DE102019213675A1

DE102019213675A1 - Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit

Info

Publication number: DE102019213675A1
Application number: DE102019213675.3A
Authority: DE
Inventors: David Breuer; Rudolf Appel; Peter Roos; Timo Nafz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US11592012B2; US20210071528A1; CN112483344A; CN112483344B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschineneinheit, die insbesondere als hydrostatische Axialkolbenmaschineneinheit ausgebildet ist und mindestens zwei synchron antreibbare Triebwerke mit im Betrieb jeweils eine Hubbewegung ausführenden Verdrängerkolben umfasst, die zur Förderung in eine gemeinsame Druckleitung vorgesehen sind. Eine solche hydrostatische Kolbenmaschineneinheit mit mehreren Triebwerken wird auch als hydrostatische Mehrfacheinheit (Mehrfachpumpe oder Mehrfachmotor) bezeichnet. Sind genau zwei Triebwerke vorhanden, so spricht man von Doppelpumpe oder Doppelmotor. Es ist bekannt, bei einer hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit mit genau einem Triebwerk ein Vorkompressionsvolumen für einen Umsteuerbereich oder jeweils ein Vorkompressionsvolumen für beide Umsteuerbereiche vorzusehen.Sollen auch bei einer hydrostatischen Mehrfacheinheit die Vorteile einer Vorkompression genutzt werden, so wird nur wenig Bauraum benötigt und es werden die Kosten geringgehalten, wenn den Triebwerken ein Vorkompressionsvolumen gemeinsam zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschineneinheit, die insbesondere als hydrostatische Axialkolbenmaschineneinheit ausgebildet ist und zwei synchron antreibbare Triebwerke mit im Betrieb jeweils eine Hubbewegung ausführenden Verdrängerkolben umfasst, die zur Förderung in eine gemeinsame Druckleitung vorgesehen sind. Eine solche hydrostatische Kolbenmaschineneinheit mit mehreren Triebwerken wird auch als hydrostatische Mehrfacheinheit (Mehrfachpumpe oder Mehrfachmotor) bezeichnet. Sind genau zwei Triebwerke vorhanden, so spricht man von Doppelpumpe oder Doppelmotor.
Eine Doppelpumpe der vorbezeichneten Art ist aus der DE 30 41 832 A1 bekannt. Diese Doppelpumpe hat zwei Triebwerke in Schrägscheibenbauweise und ist insofern von integrierter Bauart, als an jeder Seite eines den beiden Teilpumpen gemeinsamen Mittelteils, an dem sich ein Druckanschluss und ein Sauganschluss befinden, ein topfförmiges Gehäuseteil angeordnet ist, von dem ein Triebwerk aufgenommen ist.
Aus der DE 37 00 573 A1 ist eine hydrostatische Radialkolbenmaschine und aus der DE 10 2012 218 883 A1 oder der DE 42 29 544 A1 eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise und mit genau einem Triebwerk bekannt, die für einen Umsteuerbereich, in dem die Verdrängerkolben ihre Bewegungsrichtung umkehren, ein als Vorkompressionsvolumen (Pre-Compression Volume (PCV)) dienendes Fluidvolumen aufweisen. Unter Fluidvolumen wird ein Hohlraum verstanden, 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. Es kann auch jedem der beiden Umsteuerbereiche jeweils ein eigenes Vorkompressionsvolumen zugeordnet sein. Durch derartige Vorkompressionsvolumina gelingt es, die Pulsation des Volumenstroms gering und damit den Geräuschpegel einer hydrostatischen Kolbenmaschine niedrig zu halten.
Bei den bekannten Axialkolbenmaschinen befinden sich die Verdrängerkolben in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel und begrenzen darin einen Verdrängerraum, der über eine stirnseitig an der Zylindertrommel eingebrachte Verbindungsöffnung wechselweise mit einer jeweils in eine als Steuerteil dienenden Steuerplatte eingebrachten nierenförmigen Niederdrucksteueröffnung und nierenförmigen Hochdrucksteueröffnung verbindbar ist. Die Zylindertrommel gleitet im Betrieb stirnseitig an der Steuerplatte entlang. Die Niederdrucksteueröffnung und die Hochdrucksteueröffnung liegen auf einem gemeinsamen Teilkreis und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wodurch zwei Umsteuerbereiche gebildet sind. Ein jeweiliger Verdrängerkolben befindet sich in dem einen Umsteuerbereich im Bereich seines inneren Totpunktes beziehungsweise seines Bottom Dead Center (BDC), in dem er am weitesten in seiner Zylinderbohrung eingetaucht ist, und in dem anderen Umsteuerbereiche im Bereich seines äußeren Totpunktes beziehungsweise seines Top Dead Center (TDC), in dem er am weitesten aus seiner Zylinderbohrung herausragt. Bei einer in der 1 der DE 42 29 544 C2 gezeigten Axialkolbenmaschine mündet in dem Umsteuerbereich, in dem sich ein jeweiliger Verdrängerkolben im Bereich seines BDC befindet, mit einer Ausmündung eine Verbindungsleitung, die mit dem PCV verbunden ist. Das PCV wiederum ist mit der Hochdrucksteueröffnung über ein Schieberventil und eine Drossel verbunden, wodurch das PCV mit Hochdruck versorgbar ist und sich bei geöffneten Schieberventil langsam über die Drossel auflädt. Die Ausmündung im Umsteuerbereich liegt in Radialrichtung gesehen außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und der Hochdrucksteueröffnung. Die Verbindungsöffnung eines jeweiligen von der Zylinderbohrung und vom Verdrängerkolben begrenzten Verdrängerraums weist einen Öffnungsabschnitt auf, der ebenfalls außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und der Hochdrucksteueröffnung liegt, damit sich die Verbindungsöffnung mit der Ausmündung überschneiden kann.
Bei einer Relativbewegung der Zylindertrommel zur Steuerplatte überstreicht die Verbindungsöffnung eines jeweiligen Verdrängerraums den die Ausmündung aufweisenden Umsteuerbereich, wodurch der Verdrängerraum über die Verbindungsleitung während einer bestimmten Kontaktzeit mit dem PCV verbunden ist und der Druck im Verdrängerraum ansteigt und der Druck im PCV abfällt, bis im Verdrängerraum und im PCV der gleiche Druck ansteht. Nach der Trennung vom Verdrängerraum steigt der Druck im PCV durch den Zufluss von Druckmittel von der Hochdruckseite durch die gedrosselte und ventilgesteuerte Verbindung wieder auf den Hochdruck an. Durch eine derartige Vorfüllung der Verdrängerräume sollen die Druckpulsationen auf der Hochdruckseite verringert werden.
Bei einer anderen aus der DE 42 29 544 C2 bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschine liegt die Ausmündung eines Verbindungskanals zum PCV nahe an der Hochdrucksteueröffnung. Die Verbindungsöffnungen haben eine solche Kontur, dass die Ausmündung zunehmend von einer Verbindungsöffnung freigelegt wird, sobald die Verbindungsöffnung die Niederdrucksteueröffnung verlassen hat, und Druckfluid unter hohem Druck schnell aus dem PCV in den Verdrängerraum entlassen wird. Danach wird die Ausmündung des Kanals kurzzeitig wieder geschlossen. Anschließend wird die Ausmündung wieder zunehmend freigelegt, um das PCV durch Zufluss von Druckmittel aus der Hochdrucksteueröffnung über die Verbindungsöffnung wieder auf hohen Druck zu bringen.
Bei der Radialkolbenmaschine gemäß der DE 37 00 573 entspricht die Anbindung des PCV an eine Ausmündung in dem einen Umsteuerbereich und an die Hochdruckseite der Anbindung des PCV in der weiter oben zuerst beschriebenen Axialkolbenmaschine aus der DE 42 29 544 A1 mit dem Unterschied, dass in der Verbindung zur Hochdruckseite kein Schieberventil vorhanden ist.
Bei der Axialkolbenmaschine gemäß der DE 10 2012 218 883 A1 gibt es wie bei der zweiten aus der DE 42 29 544 A1 bekannten Axialkolbenmaschine außer der direkt vom Umsteuerbereich zum PCV führenden Verbindungsleitung keine Leitung zwischen dem PCV und der Hochdruckseite.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Kolbenmaschineneinheit, die insbesondere als hydrostatische Axialkolbenmaschineneinheit ausgebildet ist und die mindestens zwei synchron antreibbare Triebwerke mit im Betrieb jeweils eine Hubbewegung ausführenden Verdrängerkolben umfasst, die zur Förderung in eine gemeinsame Druckleitung oder in einen gemeinsamen Druckanschluss vorgesehen sind, so weiterzuentwickeln, dass eine geringe Pulsation des Volumenstroms und damit ein niedriger Geräuschpegel mit geringen Kosten und ohne übermäßige Vergrößerung des Bauraums erhalten werden.
Das wird dadurch erreicht, dass den Triebwerken ein Vorkompressionsvolumen gemeinsam zugeordnet ist. Bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine ist also den beiden gleichartigen Umsteuerungen der beiden Triebwerke, vornehmlich zumindest der Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck, nur ein einziges Vorkompressionsvolumen zugeordnet, aus dem den Verdrängerräumen sowohl des einen Triebwerks als auch den Verdrängerräumen des anderen Triebwerks einen Druckanstieg bewirkendes Druckfluid zufließt, noch ehe ein Verdrängerraum zu der Hochdrucksteueröffnung einer Steuerteils hin öffnet. Im Vergleich dazu würde wesentlich mehr Bauraum nötig sein, wenn für jedes Triebwerk ein eigenes Vorkompressionsvolumen, also für zwei Triebwerke zwei Vorkompressionsvolumina vorgesehen wären.
Eine erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine lässt sich in vorteilhafter Weise weiter ausgestalten.
Die Erfindung ist insbesondere zu verwirklichen bei einer hydrostatische Kolbenmaschineneinheit, bei der in einem ersten rotierenden Zylinderteil mit mehreren ersten Zylinderräumen erste im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben angeordnet sind, wobei jeder erste Zylinderraum über eine Verbindungsöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung eines ruhenden Steuerteils verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer die ersten Verdrängerkolben in einem Totpunkt ihre Bewegungsrichtung umkehren, und bei der in einem zweiten rotierenden Zylinderteil mit mehreren zweiten Zylinderräumen zweite im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben angeordnet sind, wobei jeder zweite Zylinderraum über eine Verbindungsöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung eines ruhenden Steuerteils verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer die zweiten Verdrängerkolben in einem Totpunkt ihre Bewegungsrichtung umkehren, wobei die Zylinderräume im Bereich eines Umsteuerbereichs über eine Verbindungsleitung fluidisch mit dem Vorkompressionsvolumen verbunden werden. Die Niederdrucksteueröffnung und die Hochdrucksteueröffnung für das erste Triebwerk und die Niederdrucksteueröffnung und die Hochdrucksteueröffnung für das zweite Triebwerk können sich am gleichen Bauteil befinden, wie dies bei der Axialkolbeneinheit nach der DE 30 41 832 A1 der Fall ist. Das Steuerteil bildet dann üblicherweise auch ein Teil des Gehäuses. Üblicherweise ist jedoch bei den gegenwärtig gebräuchlichen Axialkolbeneinheiten das Steuerteil eine separate Steuerplatte, die drehfest an einem Gehäuseteil gehalten ist. Bei Vorhandensein von zwei Triebwerken sind dann also auch zwei Steuerplatten vorhanden,
Es können ein erstes Vorkompressionsvolumen für die Umsteuerung von der Niederdrucksteueröffnung zur Hochdrucksteueröffnung und ein zweites Vorkompressionsvolumen für die Umsteuerung von der Hochdrucksteueröffnung zur Niederdrucksteueröffnung vorgesehen sein.
Bevorzugt ist jede Verbindungsöffnung in einem Umsteuerbereich frühestens bei schon gedrosselter Verbindung zu der einen Steueröffnung und noch vor einer Überdeckung mit der anderen Steueröffnung über die in dem Umsteuerbereich befindliche Ausmündung einer Verbindungsleitung mit dem Vorkompressionsvolumen verbindbar. Ist noch eine gedrosselte Verbindung zu der einen Steueröffnung vorhanden, so wird die Umsteuerung weicher als bei einer Überdeckung der Ausmündung erst nach einer vollständigen Trennung von der einen Steueröffnung. Die weichere Umsteuerung hat geräuschtechnische Vorteile. Es gibt dann einen Winkelbereich, in dem eine Verbindungsöffnung weder mit der Hochdrucksteueröffnung noch mit der Niederdrucksteueröffnung, sondern nur mit dem Vorkompressionsvolumen verbunden ist. In dem Winkelbereich bestimmen allein das Volumen des Zylinderraums und das Vorkompressionsvolumen mit der Ausbildung der Verbindungsleitung, wie sich der Druck im Zylinderraum verändert.
Vorteilhafterweise ist eine Verbindungsöffnung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs gleichzeitig zum Vorkompressionsvolumen und zur der Steueröffnung offen, zu der hin gewechselt wird und wobei zur Angleichung des Drucks im Vorkompressionsvolumen an den Druck in der Steueröffnung, zu der hin gewechselt wird, zwischen dieser Steueröffnung und dem Vorkompressionsvolumen über die Verbindungsöffnung und über die Verbindungsleitung Druckfluid fließt. Bei einem Wechsel von der Niederdrucksteueröffnung zur Hochdrucksteueröffnung ist also ein Zylinderraum zunächst nur mit dem Vorkompressionsvolumen fluidisch verbunden. Durch Zufluss von Druckfluid aus dem Vorkompressionsvolumen zum Zylinderraum steigt also der Druck im Zylinderraum an, während er im Vorkompressionsvolumen absinkt, bis ein Druckausgleich stattgefunden hat. Ist dann die Verbindungsöffnung auch zur Hochdrucksteueröffnung offen, so fließt aus dieser Druckfluid zurück zum Vorkompressionsvolumen, so dass sich in diesem der Druck wieder auf Hochdruck erhöht.
Das Vorkompressionsvolumen kann zusätzlich über eine zweite Verbindungsleitung gedrosselt dauernd an die Hochdruckseite der Kolbeneinheit angeschlossen sein.
Ist die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit eine Axialkolbenmaschineneinheit in Schrägscheibenbauweise, so sind, wie an sich aus der DE 30 41 832 A1 bekannt, so sind das erste Zylinderteil und das zweite Zylinderteil vorteilhafterweise in Flucht zueinander angeordnet. Die beiden Zylinderteile sind vorteilhafterweise über eine gemeinsame Welle antreibbar, wobei sich die Welle auch aus mehreren drehfest miteinander verbundenen Wellenabschnitten zusammensetzen kann.
Vorzugsweise weisen die beiden Triebwerke die gleiche Anzahl von Verdrängerkolben auf und sind um eine halbe Kolbenteilung zueinander derart verdreht, dass die Verdrängerkolben des einen Triebwerks jeweils in der Mitte des Winkelabstands zwischen zwei Verdrängerkolben des anderen Triebwerks ihre Bewegungsrichtung umkehren. Das Verhalten der beiden Triebwerke im Hinblick auf den Verlauf des momentanen Volumenstroms entspricht dann dem Verhalten eines Triebwerks mit einer gegenüber einem der beiden Triebwerke doppelten, also geradzahligen Anzahl von Verdrängerkolben. Um den Winkelversatz zwischen den Verdrängerkolben zu erhalten, kann das eine Zylinderteil um eine halbe Kolbenteilung gegenüber dem anderen Zylinderteil versetzt auf der Welle angeordnet sein. Es können jedoch auch Schrägscheibe und Steuerteil zusammen gegenüber der anderen Schrägscheibe und dem anderen Steuerteil verdreht sein.
Bei einem Winkelversatz der beiden Triebwerke zueinander derart, dass die Verdrängerkolben des einen Triebwerks jeweils winkelversetzt zu den Verdrängerkolben des anderen Triebwerks ihre Bewegungsrichtung umkehren, ist es möglich, dass mit dem einem Umsteuerbereich zugeordneten Vorkompressionsvolumen abwechselnd entweder nur ein erster Zylinderraum oder nur ein zweiter Zylinderraum direkt verbunden ist. Damit wirkt das Vorkompressionsvolumen immer nur mit einem Zylinderraum zusammen und muss in seiner Größe auch nur auf einen Zylinderraum abgestimmt sein. Das Vorkompressionsvolumen kann dann wesentlich kleiner sein als in einem Fall, in dem es, weil kein Versatz zwischen den Verdrängerkolben der beiden Triebwerke besteht, zur gleichen Zeit mit zwei Zylinderräumen verbunden ist.
Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit kann zwei vollständige separate Hydroeinheiten umfassen, die vorzugsweise aneinander angeflanscht sind und von denen jede zwei Arbeitsanschlüsse hat, die extern miteinander verbunden sind.
Besonders bevorzugt hat die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit jedoch zwei den beiden Triebwerken gemeinsame Arbeitsanschlüsse, zum Beispiel einen Arbeitsanschluss, der als Hochdruckanschluss dient, und einen Arbeitsanschluss, der als Niederdruck- oder als Sauganschluss dient, die an einem die beiden Triebwerke aufnehmendem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet sind.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, als in ihrem Hubvolumen verstellbare Axialkolbendoppelpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten hydrostatischen Kolbenmaschine ist vereinfacht in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 einen senkrecht zu den Schwenkachsen der Schrägescheiben verlaufenden Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel und
2 eine schematische Darstellung mit einer Draufsicht auf die Steueröffnungen beider Teilpumpen und der Anbindung von zwei Vorkompressionsvolumina.

Die hydrostatischen Axialkolbenmaschinen nach den Figuren ist dafür vorgesehen, um als in ihrem Hubvolumen verstellbare Axialkolbenpumpe einen oder mehrere hydraulische Verbraucher, wie zum Beispiel Hydrozylinder, in einem offenen hydraulischen Kreislauf mit Druckmittel zu versorgen. Sie ist in Schrägscheibenbauart ausgeführt. Offener hydraulischer Kreislauf heißt, dass die Axialkolbenpumpe über einen Niederdruck- oder Sauganschluss Druckmittel aufnimmt und über einen Hochdruckanschluss an die hydraulischen Verbraucher abgibt und dass das von den hydraulischen Verbrauchern wegströmende Druckmittel in einen Tank zurückfließt. Der Volumenstrom der Axialkolbenpumpe ist proportional zur Antriebsdrehzahl und zum Hubvolumen, das die pro Umdrehung geförderten Druckmittelmenge ist.
Die gezeigte hydrostatische Axialkolbenpumpe ist eine sogenannte Doppelpumpe, bei der in einem gemeinsamen mehrteiligen Gehäuse 8 ein erstes Triebwerk 9 und ein zweites Triebwerk 10 untergebracht sind. Das Gehäuse 8 besitzt ein Gehäusemittelteil 11, an dem an gegenüberliegenden Seitenwänden als Arbeitsanschlüsse ein Hochdruckanschluss 12 und ein Niederdruckanschluss 13 ausgebildet sind und das einen zentralen Durchgang für eine Antriebswelle 14 mit einer Drehachse 15 aufweist. Von dem Niederdruckanschluss 13 aus verlaufen in dem Gehäusemittelteil 11 zwei Niederdruckkanäle 16, von denen einer an einer ersten senkrecht auf der Drehachse 15 stehenden Stirnwand 17 und einer an einer der ersten Stirnwand gegenüberliegenden und ebenfalls senkrecht auf der Drehachse 15 stehenden, zweiten Stirnwand 18 des Gehäusemittelteils 11 ausmündet. Von dem Hochdruckanschluss 12 aus verlaufen in dem Gehäusemittelteil 11 zwei Hochdruckkanäle 19, von denen einer an der ersten Stirnwand 17 und einer an der zweiten Stirnwand 18 des Gehäusemittelteils 11 ausmündet. Die Ausmündungen der Kanäle 16 und 19 in den Stirnwänden 17 und 18 sind kreisbogenförmig gekrümmt und erstrecken sich zum Beispiel über einen Winkel von ungefähr 120 Grad. Die Seitenwände mit den Arbeitsanschlüssen 12 und 13 sowie die Kanäle 16 und 19 verlaufen außerhalb der Schnittebene der 1 und sind deshalb nur mit gestrichelten Linien angedeutet.
Auf der einen in Richtung der Drehachse 15 weisenden Seite ist an des Gehäusemittelteil 11 ein erstes topfförmiges Gehäuseteil 25 und auf der gegenüberliegenden Seite ist an das Gehäusemittelteil 11 ein zweites topfförmiges Gehäuseteil 26 angeflanscht. Von dem ersten topfförmigen Gehäuseteil 25 ist das erste Triebwerk 9 und von dem zweiten topfförmigen Gehäuseteil 26 ist das zweite Triebwerk 10 aufgenommen.
Das Triebwerk 9 umfasst eine Zylindertrommel 30, in der leicht schräg zur Drehachse 15 verlaufende und an der dem Gehäusemittelteil 11 abgewandten Seite der Zylindertrommel offene kreiszylindrische Zylinderräume 31 ausgebildet sind, die gleichmäßig verteilt sind und auf dem gleichen Teilkreis liegen. Im Folgenden werden die Zylinderräume wegen ihres kreiszylindrischen Querschnitts als Zylinderbohrungen bezeichnet, auch wenn sie nicht oder nicht allein durch Bohren aus dem vollen Material hergestellt sind. In jeder Zylinderbohrung 31 ist ein Verdrängerkolben 32 längsbeweglich geführt. In dem Gehäuseteil 25 ist eine Schrägscheibe 33 um eine die Drehachse 15 senkrecht schneidende Schwenkachse 34 verschwenkbar gelagert. Die Verdrängerkolben 32 stützen sich im Betrieb über an ihnen gehaltene Kolbenschuhe 35 an der Schrägscheibe 33 ab. Die Zylindertrommel 30 ist verdrehsicher, aber axial beweglich mit einer sie durchsetzenden Teilwelle 36 der Antriebswelle 14 gekoppelt und wird im Betrieb über die Antriebswelle 14 um die Drehachse 15 gedreht.
In axialer Richtung stützt sich die Zylindertrommel 30 an einer Steuerplatte 37 ab, die ein Steuerteil darstellt und die unverdrehbar an der Stirnwand 17 des Gehäusemittelteils 11 gehalten ist. Die Steuerplatte 37 hat zwei durch sie hindurchgehende bogenförmige Steuerschlitze 38 und 39, wobei der Niederdrucksteuerschlitz 38 zur Mündung des einen im Gehäusemittelteil 11 verlaufenden Niederdruckkanals 16 und der Hochdrucksteuerschlitz 39 zur Mündung des einen im Gehäusemittelteil 11 verlaufenden Hochdruckkanals 19 hin offen ist. Also ist der Niederdrucksteuerschlitz 38 die Niederdrucksteueröffnung, der Hochdrucksteuerschlitz 39 die Hochdrucksteueröffnung. Der im Betrieb dem Hochdruck ausgesetzte Hochdrucksteuerschlitz 39 ist durch schmale Stege in mehrere Teilschlitze unterteilt, damit die Steuerplatte 37 im Bereich des Steuerschlitzes 39 eine hohe Festigkeit hat.
Von jeder Zylinderbohrung 31 besteht durch eine längliche Verbindungsöffnung 40 eine fluidische Verbindung zur der Steuerplatte 37 zugekehrten Stirnseite der Zylindertrommel 30. Diese liegt mit der Stirnseite mit den Verbindungsöffnungen 40 an der Steuerplatte 37 an und gleitet im Betrieb über die Steuerplatte hinweg. Die beiden Steuerschlitze 38 und 39 der Steuerplatte 37 befinden sich auf demselben Teilkreis wie die Verbindungsöffnungen 40. Im Betrieb steht in dem Hochdrucksteuerschlitz 39 ein hoher Druck (zum Beispiel ein Druck von 200 bar) an, während in dem Niederdrucksteuerschlitz 38 im Betrieb ein niedriger Druck (zum Beispiel ein Druck kleiner 5 bar), insbesondere Tankdruck ansteht. Zwischen dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und dem Niederdrucksteuerschlitz 38 gibt es auf der Steuerplatte zwei Umsteuerbereiche, nämlich einen Umsteuerbereich 41, in dem die Verbindungsöffnungen 40 von einer offenen fluidischen Verbindung zum Niederdrucksteuerschlitz 38 zu einer offenen fluidischen Verbindung zum Hochdrucksteuerschlitz 39 wechseln, und einen Umsteuerbereich 42, in dem die Verbindungsöffnungen 40 von einer offenen fluidischen Verbindung zum Hochdrucksteuerschlitz 39 zu einer offenen fluidischen Verbindung zum Niederdrucksteuerschlitz 38 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). Vorliegend liegt der äußere Totpunkt im Umsteuerbereich 41 und der innere Totpunkt im Umsteuerbereich 42.
In der 1 sind zwei Verdrängerkolben 32 in der Schnittebene gezeichnet. Die Darstellung ist der Einfachheit halber so gewählt, auch wenn sich bei einer ungeraden Anzahl von Verdrängerkolben und bei gleichem Winkelabstand zwischen den Verdrängerkolben nicht gleichzeitig zwei Verdrängerkolben in der Schnittebene befinden können.
Die Teilwelle 36 der Antriebswelle 14 ist in dem Gehäusemittelteil 11 und in nicht näher dargestellter Weise im Boden des ersten topfförmigen Gehäuseteils 25 mit Hilfe von Wälzlagern drehbar gelagert.
Das Triebwerk 10 umfasst eine genau wie die Zylindertrommel 30 des ersten Triebwerks 9 ausgebildete Zylindertrommel 50, in der leicht schräg zur Drehachse 15 verlaufende und an der dem Gehäusemittelteil 11 abgewandten Seite der Zylindertrommel offene Zylinderbohrungen ausgebildet sind, die gleichmäßig verteilt sind und auf dem gleichen Teilkreis liegen. In jeder Zylinderbohrung ist ein Verdrängerkolben 52 längsbeweglich geführt. In dem Gehäuseteil 26 ist eine genauso wie die Schrägscheibe 33 ausgebildete Schrägscheibe 53 um eine die Drehachse 15 senkrecht schneidende und zur Schwenkachse 34 parallele Schwenkachse 54 verschwenkbar gelagert. Die Verdrängerkolben 52 stützen sich im Betrieb über an ihnen gehaltene Kolbenschuhe 55 an der Schrägscheibe 53 ab. Die Zylindertrommel 50 ist verdrehsicher, aber axial beweglich mit einer sie durchsetzenden Teilwelle 56 der Antriebswelle 14 gekoppelt und wird im Betrieb über die Antriebswelle 14 synchron mit der Zylindertrommel 30 um die Drehachse 15 gedreht.
Die Teilwelle 56 der Antriebswelle 14 ist in dem Gehäusemittelteil 11 und in nicht näher dargestellter Weise im Boden des zweiten topfförmigen Gehäuseteils 26 mit Hilfe von Wälzlagern drehbar gelagert. Die beiden Teilwellen 36 und 56 sind innerhalb des Gehäusemittelteils 11 über eine Kupplungshülse 43 drehfest miteinander gekoppelt.
In axialer Richtung stützt sich die Zylindertrommel 50 an einer Steuerplatte 57 ab, die genauso wie die Steuerplatte 37 mit einem Hochdrucksteuerschlitz 39, mit einem Niederdrucksteuerschlitz 38 und mit zwei Umsteuerbereichen 41 und 42 ausgebildet und spiegelbildlich zu der Steuerplatte 37 angeordnet ist. ist.
Die beiden Zylindertrommel 30 und 50 sind in Drehrichtung um eine halbe Kolbenteilung gegeneinander versetzt angeordnet. Bei zum Beispiel 5 Zylinderbohrungen beträgt die Kolbenteilung 72 Grad. Entsprechend wäre der Versatz zwischen den beiden Zylindertrommeln 36 Grad. Bei zum Beispiel sechs Zylinderbohrungen beträgt die Kolbenteilung 60 Grad. Entsprechend wäre der Versatz zwischen den beiden Zylindertrommeln 30 Grad. Bei zum Beispiel 9 Zylinderbohrungen beträgt die Kolbenteilung 40 Grad. Entsprechend wäre der Versatz zwischen den beiden Zylindertrommeln 20 Grad.
Im Übrigen arbeitet das Triebwerk 10 genauso wie das Triebwerk 9, so dass auf die entsprechende Beschreibung bezüglich des Triebwerks 9 verwiesen werden kann.
Um bei der Umsteuerung von dem Niederdrucksteuerschlitz 38 zum Hochdrucksteuerschlitz 39 Druckspitzen in den Zylinderbohrungen 31, eine ungleichförmige Strömung und Druckpulsationen in dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und damit im Hochdruckanschluss 12 der Axialkolbenpumpe und im gesamten hydraulischen System, innerhalb dessen die Axialkolbenpumpe eingesetzt ist, gering zu halten, ist ein Fluidvolumen 65 definierter Größe vorgesehen, das als ein Hohlraum in dem Gehäusemittelteil 11 ausgebildet ist und von dem eine durch das Gehäusemittelteil 11 und die Steuerplatte 37 hindurchgehende Bohrung 66 mit einer Ausmündung 67 in dem Umsteuerbereich 41 ausgeht. Die Ausmündung 67 befindet sich nach einem Totpunkt der Verdrängerkolben 32 näher an dem Hochdrucksteuerschlitz 39 als an dem Niederdrucksteuerschlitz 38. Die Bohrung 66 hat eine gewisse drosselnde Wirkung oder es ist in ihr eine Drossel angeordnet. Von dem Fluidvolumen 65 geht eine weitere Bohrung 68 aus, die durch das Gehäusemittelteil 11 und die Steuerplatte 57 hindurchgeht und eine Ausmündung 69 in dem Umsteuerbereich 41 der Steuerplatte 57 hat. Auch die Ausmündung 69 befindet sich nach einem Totpunkt der Verdrängerkolben 52 näher an dem Hochdrucksteuerschlitz 39 als an dem Niederdrucksteuerschlitz 38 der Steuerplatte 57. Auch die Bohrung 68 hat eine gewisse drosselnde Wirkung oder ist mit einer Drossel versehen.
Optional kann das Fluidvolumen 65 zusätzlich auch dauernd direkt an die Hochdruckseite der Pumpe angeschlossen sein. Dies ist in 2 durch eine Bohrung 70 angedeutet, in der eine Drossel angeordnet ist oder die als Drossel wirkt.
Im Betrieb der Pumpe bewegen sich die Verbindungsöffnungen 40 an den Zylindertrommeln 30 und 50 über die Steuerschlitze 38 und 39 und die Umsteuerbereiche 41 und 42 hinweg. Zunächst ist eine Verbindungsöffnung 40 - es sei eine Verbindungsöffnung 40 der Zylindertrommel 30 - noch zum Niederdrucksteuerschlitz 38 offen. In der entsprechenden Zylinderbohrung 31 herrscht der Tankdruck. In dem Fluidvolumen 65 steht Hochdruck an.
Bei weiterer Drehung einer Zylindertrommel 30 verlässt die Verbindungsöffnung 40 den Niederdrucksteuerschlitz 38 der Steuerplatte 37 und kommt bei zu Beginn allenfalls noch stark gedrosselter Verbindung zum Niederdrucksteuerschlitz 38 in Überdeckung mit der Ausmündung 67 der Bohrung 66, so dass eine fluidische Verbindung zwischen der Zylinderbohrung 31 und dem Fluidvolumen 65 hergestellt ist. Druckfluid strömt nun von dem Fluidvolumen 65 in die Zylinderbohrung 31, so dass darin der Druck ansteigt und der Druck im Fluidvolumen 65 absinkt. Der Zustrom von Druckfluid in die Zylinderbohrung 31 endet, wenn in ihr der gleiche Druck wie im Fluidvolumen 65 herrscht. Das Druckmittel in der Zylinderbohrung 31 ist nun vorkomprimiert, weshalb ein Fluidvolumen nach Art des Fluidvolumens 65 auch als Vorkompressionsvolumen bezeichnet wird.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 30 erreicht die Verbindungsöffnung 40 den Hochdrucksteuerschlitz 39 und überdeckt diesen immer mehr. Dadurch wird nicht nur eine fluidische Verbindung zwischen dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und der Zylinderbohrung 31, sondern auch zwischen dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und dem Fluidvolumen 65 geschaffen, so dass nun Druckfluid aus dem Hochdrucksteuerschlitz 39 in die Zylinderbohrung 31 und in das Fluidvolumen 65 fließt. Wenn die Verbindungsöffnung 40 außer Überdeckung mit der Ausmündung 67 der Bohrung 66 kommt, steht in dem Fluidvolumen 65 wieder der Hochdruck an.
Nun verlässt eine Verbindungsöffnung 40 an der Zylindertrommel 50 den Niederdrucksteuerschlitz 38 der Steuerplatte 57 und kommt bei zu Beginn allenfalls noch stark gedrosselter Verbindung zum Niederdrucksteuerschlitz 38 in Überdeckung mit der Ausmündung 69 der Bohrung 68, so dass eine fluidische Verbindung zwischen der entsprechenden Zylinderbohrung 31 und dem Fluidvolumen 65 hergestellt ist. Druckfluid strömt nun von dem Fluidvolumen 65 in die Zylinderbohrung 31 der Zylindertrommel 50, so dass in der Zylinderbohrung der Druck ansteigt und der Druck im Fluidvolumen 65 absinkt. Der Zustrom von Druckfluid in die Zylinderbohrung 31 endet, wenn in ihr der gleiche Druck wie im Fluidvolumen 65 herrscht. Das Druckmittel in der Zylinderbohrung 31 ist nun vorkomprimiert.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 50 erreicht die Verbindungsöffnung 40 den Hochdrucksteuerschlitz 39 und überdeckt diesen immer mehr. Dadurch wird nicht nur eine fluidische Verbindung zwischen dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und der Zylinderbohrung 31, sondern auch zwischen dem Hochdrucksteuerschlitz 39 und dem Fluidvolumen 65 geschaffen, so dass nun Druckfluid aus dem Hochdrucksteuerschlitz 39 in die Zylinderbohrung und in das Fluidvolumen 65 fließt. Wenn die Verbindungsöffnung 40 außer Überdeckung mit der Ausmündung 69 der Bohrung 68 kommt, steht in dem Fluidvolumen 65 wieder der Hochdruck an.
Somit ist für die beiden Treibwerke nur ein Vorkompressionsvolumen vorgesehen, das beim Übergang einer Zylinderbohrung vom Niederdrucksteuerschlitz zum Hochdrucksteuerschlitz einer Steuerplatte wirksam ist.
Zusätzlich ist auch für den Wechsel einer Zylinderbohrung 31 vom Hochdrucksteuerschlitz 39 zum Niederdrucksteuerschlitz 38 ein Fluidvolumen definierter Größe vorgesehen. Dieses Fluidvolumen 75 ist ebenfalls als ein Hohlraum in dem Gehäusemittelteil 11 ausgebildet ist. Von dem Fluidvolumen 75 geht eine durch das Gehäusemittelteil 11 und die Steuerplatte 37 hindurchgehende Bohrung 76 mit einer Ausmündung 77 in dem Umsteuerbereich 42 aus. Die Ausmündung 77 befindet sich nach einem Totpunkt der Verdrängerkolben 32 näher an dem Niederdrucksteuerschlitz 38 als an dem Hochdrucksteuerschlitz 39. Die Bohrung 76 hat eine gewisse drosselnde Wirkung oder es ist in ihr eine Drossel angeordnet. Von dem Fluidvolumen 75 geht eine weitere Bohrung 78 aus, die durch das Gehäusemittelteil 11 und die Steuerplatte 57 hindurchgeht und eine Ausmündung 79 in dem Umsteuerbereich 42 der Steuerplatte 57 hat. Auch die Ausmündung 79 befindet sich nach einem Totpunkt der Verdrängerkolben 52 näher an dem Niederdrucksteuerschlitz 38 als an dem Hochdrucksteuerschlitz 39 der Steuerplatte 57. Auch die Bohrung 78 hat eine gewisse drosselnde Wirkung oder ist mit einer Drossel versehen.
Optional kann das Fluidvolumen 75 zusätzlich auch direkt an die Niederdruckseite der Pumpe angeschlossen sein. Dies ist in 2 durch eine Bohrung 80 angedeutet, in der eine Drossel angeordnet ist oder die als Drossel wirkt.
Wenn eine Verbindungsöffnung 40 nach Verlassen des Hochdruckschlitzes 39 einer Steuerplatte 37 oder 57 in Überdeckung mit der Ausmündung 77 oder 79 kommt, so fließt Druckmittel aus der entsprechenden Zylinderbohrung 31 in das Fluidvolumen 75. Der Druck in der Zylinderbohrung fällt, der Druck im Fluidvolumen 75 steigt, bis Druckgleichheit besteht. Die Zylinderbohrung ist nun teilweise dekomprimiert. Wenn dann die Verbindungsöffnung gleichzeitig in Überdeckung mit dem Niederdrucksteuerschlitz 38 und einer Ausmündung 77 oder 79 ist, fällt der Druck in der Zylinderbohrung und im Fluidvolumen 75 bis auf den Niederdruck ab. Obzwar das Fluidvolumen 75 somit eine teilweise Dekompression der Zylinderbohrung bewirkt, wird auch ein derartiges Fluidvolumen etwas ungenau als Vorkompressionsvolumen (Pre-Compression-Volume (PCV)) bezeichnet.
Bezugszeichenliste

8: Gehäuse
9: erstes Triebwerk
10: zweites Triebwerk
11: Gehäusemittelteil
12: Hochdruckanschluss
13: Niederdruckanschluss
14: Antriebswelle
15: Drehachse von 14
16: Niederdruckkanäle
17: Stirnwand von 11
18: Stirnwand von 11
19: Hochdruckkanäle
25: erstes topfförmiges Gehäuseteil
26: zweites topfförmiges Gehäuseteil
30: Zylindertrommel
31: Zylinder
32: Verdrängerkolben
33: Schrägscheibe
34: Schwenkachse von 33
35: Kolbenschuh
36: Teilwelle von 14
37: Steuerplatte
38: Steuerschlitz in 37 und 57
39: Steuerschlitz in 37 und 57
40: Verbindungsöffnung
41: Umsteuerbereich
42: Umsteuerbereich
43: Kupplungshülse
50: Zylindertrommel
52: Verdrängerkolben
53: Schrägscheibe
54: Schwenkachse von 53
55: Kolbenschuh
56: Teilwelle
57: Steuerplatte
65: Fluidvolumen
66: Bohrung
67: Ausmündung von 66
68: Bohrung
69: Ausmündung von 68
70: Bohrung
75: Fluidvolumen
76: Bohrung
77: Ausmündung von 76
78: Bohrung
79: Ausmündung von 78
80: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3041832 A1 [0002, 0012, 0017]
DE 3700573 A1 [0003]
DE 102012218883 A1 [0003, 0008]
DE 4229544 A1 [0003, 0007, 0008]
DE 4229544 C2 [0004, 0006]
DE 3700573 [0007]

Claims

Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit, insbesondere hydrostatische Axialkolbenmaschineneinheit, umfassend zwei synchron antreibbare Triebwerke (9, 10) mit im Betrieb jeweils eine Hubbewegung ausführenden Verdrängerkolben (32, 52), die zur Förderung in eine gemeinsame Druckleitung oder einen gemeinsamen Druckanschluss (12) vorgesehen sind. dadurch gekennzeichnet, dass den Triebwerken (9, 10) ein Vorkompressionsvolumen (65, 75) gemeinsam zugeordnet ist.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 1, wobei in einem ersten rotierenden Zylinderteil (30) mit mehreren ersten Zylinderräumen (31) erste im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben (32) angeordnet sind, wobei jeder erste Zylinderraum (31) über eine Verbindungsöffnung (40) wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung (38) und einer Hochdrucksteueröffnung (39) eines ruhenden Steuerteils (37) verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung (38) und der Hochdrucksteueröffnung (39) zwei Umsteuerbereiche (41, 42) befinden, innerhalb derer die ersten Verdrängerkolben (32) in einem Totpunkt ihre Bewegungsrichtung umkehren, wobei in einem zweiten rotierenden Zylinderteil (50) mit mehreren zweiten Zylinderräumen (31) zweite im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben (52) angeordnet sind, wobei jeder zweite Zylinderraum (31) über eine Verbindungsöffnung (40) wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung (38) und einer Hochdrucksteueröffnung (39) eines ruhenden Steuerteils (57) verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung (38) und der Hochdrucksteueröffnung (399 zwei Umsteuerbereiche (41, 42) befinden, innerhalb derer die zweiten Verdrängerkolben (52) in einem Totpunkt ihre Bewegungsrichtung umkehren, wobei die Zylinderräume (31) im Bereich eines Umsteuerbereichs (41, 42) über eine Verbindungsleitung (66, 68, 76, 78) fluidisch mit dem Vorkompressionsvolumen (65, 75) verbunden werden.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 2, wobei ein erstes Vorkompressionsvolumen (65) für die Umsteuerung von der Niederdrucksteueröffnung (38) zur Hochdrucksteueröffnung (39) vorgesehen ist und wobei ein zweites Vorkompressionsvolumen (75) für die Umsteuerung von der Hochdrucksteueröffnung (39) zur Niederdrucksteueröffnung (38) vorgesehen ist.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei jede Verbindungsöffnung (40) in einem Umsteuerbereich (41, 42) frühestens bei schon gedrosselter Verbindung zu der einen Steueröffnung (38, 39) und noch vor einer Überdeckung mit der anderen Steueröffnung (39, 38) über die in dem Umsteuerbereich (41, 42) befindliche Ausmündung (67, 69, 77, 79) einer Verbindungsleitung (66, 68, 76, 78) mit dem Vorkompressionsvolumen (65, 75) verbindbar ist.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 4, wobei eine Verbindungsöffnung (40) innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs gleichzeitig zum Vorkompressionsvolumen (65, 75) und zur der Steueröffnung (39, 38) offen ist, zu der hin gewechselt wird und wobei zur Angleichung des Drucks im Vorkompressionsvolumen (65, 75) an den Druck in der Steueröffnung (39, 38), zu der hin gewechselt wird, zwischen dieser Steueröffnung (39, 38) und dem Vorkompressionsvolumen (65, 75) über die Verbindungsöffnung (40) und über die Verbindungsleitung (66, 67, 76, 77) Druckfluid fließt.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei das Vorkompressionsvolumen (65, 75) über eine zweite Verbindungsleitung (70, 80) gedrosselt dauernd an eine Druckseite angeschlossen ist.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei sie eine Axialkolbenmaschineneinheit in Schrägscheibenbauweise ist und wobei das erste Zylinderteil (30) und das zweite Zylinderteil (50) in Flucht zueinander angeordnet sind.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 7, wobei die beiden Zylinderteile (30, 50) über eine gemeinsame Welle (14) antreibbar sind.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die beiden Triebwerke (9, 10) die gleiche Anzahl von Verdrängerkolben (32, 52) aufweisen und um eine halbe Kolbenteilung zueinander verdreht sind derart, dass die Verdrängerkolben (52) des einen Triebwerks (10) jeweils in der Mitte des Winkelabstands zwischen zwei Verdrängerkolben (32) des anderen Triebwerks (9) ihre Bewegungsrichtung umkehren.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Patentanspruch 9, wobei die beiden Triebwerke (9, 10) zueinander verdreht sind derart, dass die Verdrängerkolben (52) des einen Triebwerks (10) jeweils winkelversetzt zu den Verdrängerkolben (32) des anderen Triebwerks (9) ihre Bewegungsrichtung umkehren, und wobei mit dem einem Umsteuerbereich (41, 42) zugeordneten Vorkompressionsvolumen (65, 75) abwechselnd entweder nur ein erster Zylinderraum (31) oder nur ein zweiter Zylinderraum direkt verbunden ist.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei sie zwei den beiden Triebwerken (9, 10) gemeinsame Arbeitsanschlüsse (12, 13) umfasst, die an einem die beiden Triebwerke (9, 10) aufnehmendem gemeinsamen Gehäuse (8) ausgebildet sind.
Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei sie zwei vollständige separate Hydroeinheiten umfasst, die vorzugsweise aneinander angeflanscht sind.