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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Anschlüssen an einen Maschinenbereich einer hydraulischen Maschinenanordnung.
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Eine hydraulische Maschinenanordnung kann beispielsweise eine Axialkolbenpumpe, ein Rotationsdruckaustauscher oder eine Energierückgewinnungsvorrichtung oder dergleichen sein. Die hydraulische Maschinenanordnung umfasst bewegliche Teile zur Bereitstellung eines Energieaustauschs. Bei der Ausführungsform einer Axialkolbenpumpe umfasst die hydraulische Maschinenanordnung einen Niederdruckeinlass und einen Hochdruckauslass für das zu pumpende Fluid. Der Einlass und der Auslass stehen mit einem Rotor, der sich um eine Drehachse dreht, in Strömungsverbindung. Der Rotor ist eine Komponente eines Maschinenbereichs der hydraulischen Maschinenanordnung. Der Rotor weist Kanäle auf. Durch die Drehung des Rotors werden die Kanäle abwechselnd in Strömungsverbindung mit dem Einlass und dem Auslass angeordnet. Jeder Kanal umfasst einen Kolben, der entlang dem Kanal verschiebbar ist. Die Kolben sind dazu konfiguriert, sich von dem Einlass weg zu bewegen, wenn der Kanal mit dem Einlass in Strömungsverbindung steht. Diese Bewegung bewirkt eine Saugkraft, so dass Fluid aus dem Einlass in den jeweiligen Kanal strömt. Des Weiteren sind die Kolben dazu konfiguriert, sich zu dem Auslass zu bewegen, wenn der Kanal mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht. Beim Bewegen zu dem Auslass drücken die Kolben jegliches Fluid in dem Kanal zu dem Hochdruckauslass hinaus. Dadurch wird der Druck des zu pumpenden Fluids an dem Hochdruckauslass erhöht. In der Regel führt dies auch zum Austreten von Fluid zwischen dem Zylinder und dem Kanal in einen Hohlraum der Axialkolbenpumpe. Das ausgetretene Fluid kann entlang einem Leckpfad durch die hydraulische Maschinenanordnung über einen Leckeinlass zu dem Einlass zurückkehren. Die
EP 3109470 A1 zeigt eine hydraulische Maschinenanordnung, die einen Leckeinlass umfasst.
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Wenn sich der Kolben von dem Einlass weg bewegt, verursacht der Kolben eine Reduzierung des Drucks an dem Einlass. Dadurch wird bewirkt, dass das zu pumpende Fluid von der Niederdruckkammer in den Kanal strömt. Dies kann zu Kavitation führen, wenn z. B. der Fluidstrom durch den Einlass die Druckreduzierung an dem Einlass nicht kompensieren kann oder wenn der statische Druck des Fluids unter seinen Siededruck fällt. Kavitation kann die hydraulische Maschinenanordnung beschädigen.
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Eine Aufgabe der Erfindung kann darin bestehen, eine Vorrichtung bereitzustellen, die Kavitation in hydraulischen Maschinenanordnungen reduziert.
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Anspruch 1 und 8 geben die Hauptmerkmale der Erfindung an. Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Anspruch 2-7 und 9-12.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Anschlüssen an einen Maschinenbereich einer hydraulischen Maschinenanordnung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einen Niederdruckeinlassanschluss, einen Leckeinlass, eine Niederdruckkammer mit einer Niederdrucköffnung zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Maschinenbereich, einen Hochdruckauslassanschluss und eine Hochdruckkammer, die mit dem Hochdruckeinlassanschluss in Strömungsverbindung steht, umfasst, wobei die Hochdruckkammer eine Hochdrucköffnung zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Maschinenbereich aufweist, wobei der Niederdruckeinlassanschluss mit der Niederdruckkammer in Strömungsverbindung steht, wobei ein Leckpfad von der Hochdruckkammer durch den Maschinenbereich zu dem Leckeinlass verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein Steuerventilglied, das den Leckeinlass mit der Niederdruckkammer verbindet, umfasst, wobei das Steuerventilglied in einen geöffneten Zustand übergeht, wenn ein Druck in dem Leckeinlass bezüglich eines Drucks in der Niederdruckkammer höher als ein vorbestimmter Steuerdruckschwellenwert ist.
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Die Vorrichtung zur Bereitstellung von Anschlüssen an einen Maschinenbereich einer hydraulischen Maschinenanordnung stellt durch das Steuerventilglied eine Drucksteuerung in der Niederdruckkammer bereit. Der Druck in der Niederdruckkammer hängt von dem Strom des Fluids durch den Niederdruckanschluss in die Niederdruckkammer und der von dem Maschinenbereich der hydraulischen Maschinenanordnung erzeugten Saugkraft ab. Wenn der Druck in der Niederdruckkammer in Bezug auf den Druck in dem Leckeinlass unter den vorbestimmten Druckschwellenwert fällt, öffnet sich das Steuerventilglied. Da der Druck des Fluids in dem Leckeinlass höher als in der Niederdruckkammer ist, strömt das Fluid in dem Leckeinlass dann in die Niederdruckkammer und wird dem Fluidstrom durch den Niederdruckeinlass hinzugefügt. Dadurch wird das Risiko von Kavitation in dem Maschinenbereich reduziert. Die hydraulische Maschinenanordnung füllt das Fluid an dem Leckeinlassanschluss aufgrund der Leckage auf. Das Fluid strömt entlang dem Leckpfad, d. h. von der Hochdruckkammer durch den Maschinenbereich der hydraulischen Maschinenanordnung zu dem Leckeinlassanschluss. Der vorbestimmte Steuerdruckschwellenwert wird so gewählt, dass er über einem Druck, der Kavitation in der Niederdruckkammer verursachen kann, liegt. Somit wird durch die Zunahme oder Stabilisierung des Drucks in der Niederdruckkammer Kavitation in der Niederdruckkammer reduziert. Des Weiteren wird bei einem gegebenen Druck an dem Hochdruckauslassanschluss die Druckdifferenz zwischen dem Maschinenbereich und der Hochdruckkammer reduziert.
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Nach dem Fallen der Druckdifferenz zwischen der Niederdruckkammer und dem Leckeinlass unter den Steuerdruckschwellenwert kann das Steuerventilglied in einen geschlossenen Zustand übergehen. Das zu pumpende Fluid kann beispielsweise Wasser sein.
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Das Steuerventilglied kann z. B. ein Einwegventil sein. Der vorbestimmte Steuerdruck kann beispielsweise mehr als 3 bar, vorzugsweise ein Druck, der zwischen, vorzugsweise in der Mitte von, einem Druck bei der Niederdruckkammer und einem Druck bei der Hochdruckkammer liegt, sein. Dadurch können die Leckagen reduziert werden. Wenn der Steuerdruck in der Mitte zwischen dem Druck bei der Niederdruckkammer und dem Druck bei der Hochdruckkammer liegt, kann die Leckage zur Hälfte reduziert werden.
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Die Anschlüsse können auch Anschlüsse, die mit Anschlüssen von Fluidleitungen usw. verbunden werden können, sein.
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In einem Beispiel kann das Steuerventilglied ein einstellbares Ventilglied zum Einstellen des vorbestimmten Steuerdrucks sein.
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Der Steuerdruck kann dann an verschiedene Betriebsbedingungen der hydraulischen Maschinenanordnung angepasst werden. Wenn die hydraulische Maschinenanordnung beispielsweise einen Betriebspunkt bei einem niedrigen Druck und einen anderen Betriebspunkt bei einem hohen Druck umfasst, kann das einstellbare Steuerventilglied an diese Betriebspunkte angepasst werden. Für den niedrigen Betriebspunkt kann das Steuerventilglied auf einen niedrigen Steuerdruckschwellenwert eingestellt werden.
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Bei einer hydraulischen Maschinenanordnung, bei der es sich um eine Pumpe handelt, wird dadurch ein Überfüllen der Kanäle während eines Saughubs vermieden. Für den hohen Betriebspunkt kann das Steuerventilglied auf einen hohen Steuerdruckschwellenwert eingestellt werden. Bei einer hydraulischen Maschinenanordnung, bei der es sich um eine Pumpe handelt, wird dadurch das Füllen der Kanäle während eines Saughubs über eine Verbindung in dem Kanal hoch durch die Mitte eines Lagerelements eines Kolbens der Pumpe unterstützt. Dadurch wird Kavitation reduziert.
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Gemäß einem Beispiel umfasst die Vorrichtung ein Füllventilglied, das die Niederdruckkammer mit dem Maschinenbereich verbindet, wobei das Füllventilglied in einen geöffneten Zustand übergeht, wenn der Druck in der Niederdruckkammer bezüglich eines Drucks in dem Maschinenbereich über einem vorbestimmten Fülldruckschwellenwert liegt.
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Das Füllventilglied kann beispielsweise ein Einwegventil sein. Des Weiteren kann das Öffnen des Füllventils ein Füllen des Maschinenbereichs der hydraulischen Maschinenanordnung mit dem zu pumpenden Fluid vor dem Einsatz der hydraulischen Maschinenanordnung ermöglichen. In einem Beispiel kann der vorbestimmte Fülldruckschwellenwert weniger als 2 bar, vorzugsweise zwischen 2 bar und 0 bar, stärker bevorzugt 0,5 bar sein.
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Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung ein Spülventilglied umfassen, das die Niederdruckkammer mit der Hochdruckkammer verbindet, wobei das Spülventilglied in einen geöffneten Zustand übergeht, wenn der Druck in der Niederdruckkammer höher als ein vorbestimmter Spüldruckschwellenwert in Bezug auf einen Druck in der Hochdruckkammer ist.
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Das Spülventilglied kann beispielsweise ein Einwegventil sein. Des Weiteren kann das Öffnen des Spülventils ein Füllen eines Systems nach dem Hochdruckauslassanschluss mit dem zu pumpenden Fluid ermöglichen. Dies kann vor dem Einsatz der hydraulischen Maschinenanordnung, jedoch nach der Verbindung des Hochdruckauslassanschlusses mit dem System, in das das Fluid gepumpt wird, durchgeführt werden. In einem Beispiel kann der vorbestimmte Spüldruckschwellenwert weniger als 1 bar, vorzugsweise zwischen 1 bar und 0 bar, stärker bevorzugt 0 bar sein. Der vorbestimmte Spüldruckschwellenwert kann so gewählt werden, dass sich das Spülventilglied öffnet, wenn es keinen Hochdruck in der Hochdruckkammer gibt.
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Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung ferner eine Strömungsmessvorrichtung zwischen dem Leckeinlass und dem Maschinenbereich in dem Leckpfad umfassen.
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Die Strömungsmessvorrichtung ist dazu konfiguriert, den Fluidstrom durch den Leckeinlass hindurch zu messen. Es wird angenommen, dass die Leckage zwischen der Hochdruckkammer und dem Maschinenbereich die Hauptmenge des Leckagestroms der hydraulischen Maschinenanordnung von der Vorrichtung in den Maschinenbereich definiert. Somit stellt die Strömungsmessvorrichtung an dem Leckeinlass Informationen zum Leckagestrom zwischen der Hochdruckkammer und dem Maschinenbereich bereit. Des Weiteren stellt die Leckagevorrichtung lediglich Informationen zur Leckage in der hydraulischen Maschinenanordnung bereit, ohne jeglichen weiteren Leckagestrom außerhalb der hydraulischen Maschinenanordnung zu messen.
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Die Strömungsmessvorrichtung kann in den Maschinenbereich integriert sein.
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In einem alternativen Beispiel liegt keine Strömungsmessvorrichtung vor. Stattdessen ist eine Kappe befestigt, die für eine Strömungsverbindung zwischen dem Leckeinlass und dem Maschinenbereich sorgt.
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Gemäß einem Beispiel ist die Vorrichtung ein Anschlussflansch einer hydraulischen Maschinenanordnung.
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Ein Benutzer kann den Anschlussflansch, der die Anschlüsse und die Druckkammern bereitstellt, ohne Weiteres mit dem Maschinenbereich der hydraulischen Maschinenanordnung verbinden. Des Weiteren kann ein Benutzer den Anschlussflansch zur Aufrüstung der hydraulischen Maschinenanordnung durch einen anderen Anschlussflansch ersetzen.
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Der Einlassanschluss kann den Leckeinlass umfassen. Der Leckeinlass ist mit einem Rohr verbunden, das an dem Einlassanschluss angebracht ist. In diesem Beispiel ist der Leckpfad außerhalb der Vorrichtung angeordnet.
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Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine hydraulische Maschinenanordnung bereitgestellt, die einen Maschinenbereich und eine Vorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung umfasst, wobei der Maschinenbereich einen Rotor umfasst, der drehbar um eine Drehachse befestigt ist, wobei der Rotor mehrere Kanäle aufweist, die sich um eine Drehachse des Rotors drehen, wobei jeder Kanal ein Sperrelement umfasst, das den Kanal verschließt, wobei das Sperrelement verschiebbar entlang dem Kanal beweglich ist, wobei der Rotor an der Vorrichtung angeordnet ist, wobei jeder Kanal durch eine Drehung des Rotors abwechselnd in Strömungsverbindung mit der Niederdrucköffnung und in Strömungsverbindung mit der Hochdrucköffnung angeordnet wird, wobei der Leckpfad durch den Kanal verläuft, wenn der Kanal mit der Hochdruckkammer in Strömungsverbindung ist.
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Die Wirkungen und weitere Ausführungsformen der hydraulischen Maschinenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind analog zu den Wirkungen und Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der oben erwähnten Beschreibung. Somit wird auf die obige Beschreibung der Vorrichtung verwiesen.
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Das Sperrelement kann beispielsweise ein Kolben sein. In einem alternativen Beispiel kann das Sperrelement ein Sperrfluid, das sich nicht mit dem zu pumpenden Fluid vermischt, sein.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Maschinenbereich ferner eine Maschinenkammer, wobei der Rotor zwischen der Maschinenkammer und der Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Maschinenkammer zumindest mit den Kanälen, die mit der Hochdruckkammer in Strömungsverbindung stehen, in Strömungsverbindung steht, wobei die Maschinenkammer einen Leckauslass in dem Leckpfad umfasst, wobei der Leckauslass mit dem Leckeinlass in Strömungsverbindung steht.
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Die Maschinenkammer fängt den von der Hochdruckkammer durch die Kanäle kommenden Leckagestrom auf. Der Leckauslass führt dem Leckeinlass den Leckagestrom zu. Des Weiteren kann die Strömungsmessvorrichtung in der Maschinenkammer angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst die Maschinenkammer ferner eine Entlüftungsöffnung, wobei die Entlüftungsöffnung eine Strömungsverbindung zwischen der Maschinenkammer und einer Außenumgebung bereitstellt, wobei ein entfernbares Stopfenglied die Entlüftungsöffnung verschließt.
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Durch Entfernung des Stopfenglieds aus der Entlüftungsöffnung steht die Maschinenkammer mit der Außenumgebung in Strömungsverbindung. Wenn die Maschinenkammer mit durch das Füllventilglied zu pumpendem Fluid gefüllt wird, kann jegliches andere Fluid in der Maschinenkammer, z. B. Luft, durch die Entlüftungsöffnung aus der Maschinenkammer herausströmen. Dadurch wird das Füllen der Maschinenkammer mit dem zu pumpenden Fluid vereinfacht.
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Gemäß einem Beispiel ist der Maschinenbereich eine Axialkolbenpumpe.
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Gemäß einem weiteren Beispiel ist der Maschinenbereich eine Energierückgewinnungsvorrichtung.
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In einem weiteren Beispiel umfasst die hydraulische Maschinenanordnung die Vorrichtung zur Bereitstellung von Anschlüssen an einen Maschinenbereich. Somit kann die Vorrichtung z. B. in die Axialkolbenpumpe oder in die Energierückgewinnungsvorrichtung integriert sein.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen basierend auf den Zeichnungen hervor. Die Figuren zeigen:
- 1a, b eine schematische Zeichnung von Ausführungsformen der hydraulischen Maschinenanordnung; und
- 2a, b schematische Zeichnungen von Querschnitten der Vorrichtung.
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1a zeigt die hydraulische Maschinenanordnung, wobei die gesamte hydraulische Maschinenanordnung das Bezugszeichen 40 hat.
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Die hydraulische Maschinenanordnung 40 umfasst einen Maschinenbereich 26 und eine Vorrichtung 10 zur Bereitstellung von Anschlüssen. Bei dieser Ausführungsform ist der Maschinenbereich 26 der hydraulischen Maschinenanordnung 40 eine Axialkolbenpumpe. Des Weiteren ist die Vorrichtung 10 ein Anschlussflansch, der die Axialkolbenpumpe verschließt. Dabei wird jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Maschinenbereich 26 eine andere Art von Vorrichtung, wie z. B. eine Energierückgewinnungsvorrichtung oder ein Druckaustauscher, ist.
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Der Maschinenbereich 26 umfasst einen Rotor 38, der drehbar befestigt ist. Der Rotor 38 kann sich um eine Drehachse 42 drehen. Des Weiteren umfasst der Rotor 38 Kanäle 44. Jeder Kanal 44 umfasst ein Sperrelement 46. Bei dieser Ausführungsform ist das Sperrelement 46 ein Kolben.
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Das Sperrelement 46 ist verschiebbar in dem Kanal 44 befestigt. Das Sperrelement 46 kann entlang dem Kanal 44 gleiten. Durch eine Drehung des Rotors 38 werden die Kanäle 44 und die Sperrelemente 46 um die Drehachse 42 gedreht.
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Die Vorrichtung 10 umfasst einen Niederdruckeinlassanschluss 12, der mit einer Niederdruckkammer 18, die eine Niederdrucköffnung 22 zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Maschinenbereich 26 aufweist, in Strömungsverbindung steht. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 einen Hochdruckauslassanschluss 14, der mit einer Hochdruckkammer 20, die eine Hochdrucköffnung 24 zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Maschinenbereich 26 aufweist, in Strömungsverbindung steht.
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Ein zu pumpendes Fluid, z. B. Wasser, kann durch die Niederdrucköffnung 22 und die Hochdrucköffnung 24 strömen. Das bedeutet, dass das zu pumpende Fluid von der Niederdruckkammer 18 durch die Niederdrucköffnung 22 in den Maschinenbereich 26 strömen kann. Des Weiteren kann das Fluid von dem Maschinenbereich 26 durch die Hochdrucköffnung 24 in die Hochdruckkammer 20 strömen.
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Durch die Drehung des Rotors 38 werden die Kanäle 44 abwechselnd bei der Niederdrucköffnung 22 und der Hochdrucköffnung 24 angeordnet, wenn sie sich um die Drehachse 42 drehen. Somit kann ein Kanal 44 zunächst an der Niederdrucköffnung 22, die mit der Niederdruckkammer 18 in Strömungsverbindung steht, platziert werden. Danach kann der Kanal 44 an der Hochdrucköffnung 24, die mit der Hochdruckkammer 20 in Strömungsverbindung steht, platziert werden. Das Sperrelement 46 ist dazu konfiguriert, sich, wenn der Kanal 44 an der Niederdrucköffnung 22 angeordnet ist, entlang dem Kanal 44 von der Niederdrucköffnung 22 weg zu bewegen. Dadurch wird eine Zunahme des Volumens des Kanals 44 verursacht, die zu einer Verringerung des Drucks in der Niederdruckkammer 18 führt. Das Sperrelement 46 ist dazu konfiguriert, sich, wenn der Kanal 44 an der Hochdrucköffnung 24 angeordnet ist, entlang dem Kanal 44 zu der Hochdrucköffnung 24 zu bewegen. Dadurch wird eine Abnahme des Volumens des Kanals 44 verursacht, die zu einer Erhöhung des Drucks in der Hochdruckkammer 20 führt.
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Die Kolben, die die Sperrelemente 46 sind, umfassen jeweils ein Lagerelement 60. Das Lagerelement 60 ist dazu konfiguriert, entlang einer Gleitplatte 48 zu gleiten. Die Gleitplatte 48 hat einen kleinen Winkel zur Normalebene der Drehachse 42. Der Winkel ist derart, dass ein erster Bereich 62 der Gleitplatte 48, der zu der Niederdrucköffnung 22 weist, in der Drehrichtung des Rotors 38 einen zunehmenden Abstand zum Rotor 38 aufweist. Ein zweiter Bereich 64 der Gleitplatte 48, der zu der Hochdrucköffnung 24 weist, weist in der Drehrichtung des Rotors 38 einen abnehmenden Abstand zum Rotor 38 auf. Das bedeutet, dass die Gleitplatte 48 das Sperrelement 46 über das entsprechende Lagerelement 60 zu der Niederdrucköffnung 22 führt, wenn sich der entsprechende Kanal 44 entlang der Niederdrucköffnung 22 bewegt, während er sich um die Drehachse 42 dreht. Des Weiteren führt die Gleitplatte 48 das Sperrelement 46 über das entsprechende Lagerelement 60 von der Hochdrucköffnung 24 weg, wenn sich der entsprechende Kanal 44 entlang der Hochdrucköffnung 24 bewegt, während er sich um die Drehachse 42 dreht.
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Somit saugt das Sperrelement 46 eines Kanals 44, der sich entlang der Niederdrucköffnung 22 bewegt, das zu pumpende Fluid in den Kanal 44 und drückt das zu pumpende Fluid an der Hochdrucköffnung 24 heraus.
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Während das Sperrelement 46 das zu pumpende Fluid an der Hochdrucköffnung 24 aus dem Kanal 44 heraus drückt, tritt eine geringe Menge des zu pumpenden Fluids zwischen dem Sperrelement 46 und einer Wand des Kanals 44, aus einem Ventilsystem (nicht gezeigt), aus dem Lagerelement 60 und einem Schacht (nicht gezeigt) durch den Kolben, aus einem Bereich zwischen dem Lagerelement und der Gleitplatte 48 in eine Maschinenkammer 50 des Maschinenbereichs 26 aus. Die Maschinenkammer 50 kann das ausgetretene zu pumpende Fluid auffangen.
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Die Maschinenkammer 50 umfasst einen Leckauslass 56, der mit einem Leckeinlass 16 der Vorrichtung 10 in Strömungsverbindung steht. Der Leckeinlass 16 ist mit einem Steuerventilglied 28, das den Leckeinlass 16 mit der Niederdruckkammer 18 verbindet, verbunden. Das Steuerventilglied 28 öffnet sich, wenn der Druck in dem Leckeinlass 16 im Bezug auf einen Druck in der Niederdruckkammer 18 höher als ein vorbestimmter Steuerdruckschwellenwert ist. Ansonsten ist das Steuerventilglied 28 geschlossen. Dann versperrt es den Durchgang zwischen dem Leckeinlass 16 und der Niederdruckkammer 18. Wenn das Steuerventilglied 28 geöffnet ist, kann das ausgetretene Fluid von dem Leckauslass 56 durch den Leckeinlass 16 und das Steuerventilglied 28 in die Niederdruckkammer 18 strömen. Das Steuerventilglied 28 kann ein Einwegventil sein, das lediglich Fluidstrom von dem Leckeinlass 16 in die Niederdruckkammer 18 gestattet. Der vorbestimmte Steuerdruckschwellenwert kann beispielsweise mehr als 3 bar, vorzugsweise 5 bar, sein.
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Eine Strömungsmessvorrichtung 34 kann zwischen dem Leckauslass 56 und dem Leckeinlass 16 angeordnet sein. Die Strömungsmessvorrichtung 34 kann den Strom des ausgetretenen Fluids messen.
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Das ausgetretene Fluid folgt einem Leckpfad 36. Der Leckpfad 36 beginnt an der Hochdrucköffnung 24 und verläuft durch einen Kanal 44, der während eines Teils der Drehung des Rotors 38 an der Hochdrucköffnung 24 angeordnet ist. Der Leckpfad 46 verläuft zwischen dem entsprechenden Sperrelement 46 und der Wand des Kanals 44. Dann verläuft der Leckpfad 36 durch den Maschinenbereich 26, indem er die Maschinenkammer 50 hoch zum Leckauslass 56 durchquert. Der Leckpfad 6 führt ferner bei der Strömungsmessvorrichtung 34 vorbei und endet an dem Leckeinlass 16.
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Das ausgetretene Fluid kann durch das Steuerventilglied 28 in die Niederdruckkammer 18 strömen, wenn der Druck in dem Leckeinlass 16 im Bezug auf den Druck in der Niederdruckkammer über dem vorbestimmten Steuerdruckschwellenwert liegt. Das Fluid, das durch das Steuerventilglied 28 hindurchströmt, wird dem Fluid in der Niederdruckkammer 18 hinzugefügt. Somit wird dieser zusätzliche Strom mit dem Strom des durch den Niederdruckeinlassanschluss 12 zu pumpenden Fluids kombiniert, um den Gesamtzustrom in die Niederdruckkammer zu erhöhen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit von Kavitation in der Niederdruckkammer 18 und dem Maschinenbereich 26 während der Bewegung des Rotors 38 reduziert. Des Weiteren wird bei einem gegebenen Druck an dem Hochdruckauslassanschluss 14 die Druckdifferenz zwischen dem Maschinenbereich 26 und der Hochdruckkammer 20 reduziert.
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Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Füllventilglied 30, das zwischen der Niederdruckkammer 18 und dem Maschinenbereich 26 positioniert ist. Insbesondere beginnt das Füllventilglied 30 an der Niederdruckkammer 18 und endet an der Maschinenkammer 50 des Maschinenbereichs 28. Das Füllventilglied 30 öffnet sich, wenn der Druck in der Niederdruckkammer 18 im Bezug auf einen Druck in der Maschinenkammer 50 höher als ein vorbestimmter Fülldruckschwellenwert ist. Der vorbestimmte Fülldruckschwellenwert ist ein Wert von weniger als 2 bar, vorzugsweise zwischen 2 bar und 0 bar, stärker bevorzugt 0,5 bar. Ansonsten ist das Füllventilglied 30 geschlossen. Des Weiteren gestattet das Füllventilglied 30 lediglich einen Strom von der Niederdruckkammer 18 in die Maschinenkammer 50 des Maschinenbereichs 26. Das Füllventilglied 30 kann ein Einwegventil sein. Das Füllventilglied 30 kann zum Füllen der Maschinenkammer 50 mit dem zu pumpenden Fluid vor dem Einsatz der hydraulischen Maschinenanordnung 40 verwendet werden.
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Des Weiteren kann der Maschinenbereich 26 eine Entlüftungsöffnung 52 und einen entfernbaren Stopfen 54 umfassen. Die Entlüftungsöffnung 52 kann an der Maschinenkammer 50 angeordnet sein. Des Weiteren kann die Entlüftungsöffnung 52 die Maschinenkammer 50 mit der umliegenden Umgebung strömungsverbindungsartig verbinden. Der entfernbare Stopfen 54 kann zum Verschließen der Entlüftungsöffnung 52 in die Entlüftungsöffnung 52 platziert werden.
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Der entfernbare Stopfen 54 kann zum Entlüften der Maschinenkammer 50 aus der Entlüftungsöffnung 52 entfernt werden. Dies ist besonders dann hilfreich, wenn die Maschinenkammer 50 mit dem zu pumpenden Fluid gefüllt werden soll. Dann kann ein Benutzer zunächst den entfernbaren Stopfen 54 entfernen, bevor er das zu pumpende Fluid in die Niederdruckkammer 18 mit einem Druck, der über dem vorbestimmten Fülldruckschwellenwert liegt, füllt. Nach dem Füllvorgang kann der entfernbare Stopfen 54 zum Verschließen der Entlüftungsöffnung 52 wieder in der Entlüftungsöffnung 52 angeordnet werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Spülventilglied 32, das zwischen der Niederdruckkammer 18 und der Hochdruckkammer 20 angeordnet ist. In einem geöffneten Zustand gestattet das Spülventilglied 32 einen Strom von der Niederdruckkammer 18 in die Hochdruckkammer 20. Das Spülventilglied 32 kann sich öffnen, wenn kein Hochdruck in der Hochdruckkammer 20 vorliegt. Beispielsweise öffnet sich das Spülventilglied 32, wenn der Druck in der Niederdruckkammer 18 im Bezug auf einen Druck in der Hochdruckkammer 20 höher als ein vorbestimmter Spüldruckschwellenwert ist. Der Spüldruckschwellenwert kann weniger als 1 bar, vorzugsweise zwischen 1 bar und 0 bar, stärker bevorzugt 0 bar, sein. Das Spülventilglied 32 kann ein Einwegventil sein.
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Das Spülventilglied 32 kann vor dem Einsatz der hydraulischen Maschinenanordnung 40 zum Füllen des Systems mit dem zu pumpenden Fluid verwendet werden, wobei das System mit dem Hochdruckauslassanschluss 14 in Strömungsverbindung steht. Das zu pumpende Fluid wird dann durch den Niederdruckeinlassanschluss 12 in die Niederdruckkammer 18 eingeleitet. Solange kein Hochdruck in der Hochdruckkammer 20 vorliegt, ist das Spülventilglied 32 geöffnet und das zu pumpende Fluid kann durch das Spülventilglied 32 in die Hochdruckkammer 20 und weiter durch den Hochdruckauslassanschluss 14 in das System strömen.
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In 1b ist der Leckeinlass 16 mit einem Rohr 11 verbunden, das an dem Einlassanschluss 12 angebracht ist. Der Einlassanschluss 12 umfasst somit den Leckeinlass 16. In diesem Beispiel ist der Leckpfad 36 außerhalb der Vorrichtung 10 angeordnet. Der aufgefangene Leckagestrom tritt über den Einlassanschluss 12 in die Vorrichtung 10 ein.
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2a und 2b zeigen schematische Querschnitte der Vorrichtung 10. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen die selben Elemente wie in der Beschreibung von 1.
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2a zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung 10, wobei die Vorrichtung 10 eine Endplatte für eine hydraulische Maschinenanordnung ist. Der Querschnitt ist in einer Ebene, die zur Drehachse 42 der hydraulischen Maschinenanordnung normal ist, angeordnet. Bei dieser Ausführungsform umfasst die hydraulische Maschinenanordnung eine Maschinenkammer 50, die sich durch den Rotor 38 entlang der Drehachse 42 durch die Vorrichtung 10 erstreckt. Die Vorrichtung 10 umfasst somit eine Vorrichtungsöffnung 66 in der Mitte, die mit einer Maschinenkammer einer hydraulischen Maschinenanordnung in Strömungsverbindung steht.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Leckauslass an der Vorrichtung 10 angeordnet. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Leckschacht 58, der den Leckauslass mit der umliegenden Umgebung verbindet. Der Leckpfad 36 verläuft durch den Leckschacht 58. Eine Strömungsmessvorrichtung kann mit dem Leckschacht 58 und mit dem Leckeinlass 16 verbunden sein und den Abstand zwischen dem Leckschacht 58 und dem Leckeinlass 16 überbrücken.
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Wie bei dieser Ausführungsform weiter gezeigt wird, ist das Füllventil 30 zwischen der Niederdruckkammer 18 und der Vorrichtungsöffnung 66, die mit der Maschinenkammer in Strömungsverbindung steht, angeordnet.
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In einer Ebene, die zur Drehachse 42 normal ist, sind die Niederdrucköffnung 22 und die Hochdrucköffnung 24 bogenförmig. Sie folgen der Trajektorie eines Eingangs in einen Kanal, der sich um die Drehachse 42 dreht. Während der Trajektorie der Kanäle um die Drehachse 42 zwischen der Niederdrucköffnung 22 und der Hochdrucköffnung 24 verschließt die Vorrichtung 10 die entsprechenden Öffnungen der Kanäle.
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2b zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung 10 in einer Ebene, die die Drehachse 42 umfasst. Diese Figur zeigt genauer, wie die Verbindung des Leckschachts 58 mit der Vorrichtungsöffnung 66 erfolgt und er mit der Maschinenkammer 50 der hydraulischen Maschinenanordnung 40 in Strömungsverbindung steht.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Sie kann verschiedenartig modifiziert werden.
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Alle Merkmale und Vorteile, die sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung ergeben, darunter Konstruktionseinzelheiten, räumliche Anordnungen und Ablaufschritte, können einzeln oder in verschiedenen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Niederdruckeinlassanschluss
- 14
- Hochdruckauslassanschluss
- 16
- Leckeinlass
- 18
- Niederdruckkammer
- 20
- Hochdruckkammer
- 22
- Niederdrucköffnung
- 24
- Hochdrucköffnung
- 26
- Maschinenbereich
- 28
- Steuerventilglied
- 30
- Füllventilglied
- 32
- Spülventilglied
- 34
- Strömungsmessvorrichtung
- 36
- Leckpfad
- 38
- Rotor
- 40
- hydraulische Maschinenanordnung
- 42
- Drehachse
- 44
- Kanal
- 46
- Sperrelement
- 48
- Gleitplatte
- 50
- Maschinenkammer
- 52
- Entlüftungsöffnung
- 54
- entfernbarer Stopfen
- 56
- Leckauslass
- 58
- Leckschacht
- 60
- Lagerelement
- 62
- erster Bereich
- 64
- zweiter Bereich
- 66
- Vorrichtungsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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