluiddurchgangssteuereinrichtung, die zumindest einen Fluidsperroberflächenbereich und zumindest einen innerhalb des zumindest einen Fluidsperroberflächenbereichs angeordneten Fluiddurchgangsoberflächenbereich aufweist, derart auszubilden, dass innerhalb der Fluiddurchgangsöffnung des zumindest einen Fluiddurchgangsbereichs zumindest ein Strukturverstärkungselement angeordnet ist. Bei Verwendung eines solchen Aufbaus ist es überraschenderweise möglich, erhebliche Vorteile erzielen zu können, wenn man - wie sich herausstellt - vergleichsweise kleine Nachteile in Kauf nimmt. Betrachtet man die Gesamtvorrichtung, kann daher ein gegebenenfalls deutlich verbesserter Gesamtaufbau realisiert werden. Bislang ging man fest davon aus, dass die Öffnung, die für den Fluiddurchfluss zur Verfügung gestellt wird (zumindest bei bestimmten Positionen der Vorrichtung), von jeglichen Hindernissen freigehalten werden muss, da ansonsten der unvermeidlicher Weise auftretende erhöhte Fluidwiderstand die Effektivität der Vorrichtung in einem nicht akzeptablen Ausmaß negativ beeinflussen würde. Wie sich jedoch herausstellt, ist die Vergrößerung des Fluidströmungswiderstands vergleichsweise gering, insbesondere dann, wenn das Strukturverstärkungselement in geeigneter Weise ausgebildet ist. Weiterhin muss man bedenken, dass ein aufgrund des zumindest einen Strukturverstärkungselements auftretender erhöhter Fluidströmungswiderstand durch Vergrößerung der Fläche des betreffenden Fluiddurchgangsoberflächenbereichs ausgeglichen werden kann (insbesondere im Verhältnis zu einer Referenzfläche ohne Strukturverstärkungselement, d. h. im Verhältnis zur Größe der zugrundeliegenden Grundform). Sofern die Fläche des zumindest einen Strukturverstärkungselements, das der Fluidströmung entgegentritt, vergleichsweise klein ist, ist auch die entsprechende Vergrößerung der Fläche des Fluiddurchgangsoberflächenbereichs vergleichsweise klein (sofern überhaupt erforderlich). Die Erfinder haben überraschenderweise herausgefunden, dass das zumindest eine Strukturverstärkungselement sogar den Fluidströmungsdurchsatz erhöhen kann (oder auf einem im Wesentlichen identischen Niveau belassen kann), zumindest bei bestimmten Betriebsbedingungen und/oder bei Verwendung bestimmter Bauformen. Dies scheint darauf zu beruhen, dass durch die Bereitstellung einer Mehrzahl von einzelnen Teilöffnungen (aufgrund des unterteilenden Effekts des zumindest einen Strukturverstärkungselements) die Fluidströmung durch die betreffenden Teilöffnungen laminarer werden kann/eine weniger turbulente Fluidströmung zeigen kann. Da im strömenden Fluid weniger Wirbel auftreten, kann der Fluidströmungsdurchsatz möglicherweise in einem Ausmaß erhöht werden, das höher ist, als man es erwarten würde. Eine „Steuerscheibe“ im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann als Vorrichtung aufgefasst werden, deren laterale Abmessungen entlang ihrer großdimensionierten Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Dicke wesentlich größer ist (als Begrenzungsfaktor/Begrenzungsquotient kann zumindest 5, 10, 25, 50, 75 oder 100 verwendet werden; somit handelt es sich um eine Art von „Flachelement“). Die großdimensionierte Oberfläche weist zumindest eine Öffnung für einen Fluidströmungsdurchgang auf. Obgleich es bevorzugt ist, dass die großdimensionierte Oberfläche im Wesentlichen einer flachen Ebene entspricht, ist dies nicht unbedingt erforderlich. Insbesondere können zumindest Teile der großdimensionierten Oberfläche gebogen sein, mit einer bestimmten Form versehen sein, Vorsprünge aufweisen, oder dergleichen. Insbesondere werden Ausnehmungen oder Öffnungen, die die Dicke der Steuerscheibe verringern (gegebenenfalls einschließlich einer Dicke von null, sodass kein Material mehr verbleibt), üblicherweise nicht für die Definition der Umrissformgebung der Steuerscheibe herangezogen. Unter Berücksichtigung dieser Definitionen sind insbesondere Platten oder plattenartige Vorrichtungen, Scheiben oder scheibenartige Vorrichtungen, oder dergleichen als Steuerscheibe anzusehen. Der Oberflächenbereich des zumindest einen Fluidsperroberflächenbereichs (fluid blocking surface section) und der Oberflächenbereich des zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereichs (fluid passage surface section) sind in ähnlicher Weise als üblicherweise mehr oder weniger parallel zur großdimensionierten Oberfläche der Steuerscheibe ausgerichtet anzusehen. Selbstverständlich wird die Steuerscheibe typischerweise einige Oberflächen aufweisen, die mehr oder weniger parallel zur Oberflächennormalen der Steuerscheibe ausgerichtet sind / die mehr oder weniger parallel zur Oberflächennormalen der großdimensionierten Oberfläche der Steuerscheibe ausgerichtet sind und/oder die mehr oder weniger parallel zur Höhenachse der Steuerscheibe ausgerichtet sind. Oberflächenbereiche mit einer derartigen Ausrichtung sind jedoch normalerweise vergleichsweise klein, insbesondere dann, wenn man sie mit den großdimensionierten Oberflächen der Steuerscheibe vergleicht. Typischerweise ist der zumindest eine Fluiddurchgangsoberflächenbereich als Loch ausgebildet, dessen Formgebung im Wesentlichen beliebig sein kann. Insbesondere kann man kreisförmige Löcher, rechteckige Löcher, nierenförmige Löcher oder Spalte, längliche Löcher, oder dergleichen in Betracht ziehen. Gemäß dem vorliegenden Dokument ist die Formgebung normalerweise hinsichtlich der „Grundform“ zu betrachten, d. h. hinsichtlich der Formgebung, die sich ohne das zumindest eine Strukturverstärkungselement ergibt. Da das zumindest eine Strukturverstärkungselement den betreffenden Fluiddurchgangsoberflächenbereich üblicherweise in zwei oder mehrere voneinander separierte Teile unterteilt (obgleich dies nicht unbedingt erforderlich ist), kann man dies dahingehend auffassen, dass der Fluiddurchgangsoberflächenbereich nunmehr in eine Mehrzahl von Fluiddurchgangsoberflächenbereiche mit geringerer Größe aufgeteilt ist, die man als Fluiddurchgangsoberflächenteilbereiche, Fluiddurchgangsteilöffnungen, Teilöffnungen, Fluiddurchgangsteilbereiche, Teildurchgangsbereiche, Teilfluiddurchgangsbereiche, unterteilte Durchgangsbereiche, oder dergleichen bezeichnen kann. Darüber hinaus wird/werden normalerweise zumindest ein, mehrere, eine Mehrzahl von, die Mehrheit der, oder (im Wesentlichen) alle der zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereich(e) vollständig von zumindest einem des zumindest einen Fluidsperroberflächenbereichs umgeben sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Stattdessen ist es auch möglich, dass zumindest ein, mehrere, eine Mehrzahl von, die Mehrzahl der, oder (im Wesentlichen) alle der Fluiddurchgangsoberflächenbereich(e) an einer Seite des betreffenden Fluidsperroberflächenbereichs der Steuerscheibe angeordnet ist/sind, sodass diese(r) in einem gewissen Sinne nach außen hin offen ist/sind und/oder sodass der Fluiddurchgangsoberflächenbereich als typischerweise vergleichsweise großdimensionierte Ausnehmung aufgefasst werden kann, die in den Fluidsperroberflächenbereich der Steuerscheibe / in die Steuerscheibe hineinragt. Da das zumindest eine Strukturverstärkungselement derart vorgesehen ist, ausgebildet ist und/oder angeordnet ist, dass die Steuerscheibe in Bezug auf Dehnungseffekte / Verformungen aufgrund von auf die Steuerscheibe einwirkender mechanischer Belastung widerstandsfähiger wird, insbesondere hinsichtlich mechanischer Beanspruchungen wie eine Kraftbeaufschlagung durch Fluiddrücke, die bei Standardbetriebsbedingungen der Vorrichtung, für die die Steuerplatte verwendet wird, auftreten, wird die Vorrichtung, in der die Steuerplatte verwendet wird, typischerweise ein verbessertes Verhalten gegenüber vergleichbaren Steuerscheiben / Vorrichtungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, zeigen. Insbesondere kann die Steuerscheibe / die sich ergebende Vorrichtung einen geringeren mechanischen Verschleiß, eine im Betrieb verringerte mechanische Reibung, weniger Hydraulikfluidverluste, eine verringerte Ausbildung von Mikrobrüchen aufgrund des wiederholten Auftretens einer Belastung, und dergleichen zeigen. Selbstverständlich ist es möglich, dass das zumindest eine Strukturverstärkungselement zusätzlich zu bereits vorgesehenen Maßnahmen verwendet wird (wie beispielsweise strukturverstärkenden Rippen, festeren Materialien und/oder einer dickeren Steuerscheibe, also einer Steuerscheibe mit einer vergrößerten Höhe). Ebenso ist es jedoch möglich, dass das zumindest eine Strukturverstärkungselement dazu verwendet wird, zumindest eine, mehrere, eine Mehrzahl von, die Mehrheit der oder (im Wesentlichen) alle der vorab genannten Maßnahmen zur Versteifung der Steuerscheibe zumindest teilweise zu ersetzen. Dadurch ist es möglich, dass die Dicke im Vergleich zu bisherigen Ausbildungsformen gleich bleiben kann, während strukturverstärkende Rippen, die auf einer großdimensionierten Oberfläche der Steuerscheibe angeordnet waren, weggelassen werden können. Ebenso ist es möglich, dass sowohl die Rippen weggelassen werden können, als auch die Höhe verringert werden kann. Weitere Kombinationen können selbstverständlich ebenso genutzt werden. Hinsichtlich der Verwendung von zumindest einem Strukturverstärkungselement zusätzlich zu bereits vorhandenen Maßnahmen zur Versteifung der Steuerscheibe sollte darauf hingewiesen werden, dass auch ein derartiger Aufbau von Vorteil sein kann, da das Auftreten von Verformungen / Dehnungseffekten aufgrund von mechanischer Belastung weiter reduziert werden kann, was sich natürlich als vorteilhaft erweisen kann. In ähnlicher Weise kann das Ausmaß von zumindest einer der vorab genannten Maßnahmen (oder mehrerer) verringert werden (beispielsweise kann eine etwas geringere Dicke der Scheibe verwendet werden / kann eine geringere Anzahl von Rippen auf der Rückseite der Scheibe vorgesehen werden, und dergleichen).
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Obwohl die Steuerscheibe für eine Vielzahl von Anwendungszwecken genutzt werden kann und für eine Vielzahl von Vorrichtungen ausgebildet werden kann, wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuerscheibe (port plate) als Ventilscheibe (valve plate) und/oder als Lagerscheibe (bearing plate) für eine Fluidarbeitsmaschine ausgebildet und eingerichtet ist. Vorzugsweise kann die Steuerscheibe als Vorrichtung für eine Hochdruckfluidarbeitsmaschine, weiter bevorzugt für eine Hydraulikfluidarbeitsmaschine, besonders bevorzugt für eine Hochdruckhydraulikfluidarbeitsmaschine, ausgebildet und eingerichtet sein. Die Steuerscheibe kann dann die ihr innewohnenden Eigenschaften und Vorteile in einem besonders großen Ausmaß zeigen. Dies ist natürlich besonders vorteilhaft. Dementsprechend kann auch die schlussendliche Vorrichtung, für die die Steuerscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in analoger Weise verbessert werden. Die Fluidarbeitsmaschine kann insbesondere eine Fluidpumpe oder ein Fluidmotor sein. Weiterhin kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die sowohl als Fluidmotor, als auch als Fluidpumpe betrieben werden kann. Als Hochdruck wird normalerweise ein Druck in einem Bereich von 200 bar, 300 bar, 400 bar oder 500 bar und darüber verstanden (also 200 bar und mehr, 300 bar und mehr usw.). Bei dem Fluid kann es sich um eine beliebige Art von Flüssigkeit oder Gas handeln, insbesondere auch um ein Gemisch aus beidem. Weiterhin kann es sich auch (teilweise) um ein hyperkritisches Fluid handeln, bei dem keine Unterscheidung zwischen Flüssigkeit und Gas mehr getroffen werden kann. Es ist unproblematisch, wenn in dem betreffenden Fluid ein gewisser Anteil an festen Partikeln enthalten ist (d. h. eine Art von Suspension oder Rauch vorliegt). Eine Ventilscheibe und eine Lagerscheibe werden typischerweise in Kombination als eine Art von gesteuertem Ventil verwendet, wobei dessen Zustand (offen/geschlossen) von der relativen Lage von Ventilscheibe und Lagerscheibe zueinander abhängt. Durch Verwendung einer derartigen Kombination aus Ventilscheibe und Lagerscheibe kann das Verhalten eines gesteuerten Ventils mit einem anders gearteten Aufbau auf einfache und zuverlässige weise „nachgeahmt werden“. Typischerweise werden derartige Kombinationen aus Ventilscheibe und Lagerscheibe für Schrägscheibenfluidmaschinen, Taumelscheibenfluidmaschinen, Schrägachsenfluidmaschinen und/oder dergleichen verwendet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Steuerscheibe derart auszubilden, dass in der Fluiddurchgangsöffnung des zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereichs eine Mehrzahl von Strukturverstärkungselementen vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl von Strukturverstärkungselementen vorzugsweise zumindest teilweise miteinander verbunden ist, besonders bevorzugt derart, dass sie zumindest teilweise einen fachwerkartigen Aufbau und/oder einen bienenwabenartigen Aufbau aufweisen. Durch Verwendung derartiger Strukturverstärkungselemente kann die Steifigkeit der betreffenden Steuerscheibe typischerweise weiter verbessert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Mehrzahl an Strukturverstärkungselementen in gewisser Weise derart miteinander verbunden ist, sodass diese eine Art von Netz, von miteinander verbundenen Strukturen, oder dergleichen ausbilden, sodass sich die betreffenden Verstärkungselemente gegenseitig stützen. Dennoch kann sich zumindest in bestimmten Betriebsumgebungen auch ein einzelnes Strukturverstärkungselement als ausreichend erweisen, insbesondere dann, wenn das betreffende Strukturverstärkungselement einen bestimmten Aufbau, eine bestimmte Form oder dergleichen aufweist. Die vorab vorgeschlagenen fachwerkartigen Bauweisen und/oder bienenwabenartigen Bauweisen der Strukturverstärkungselemente weisen eine typischerweise große strukturelle Integrität auf (d. h., dass dies in einer besonders steifen Ventilplatte resultiert), wobei vergleichsweise wenig Material für die Strukturverstärkungselemente erforderlich ist, was wiederum bedeutet, dass lediglich ein kleiner Teil der Fluiddurchgangsöffnungen durch die Strukturverstärkungselemente „blockiert“ wird, was wiederum bedeutet, dass lediglich eine vergleichsweise kleine Fluiddurchströmungsfläche blockiert wird. Auf diese Weise verringern sich die Fluiddurchströmungseigenschaften in einem lediglich vergleichsweise geringem Umfang (falls überhaupt). Dies kann natürlich (sofern überhaupt erforderlich) durch Bereitstellung einer größeren Fläche für den betreffenden Fluiddurchgangsoberflächenbereich ausgeglichen werden, so wie dies vorab erwähnt wurde. Selbstverständlich kann eine noch steifere Steuerscheibe realisiert werden, sofern nicht lediglich ein einzelner Fluiddurchgangsoberflächenbereich mit zumindest einem Strukturverstärkungselement versehen wird, sondern vielmehr mehrere, eine Mehrzahl von, die Mehrheit der oder sogar (im Wesentlichen) alle der Fluiddurchgangsoberflächenbereiche mit zumindest einem Strukturverstärkungselement versehen werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es möglich ist, dass zumindest zwei, einige, eine Mehrzahl von, die Mehrheit der oder sogar (im Wesentlichen) alle der Fluiddurchgangsoberflächenbereiche hinsichtlich des zumindest einen Strukturverstärkungselements einen ähnlichen Aufbau zeigen (sofern diese überhaupt ein Strukturverstärkungselement aufweisen. Dies gilt insbesondere in Bezug auf die Anzahl, die Formgebung, die Bauweise, die Größe, das Verknüpfungsausmaß und dergleichen des zumindest einen Strukturverstärkungselements.
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Es ist jedoch ebenso möglich, dass sich diese (zumindest ein Teil dieser) Eigenschaften bei zumindest einigen der Fluiddurchgangsoberflächenbereiche, die zumindest ein Strukturverstärkungselement aufweisen, zumindest zum Teil unterscheiden.
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Obgleich im Wesentlichen beliebige Formen verwendet werden können, ist es bevorzugt, wenn die Steuerscheibe derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Strukturverstärkungselement derart ausgebildet ist, dass es fluiddurchgangsverbessernde Eigenschaften aufweist. Dies gilt insbesondere in Bezug auf die Standardrichtung (oder möglicherweise auch die Standardrichtungen) des Fluids, das durch den betreffenden zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereich hindurchfließt. Derartige fluiddurchgangsverbessernde Eigenschaften können durch Verwendung von Querschnittsformen der jeweiligen Strukturverstärkungselemente realisiert werden, die einen vergleichsweise niedrigen Fluidströmungswiderstand für das betreffende, vorbeiströmende Fluid aufweisen (typischerweise ein niedriger cw-Koeffizient), gegebenenfalls auch durch Verwendung bestimmter Oberflächenstrukturen der strukturverstärkenden Elemente (derart, dass die Grenzschicht längs der Oberfläche des strukturverstärkenden Elements / der Fluiddurchgangsöffnung so lange wie möglich laminar bleibt), durch Verwendung einer bestimmten Größe der Teilöffnungen (sodass der Anteil an laminarer Strömung erhöht wird), und durch ähnliche Maßnahmen. Derartige Maßnahmen sind als solche im Stand der Technik bekannt und als solche üblicherweise einer Fachkraft auf dem betreffenden technischen Gebiet bekannt. Auf diese Weise können nachteilige Effekte (sofern diese überhaupt vorhanden sind) des zumindest einen Strukturverstärkungselements minimiert werden. Manchmal ist jedoch sogar eine Verbesserung des Fluidströmungsdurchsatzes realisierbar, was bereits erwähnt wurde.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Steuerscheibe derart auszubilden, dass zumindest ein Strukturverstärkungselement entlang eines Umfangsbereichs des betreffenden Fluiddurchgangsoberflächenbereichs mit dem Fluidsperroberflächenbereich verbunden ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und dennoch mechanisch stabile Befestigung des zumindest einen Strukturverstärkungselements realisierbar. Insbesondere ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass Teile von der großdimensionierten Oberfläche der betreffenden Steuerscheibe hervorstehen, sodass die betreffende Steuerscheibe eine vorteilhafte Formgebung aufweisen kann und/oder universeller eingesetzt werden kann.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Steuerscheibe derart ausgebildet ist, dass das zumindest eine Strukturverstärkungselement und/oder der zumindest eine Fluidsperroberflächenbereich zumindest teilweise einstückig ausgebildet ist/sind. Es ist möglich, dass zwei oder mehrere Strukturverstärkungselemente einstückig ausgebildet sind. Ebenso ist es möglich, dass zwei oder mehrere Fluidsperroberflächenbereiche zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind. Weiterhin ist es möglich, dass ein Strukturverstärkungselement (oder eine Mehrzahl von Strukturverstärkungselementen) und ein Fluidsperroberflächenbereich zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind. Weiterhin ist es möglich, dass ein Strukturverstärkungselement und ein Fluidsperroberflächenbereich oder eine Mehrzahl von Fluidsperroberflächenbereichen zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass alle möglichen Kombinationen von der anfänglichen Aussage mitumfasst sein sollen. Bei Verwendung eines derartigen Aufbaus kann die mechanische Stabilität und die Lebensdauer des betreffenden Elements erhöht werden. Weiterhin ist es möglich, dass auch die Herstellung der betreffenden Steuerscheibe vereinfacht werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Steuerscheibe derart auszubilden, dass im Wesentlichen kein Strukturverstärkungselement von zumindest einer Oberflächenseite, die von dem zumindest einen Fluidsperroberflächenbereich gebildet wird, hervorsteht und/oder dass die Steuerscheibe auf zumindest einer Oberflächenseite eine im Wesentlichen ebene Profilform aufweist. Auf diese Weise kann die Steuerscheibe universeller verwendet werden. Es ist sogar möglich, dass eine Drehbewegung einer plattenartigen Profilform im Vergleich mit der Drehbewegung einer Standard-Steuerscheibe weniger Fluidwiderstand aufweist, wenn diese in der „endgültigen“ Vorrichtung verwendet wird (typischerweise wird in dieser eine Drehbewegung ausgeübt). Weiterhin kann mit einer derartigen Bauform Bauraum eingespart werden. Der Begriff einer im Wesentlichen ebenen Profilform auf zumindest einer Oberflächenseite der Steuerscheibe ist dahingehend zu verstehen, dass Ausnehmungen oder Löcher nicht als Abweichung von einer ebenen Profilform aufzufassen sind, insbesondere wenn es sich um Fluiddurchgangsoberflächenbereiche und/oder Fluiddurchgangsöffnungen handelt. Daher kann die ebene Profilform gegebenenfalls durch einen Begriff wie „bauliches Lichtraumprofil“ (structural clearance) oder dergleichen ersetzt werden.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, die Steuerscheibe derart auszubilden, dass zumindest einer der zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereiche eine nierenartige Form aufweist und/oder dass die Steuerscheibe derart ausgebildet ist, dass zumindest einer der zumindest einen Fluiddurchgangsoberflächenbereiche in Kombination mit einer zusätzlichen Einrichtung dazu verwendet wird, abwechselnd einen Fluiddurchgang durch den Fluiddurchgangsoberflächenbereich zu ermöglichen und zu verhindern / zu behindern. „Behindern“ ist typischerweise als „starke Behinderung“ der betreffenden Fluidströmung aufzufassen, d. h. dass der Fluiddurchsatz weniger als 1/10, 1/25, 1/50, 1/75 oder 1/100 des maximal möglichen Fluiddurchsatzes betragen sollte. Insbesondere soll gegebenenfalls ein „blockieren, abgesehen von (beabsichtigten und/oder unbeabsichtigten) Leckageströmungen / Restströmungen“ als von den Begriffen „verhindern“ und „behindern“ mitumfasst aufzufassen sein. Es ist anzumerken, dass die vorgeschlagene Steuerscheibe aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften und Vorteile besonders gut für eine derartige Verwendung geeignet ist. Insbesondere kann sich die erhöhte Steifigkeit der betreffenden Steuerscheibe, insbesondere im Hinblick auf Dehnungseffekte und/oder Deformationen aufgrund mechanischer Belastungen, in Anbetracht der wiederholten mechanischen Belastung und Entlastung (die typischerweise über einen Fluiddruck eingebracht wird), als besonders vorteilhaft erweisen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuerscheibe zumindest teilweise unter Verwendung zumindest einer Fertigungstechnik gefertigt ist, welche der Gruppe entnommen ist, die Materialabtragstechniken, additive Bearbeitungstechniken, 3-D Drucktechniken, Gießtechniken, Sintertechniken, Materialverbindungstechniken, Löttechniken, Schweißtechniken und Druckschweißtechniken umfasst. Derartige Herstellungsverfahren sind als solche im Stand der Technik bekannt. In Abhängigkeit von der genauen Bauform kann eine oder eine Kombination der genannten Fertigungstechniken (gegebenenfalls auch mehr) verwendet werden. Insbesondere dann, wenn es sich um additive Fertigungstechniken und/oder 3-D Drucktechniken handelt, ist es möglich, eine Steuerplatte auszubilden, die Strukturen mit einem extrem hohen Formfreiheitsgrad aufweist und/oder eine Steuerplatte mit Strukturen auszubilden die bei Verwendung von „Standard-Fertigungstechniken“ (d. h. insbesondere Fertigungstechniken, die von additiven Fertigungstechniken / 3-D Drucktechniken abweichen) nur schwer zu erzielen sind (falls überhaupt). Rein beispielhaft können bei Verwendung additiver Fertigungstechniken / 3-D Drucktechniken besonders effektive Querschnittsformen der Strukturverstärkungselemente erzielt werden, die lediglich einen begrenzten Fluidströmungswiderstand aufweisen (wie beispielsweise ellipsenförmige Querschnittsformen, tropfenförmige Querschnittsformen, oder dergleichen).
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Ventileinheit zumindest zwei Elemente aufweist, die relativ zueinander beweglich sind. Insbesondere Elemente, die relativ zueinander rotierbar sind, wobei zumindest eines der zumindest zwei Elemente zumindest teilweise als Steuerscheibe gemäß dem vorherigen Vorschlag ausgebildet ist. Typischerweise ist es vorteilhaft, wenn beide (oder mehrere) der zumindest zwei Elemente als Steuerscheibe gemäß dem vorherigen Vorschlag ausgebildet sind. Bei Verwendung einer derartigen Steuerscheibe / derartiger Steuerscheiben können die betreffenden Fluidventileinheiten ein besonders vorteilhaftes Verhalten zeigen, insbesondere hinsichtlich einer geringen mechanischen Reibung, geringer Hydraulikfluidverluste, geringem mechanischen Verschleiß, geringer Erzeugung von Mikrobrüchen aufgrund der wiederholten Belastung und Entlastung, und dergleichen. Darüber hinaus zeigt die Fluidventileinheit die bereits vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile, zumindest in Analogie. Zusätzlich kann die Fluidventileinheit im vorab beschriebenen Sinne modifiziert werden, zumindest in Analogie.
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Weiterhin wird eine Fluidarbeitsmaschine vorgeschlagen, die zumindest eine Fluidventileinheit gemäß dem vorherigen Vorschlag und/oder zumindest eine Steuerscheibe gemäß dem vorherigen Vorschlag aufweist. Eine derartige Fluidarbeitsmaschine ist besonders vorteilhaft und zeigt die bereits beschriebenen Eigenschaften und Vorteile, zumindest in Analogie. Darüber hinaus kann die betreffende Fluidarbeitsmaschine auch im vorab beschriebenen Sinne modifiziert werden, zumindest in Analogie.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Steuerscheibe gemäß dem vorherigen Vorschlag, ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidventileinheit gemäß dem vorherigen Vorschlag und/oder ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidarbeitsmaschine gemäß dem vorherigen Vorschlag vorgeschlagen, wobei zumindest teilweise zumindest eine Fertigungstechnik verwendet wird, welche der Gruppe entnommen ist, die Materialabtragstechniken, additive Fertigungstechniken, 3-D Drucktechniken, Gießtechniken, Sintertechniken, Materialverbindungstechniken, Löttechniken, Schweißtechniken und Druckschweißtechniken umfasst. Bei Verwendung dieses Verfahrens können die betreffende Steuerplatte, die betreffende Fluidventileinheit und/oder die betreffende Fluidarbeitsmaschine besonders effizient gefertigt werden. Dies trifft insbesondere für bestimmte Bauweisen der Fluidventileinheit, der Fluidarbeitsmaschine und/oder der Steuerscheibe in Bezug auf additive Fertigungstechniken und/oder 3-D Drucktechniken zu. Bei Verwendung derartiger Techniken ist es gegebenenfalls zum ersten Mal realistischerweise möglich, eine derartige Bauform zu erzielen, insbesondere hinsichtlich bestimmter Strukturverstärkungselemente und deren betreffenden Querschnittsformen. Natürlich kann das Verfahren auch die erwähnten Eigenschaften und Vorteile aufweisen. Darüber hinaus kann das Verfahren auch im vorab beschriebenen Sinne modifiziert werden, zumindest an Analogie.
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Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aufgabenstellungen der Erfindung werden mit der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen verdeutlicht, wobei die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein mögliches Design einer Schrägachsenhydraulikpumpe, welche eine Ventilscheibe und eine Lagerscheibe als Ventileinrichtung für die Pumpkammern aufweist, in schematischer Querschnittsansicht;
- 2: ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Ventilscheibe und einer Lagerscheibe in einer schematischen Draufsicht;
- 3: zwei mögliche Ausführungsbeispiele für Verstärkungsstrukturen in schematischer Draufsicht;
- 4: ein schematischer Querschnitt durch die Wände der Verstärkungsstruktur gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele.
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In 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel einer sogenannten Schrägachsenhydraulikpumpe 1 (bent axis hydraulic pump) in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau einer Schrägachsenhydraulikpumpe 1, wie sie in 1 dargestellt ist, ist im Stand der Technik bekannt. Das vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Variante für eine Pumpvorrichtung. Andere denkbare Ausführungsbeispiele sind Schrägscheibenpumpen mit veränderlichem Pumpvolumen, Taumelscheibenpumpen mit veränderlichem Pumpvolumen und/oder Pumpen mit konstantem Pumpvolumen.
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Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Trommel 2 mit einer Mehrzahl zylindrischer Kavitäten 3 in eine Drehbewegung versetzt (in 1 durch einen Pfeil in der Nähe der linken unteren Seite der Trommel 2 dargestellt). Die Drehbewegung der Trommel 2 wird durch eine Drehwelle 25 (in 1 durch einen Drehpfeil um die Drehwelle 25 herum angedeutet) mittels der Schrägscheibe 4 eingebracht. Die Drehbewegung kann durch jegliche Art von Vorrichtung erzeugt werden, wie einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor und dergleichen (nicht dargestellt). Zur Übertragung der Drehbewegung der Drehwelle 25 auf die Trommel 2, sind die Schrägscheibe 4 und die sich drehende Trommel 2 drehfest miteinander verbunden. Hierfür sind die in den zylindrischen Kavitäten 3 der Trommel 2 verschiebbar gelagerten Kolben 5 (wobei sich die Kolben 5 aufgrund der Drehbewegung der Trommel 2 und der Schrägscheibe 4 in den zylindrischen Kavitäten 3 hin- und her-bewegen) mit ihren Kolbenschuhen 6 in Aufnahmelagern 26, die auf der Oberflächenseite der Schrägscheibe 4, welche der Trommel 2 benachbart liegt, aufgenommen. Die Verbindung zwischen den Kolbenschuhen 6 und den dazugehörigen Aufnahmelagern 26 erfolgt mittels einer formschlüssigen Verbindung, derart, dass die beiden Teile (Kolben 5 und Schrägscheibe 4) relativ zueinander verdreht werden können, jedoch keine Translationsbewegung möglich ist. Daher können die Kolbenschuhe 6 auch nicht von der Oberfläche der der Schrägscheibe 4 abheben. Dadurch kann eine hin- und her-Bewegung der Kolben 5 in ihren jeweiligen zylindrischen Kavitäten 3 sichergestellt werden. Die hin- und her-Bewegung der Kolben 5 in ihren jeweiligen zylindrischen Kavitäten 3 führt zu einem sich zyklisch verändernden Volumen der zylindrischen Kavitäten 3, sodass eine Pumpwirkung für Fluid realisiert werden kann.
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Wie in 1 dargestellt, sind die Längsachse 27 der Trommel 2 (und damit die Längsachsen der Kolben 5 / der zylindrischen Kavitäten 3 zur Aufnahme der Kolben 5) in einem Winkel α zur Oberflächennormalen 28 der Oberfläche der Schrägscheibe 4 angeordnet. Der Winkel α ist nicht notwendigerweise fest (abhängig von der Bauform der Schrägachsenhydraulikpumpe 1). Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine hin- und her-bewegbare (in 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt) bewegliche Stange 29 von einem geeigneten Aktuator (nicht dargestellt) in eine geeignete Position bewegt werden. Die unterschiedlichen Stellungen führen zu unterschiedlichen Winkeln α zwischen der Längsachse 27 der Trommel 2 und der Oberflächennormalen 28 der Schrägscheibe 4. In Abhängigkeit vom Winkel α kann die Gesamtlänge der hin- und her-Bewegung der Kolben 5 in ihren jeweiligen zylindrischen Kavitäten 3 verändert werden.
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Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ventilscheibe 10 mittels der Fluidleitungsverbindungsplatte 30 derart am Gehäuse befestigt, dass zwischen der Ventilscheibe 10 und dem Gehäuse der Schrägachsenhydraulikpumpe 1 keine Drehbewegung auftritt. Mittels einer Bewegung der beweglichen Stange 29 ist jedoch eine Kippbewegung der Trommel 2 möglich. Die Lagerscheibe 11 dreht sich jedoch gemeinsam mit der sich drehenden Trommel 2.
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Es ist anzumerken, dass eine Veränderung des Winkels α zwischen der Längsachse 27 der Trommel 2 und der Oberflächennormalen 28 der Schrägscheibe 4 zu einer Veränderung der Gesamtbewegungslänge eines Kolbens 5 in seiner zylindrischen Kavität 3 im Laufe einer 360°-Drehung der Trommel 2 führt. Auf diese Weise kann die Menge an gepumptem Fluid verändert werden, sodass die Schrägachsenhydraulikpumpe 1 an unterschiedliche Pumperfordernisse angepasst werden kann.
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Vom Grundsatz her stellt eine Ventilscheibenanordnung 9 gemäß dem Stand der Technik die erforderliche Ventilfunktionalität unter Verwendung eines zuverlässigen Aufbaus, der einfach herzustellen ist, zur Verfügung. Die Ventilscheibenanordnung 9 wird jedoch mit höheren Drücken zunehmend problematisch.
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Man muss sich vergegenwärtigen, dass beide Scheiben 10, 11 der Ventilscheibenanordnung 9 stark variierenden Drücken ausgesetzt sind, wobei die Druckbeaufschlagung zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichem Ausmaß auf unterschiedliche Teile der beiden Platten 10, 11 einwirkt. Dies ist problematisch, weil die Druckbeaufschlagung zu einer gewissen Verformung der Ventilscheibe 10 und der Lagerscheibe 11 nicht nur im Verhältnis zu anderen Teilen der Schrägachsenhydraulikpumpe 1 führt, sondern auch im Verhältnis untereinander. Daher kann leicht ein erhöhter mechanischer Druck zwischen den beiden Scheiben 10, 11 auftreten, was zu einem erhöhten mechanischen Verschleiß führt. Andererseits kann sich zu gewissen Zeiten des Arbeitszyklusses der Schrägachsenhydraulikpumpe 1 die Druckbeaufschlagung derart verteilen, dass die Ventilscheibe 10 und die Lagerscheibe 11 nicht ausreichend stark zusammengedrückt werden, sodass sie in einem gewissen Ausmaß außer Kontakt geraten können. Hierdurch kann sich ein schmaler Spalt ergeben, der zu einem erheblichen Verlust von Hydrauliköl führen kann, was die Effizienz der Schrägscheibenpumpe 1 verringert.
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Daher ist die Verwendung einer Bauweise für die Scheiben 10, 11 der Ventilscheibenanordnung 9, die zu steiferen Scheiben führt, überaus wünschenswert, also zu Scheiben 10, 11 die unter dem Einfluss von Hydraulikfluiddruckbeaufschlagungen, wie sie im Rahmen üblicher Betriebsbedingungen der Schrägachsenpumpen 1 auftreten, in geringerem Maße zu Verformungen und Dehnungseffekten neigen.
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Die Idee ist, anstelle des Standardaufbaus von Öffnungen in der Ventilscheibe 10 und der Lagerscheibe 11 nunmehr ein Strukturverstärkungselement 12 in den Fluiddurchgangsöffnungen 13, 14 vorzusehen. Die „Standardöffnungen“ in der Ventilscheibe 10 weisen vorliegend einen nierenförmigen Spalt 13 auf, während die Öffnungen in der Lagerscheibe 11 eine kreisförmige Formgebung 14 aufweisen, was für Schrägachsenhydraulikpumpen 1 nicht unüblich ist. Vorliegend sind in der Scheibe 15 der in 2a dargestellten Ventilscheibe 10 zwei nierenförmige Spalte 13 vorgesehen, wobei die betreffenden nierenförmigen Spalte 13 jeweils eine Strukturverstärkung 12 aufweisen. Bei der Lagerscheibe 11 sind auf der Scheibe 15 der Lagerscheibe 11 zwei kreisförmige Bohrungen 14 vorgesehen (siehe 2b). Ähnlich wie bei der Ventilscheibe 10, weisen die kreisförmigen Bohrungen 14 Strukturverstärkungselemente 12 auf.
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In 3 sind in den Unterfiguren a) und b) mögliche Ausführungsbeispiele für Strukturverstärkungen 12 dargestellt. Beide Strukturverstärkungen 12 können sowohl für die Ventilscheibe 10 und/oder die Lagerscheibe 11 gemäß 2, aber auch für vollständig unterschiedliche Bauweisen, verwendet werden.
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In 3a ist ein Bienenwabenmuster 16 dargestellt, das als Strukturverstärkung für eine Öffnung (wie einem nierenförmigen Spalt 13 oder einer kreisförmigen Bohrung 14) dient. Beim Bienenwabenmuster 16 ist eine Mehrzahl an Sechsecken 17 längs unterschiedlicher Linien 18a, 18b, 18c nebeneinander angeordnet. Zwei benachbarte Linien 18a, 18b oder 18b, 18c (usw.) sind, verglichen mit zwei benachbarten Sechsecken 17 innerhalb der gleichen Linie 18a, 18b, 18c, um einen halben Abstand zueinander versetzt angeordnet. Durch Verwendung dieses Versatzes können die oberen und unteren Ecken der Sechsecke 17 benachbarter Linien 18 in einem miteinander verwobenen Muster angeordnet werden.
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Die Trennwände 19 zwischen zwei Sechsecken 17 können abhängig von den Erfordernissen des konkreten Ausführungsbeispiels eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Typischerweise weisen sie eine Dicke im Bereich von 0,5 mm auf. Selbstverständlich stellen die Trennwände 19 für eine Fluidströmung durch die mit Verstärkungen 12 versehenen Öffnungen 13, 14 hindurch ein Hindernis dar, da nur durch die Sechsecke 17 Fluid hindurchtreten kann. Die Trennwände 19 können eine unterschiedliche Querschnittsform aufweisen, welche in Abhängigkeit von mechanischen Erfordernissen, sowie in Abhängigkeit von Fluidströmungserfordernissen gewählt werden kann. Beispielsweise können die Trennwände 19 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform 19 aufweisen, wobei die Ecken in einem gewissen Ausmaß abgerundet sind. Dies ist in 4a dargestellt.
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Weiterhin können die Längsachsen 20 der Kanäle 21, die zwischen den Trennwänden 19 ausgebildet sind, senkrecht zur Oberfläche der Scheibe 15 angeordnet sein, was in 4a gezeigt ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein notwendiges Erfordernis. Vielmehr ist es ebenso möglich, die Längsachsen der Kanäle 21 zwischen zwei benachbarten Wänden 19 derart auszurichten, dass sich zwischen den Längsachsen 20 und der Oberfläche der Scheibe 15 ein Winkel ergibt, der von 90° abweicht. Es ist anzumerken, dass der Winkel nicht unbedingt über den gesamten Bereich einer Öffnung 13, 14 gleich sein muss. Vielmehr kann sich der Winkel verändern und lokal derart gewählt werden, dass dieser für die aktuelle Phase des Pumpzyklusses des betreffenden Kolbens 5 in der jeweiligen Kavität 3 optimiert ist.
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Weiterhin ist in 4c dargestellt, dass die Trennwände 19 auch eine Form aufweisen können, die deutlich von einer rechteckigen Formgebung (mit oder ohne abgerundete Ecken) abweichen kann. Beispielsweise können die einander benachbarten Wände 19 eine elliptische Querschnittsform aufweisen. Eine derartige Querschnittsform weist typischerweise einen geringen Fluidströmungswiderstand auf. Um den Fluidströmungswiderstand weiter zu reduzieren, kann auch eine tropfenförmige Form gewählt werden. Tropfenförmige Formen sind für ihren besonders geringen Fluidströmungswiderstand bekannt, sodass es sich hierbei um eine bevorzugte Bauform handeln kann.
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Auf 3a und das dort gezeigte Bienenwabenmuster 16 zurückkommend, wird in besonderem Maße auf die Konturenlinie 22 der Fluidströmungsöffnungen 13, 14 hingewiesen, die die Wand der Öffnung in dem Fall, in dem keine Strukturverstärkung 12 vorhanden wäre, bestimmen würde. Diese Konturenlinie 22 ist in 3a dargestellt. Um mit dem Bienenwabenmuster 16 die Konturenlinie 22 bestmöglich nachzuzeichnen, ist in der Nähe der Konturenlinie 22 eine Mehrzahl von „Teilsechsecken“ 23 vorgesehen. Diese „Teilsechsecke“ 23 sind derart geformt, dass sie auf einer Seite im Wesentlichen die Konturenlinie 22 nachzeichnen, wohingegen sie auf der anderen Seite der Form der benachbarten „vollständigen“ Sechsecke 17 folgen. Sollten die Teilsechsecke 23 zu klein werden, werden sie einfach ausgelassen.
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Die Strukturverstärkung 12 muss jedoch nicht notwendigerweise einen bienenwabenartigen Aufbau 16 aufweisen. Vielmehr kann in gleichartiger Weise eine beliebige fachwerkartige Anordnung 24 (welche geometrische Formen derselben und/oder eines unterschiedlichen Typs, Größe, Winkelausrichtung, Anzahl usw. beinhalten kann) von Trennwänden 19 verwendet werden, so wie dies in 3b gezeigt ist. Die fachwerkartige Anordnung 24 ist längs der Konturenlinie 22 der betreffenden Öffnung 13, 14 (unterschiedlich geformte Öffnungen) mit der verbliebenen Scheibe 15 der betreffenden Scheibe 10, 11 verbunden.
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Die Trennwände 19 der fachwerkartigen Anordnung 24 können eine gleichartige Bandbreite unterschiedlicher Querschnitte aufweisen, analog zu der in 3a gezeigten Bienenwabenstruktur 16. Es wird auf 4 verwiesen, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele für die Querschnitte derartiger Trennwände 19 zeigt.
