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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Axialkolbenmaschinen in Schrägachsen- und in Schrägscheibenbauweise bekannt. Beide Bauformen haben eine bezüglich einer Drehachse drehbare Zylindertrommel, in welcher mehrere Kolben linearbeweglich aufgenommen sind. Die Zylindertrommel hat eine in Richtung der Drehachse weisende erste Steuerfläche, an welcher jeder Zylinderraum mit einer zugeordneten Mündungsöffnung ausmündet. Die erste Steuerfläche liegt an einer zweiten Steuerfläche gleitbeweglich an, wobei die zweite Steuerfläche zumindest drehfest bezüglich der Drehachse angeordnet ist. An der zweiten Steuerfläche sind eine erste und eine zweite Steueröffnung angeordnet, welche jeweils nierenförmig ausgebildet sind, wobei sie jeweils mit einem zugeordneten ersten bzw. zweiten Arbeitsanschluss fluidisch verbunden sind. Durch Drehung der Zylindertrommel kann jede Mündungsöffnung entweder mit der ersten oder mit der zweiten Steueröffnung zur Überdeckung gebracht werden, so dass ein Fluidaustausch stattfinden kann.
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In Umfangsrichtung sind die erste und die zweite Steueröffnung voneinander beabstandet, so dass sich ein erster und ein zweiter Umsteuerbereich ergibt, welche bezüglich der Drehachse diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Durch geeignete Gestaltung der Umsteuerbereiche kann die Druckpulsation der Axialkolbenmaschine minimiert werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, die mit einer hohen Drehzahl betrieben werden kann, wobei die Druckpulsation auch bei dieser hohen Drehzahl gering ist.
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Damit bei der höchsten Betriebsdrehzahl im Wesentlichen keine Kavitation auftritt, werden die Flächen der einzelnen Mündungsöffnungen und die Fläche der ersten und der zweiten Steueröffnung vorzugsweise möglichst groß ausgeführt, so dass ein reibungsbedingter Druckabfall gering ist. Weiter werden die genannten Flächen vorzugsweise möglichst nah an die Drehachse angeordnet, so dass die dort auf das Druckfluid einwirkenden Zentrifugalkräfte klein sind. Dies hat zur Folge, dass in Umfangsrichtung wenig Platz für die Umsteuerbereiche zur Verfügung steht, während die Umsteuerbereiche in radialer Richtung vergleichsweise breit sind. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Minimierung der Druckpulsation tragen insbesondere dem vorgenannten Umstand besonders Rechnung.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass im ersten und/oder im zweiten Umsteuerbereich jeweils eine fünfte und/oder eine sechste Steueröffnung angeordnet ist, wobei die fünfte Steueröffnung, soweit vorhanden, benachbart zur ersten Steueröffnung angeordnet ist, wobei die sechste Steueröffnung, soweit vorhanden, benachbart zur zweiten Steueröffnung angeordnet ist, wobei jede Mündungsöffnung in ihrer ersten bzw. zweiten Nullstellung die im betreffenden ersten bzw. zweiten Umsteuerbereich vorhandenen fünften bzw. sechsten Steueröffnungen überdeckt und zwar jeweils in einem verrundeten Eckbereich, welcher der radial äußeren Seite der betreffenden Mündungsöffnung zugeordnet ist, wobei alle fünften bzw. sechsten Steueröffnungen an einen zugeordneten Vorkompressionsraum angeschlossen sind. Vorzugsweise ist im ersten und im zweiten Umsteuerbereich jeweils eine einzige fünfte und eine einzige sechste Steueröffnung angeordnet. Die fünften bzw. die sechsten Steueröffnungen werden vorzugsweise jeweils von einer kreisrunden Bohrung in einer gesonderten Verteilplatte gebildet, wobei sie untereinander höchst vorzugsweise identisch ausgebildet sind.
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Mit dieser Anordnung können die fünften bzw. sechsten Steueröffnungen besonders groß ausgebildet werden, wobei in der ersten bzw. in der zweiten Nullstellung trotzdem nur eine kleine Überdeckung mit der betreffenden Mündungsöffnung vorhanden ist. Die so entstehende Fluidverbindung zwischen den beiden zugeordneten Vorkompressionsräumen hat also einen hohen Strömungswiderstand, so dass die Wirkung der Vorkompressionsräume nur wenig gemindert wird. Der genannte Strömungswiderstand wird vorzugsweise so ausgelegt, dass sich bei hohen Drehzahlen eine geringe Druckpulsation ergibt.
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Die Mündungsflächen bzw. die Mündungsöffnungen sind vorzugsweise untereinander identisch ausgebildet, wobei sie gleichförmig verteilt um die Drehachse herum angeordnet sind. Die erste und/oder die zweite Steueröffnung kann als eine zusammenhängende Fläche ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass sie aus mehreren nicht zusammenhängenden Unterflächen zusammengesetzt ist, welche in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse durch Versteifungsstege voneinander abgetrennt sind, so dass sich die Versteifungsstege innerhalb des nierenförmigen Umrisses befinden. Die letztgenannte Variante wird zur Erhöhung der Druckfestigkeit gewählt. Hinsichtlich der Funktionsweise der Erfindung sind beide Varianten gleichwertig.
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Die erste und die zweite Stirnseite der Mündungsöffnung bzw. Mündungsfläche sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgeführt, wobei die entsprechende Symmetrieachse die Drehachse schneidet. Damit zeigt die Axialkolbenmaschine für beide möglichen Drehrichtungen weitgehend das gleiche Verhalten. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise 4-Quadranten-fähig, dass heißt, sie kann für beide möglichen Drehrichtungen der Zylindertrommel sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden.
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Die Axialkolbenmaschine kann in Schrägscheibenbauweise oder in Schrägachsenbauwese ausgeführt sein. Bei der bevorzugten Schrägscheibenbauweise ist die zweite Steuerfläche vorzugsweise im Wesentlichen ortsfest bezüglich des Gehäuses angeordnet. Die radial innere und/oder die radial äußere Seite der Mündungsfläche sind vorzugsweise jeweils kreisförmig bezüglich der Drehachse ausgebildet.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass im ersten und/oder im zweiten Umsteuerbereich jeweils wenigstens eine dritte und wenigstens eine vierte Steueröffnung angeordnet sind, wobei die wenigstens eine dritte Steueröffnung jeweils benachbart zur ersten Steueröffnung angeordnet ist, wobei sie mit dem ersten Arbeitsanschluss permanent fluidisch verbunden ist, wobei die wenigstens eine vierte Steueröffnung jeweils benachbart zur zweiten Steueröffnung angeordnet ist, wobei sie mit dem zweiten Arbeitsanschluss permanent fluidisch verbunden ist. Damit kann der Druck in einem vom Hochdruck zum Niederdruck laufenden Zylinderraum über die dritte bzw. vierte Steueröffnung zum jeweiligen Arbeitsanschluss, der Niederdruck führt, abgebaut werden. In der Folge wird die Druckpulsation minimiert. Eine kleine Fläche der dritten bzw. vierten Steueröffnung bewirkt eine Drosselung des entsprechenden Volumenstroms, so dass der Druckabbau nicht schlagartig, sondern sanft geschieht. Bei einem vom Niederdruck zum Hochdruck laufenden Zylinderraum tritt der umgekehrte Fall ein, indem dieser Zylinderraum über die dritte bzw. vierte Steueröffnung mit dem Hochdruck führenden Arbeitsanschluss verbunden wird, so dass der Druck im Zylinderraum nicht schlagartig, sondern sanft aufgebaut wird. Hierbei ist zur berücksichtigen, dass die genannten Vorgänge wegen der gewünscht hohen Drehzahl während einer kurzen Zeitspanne stattfinden. Die Zeitdauer des Druckab- bzw. aufbaus kann über den Abstand in Umfangsrichtung zwischen der dritten bzw. vierten Steueröffnung und der zugeordneten ersten bzw. zweiten Steueröffnung eingestellt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine dritte Steueröffnung mit Abstand zur ersten Steueröffnung angeordnet ist, wobei ihre Fläche jeweils kleiner als 5% der kleinsten Mündungsfläche ist und/oder wobei die wenigstens eine vierte Steueröffnung mit Abstand zur zweiten Steueröffnung angeordnet ist, wobei ihre Fläche jeweils kleiner als 5% der kleinsten Mündungsfläche ist. Die wenigstens eine dritte Steueröffnung und/oder die wenigstens eine vierte Steueröffnung sind vorzugsweise kreisrund ausgebildet, wobei sie höchst vorzugsweise von einer Bohrung in einer gesonderten Verteilplatte gebildet werden, wobei die zweite Steuerfläche an der Verteilplatte angeordnet ist. Sie benötigen dementsprechend besonders wenig Bauraum in Umfangsrichtung. Diese Ausführung ermöglicht es, den genannten Abstand und den Drosselwiderstand der dritten bzw. vierten Steueröffnung sehr genau so einzustellen, dass sich eine minimale Druckpulsation ergibt. Da der optimale Abstand klein ist, wird für die dritte bzw. vierte Steueröffnung wenig Platz in Umfangsrichtung benötigt, wie dies für die vorliegende Erfindung angestrebt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine dritte Steueröffnung unmittelbar in die erste Steueröffnung übergeht und/oder wobei die wenigstens eine vierte Steueröffnung unmittelbar in die zweite Steueröffnung übergeht. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise eine einzige dritte bzw. eine einzige vierte Steueröffnung vorgesehen. Diese können als Kerbe oder als Tasche ausgeführt sein. Die Tiefe der Kerbe ändert sich entlang der Umfangsrichtung, wobei sie im Bereich der zugeordneten ersten bzw. zweiten Steueröffnung am größten ist. Die Tiefe einer Tasche ist zumindest abschnittsweise konstant.
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Es kann vorgesehen sein, dass jede Mündungsöffnung in ihrer ersten und in ihrer zweiten Nullstellung die wenigstens eine dritte und die wenigstens eine vierte Steueröffnung jeweils mit ihrer Umrandung überdeckt oder berührt. In den genannten Nullstellungen ist also Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steueröffnung und mithin zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsanschluss vorhanden. Der Strömungswiderstand der Fluidverbindung ist jedoch wegen der geringen Überdeckung hoch. Der Strömungswiderstand wird vorzugsweise so ausgelegt, dass sich bei hohen Drehzahlen eine besonders niedrige Druckpulsation ergibt.
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Es kann vorgesehen sein, dass im ersten und/oder im zweiten Umsteuerbereich jeweils genau zwei dritte und/oder genau zwei vierte Steueröffnungen angeordnet sind, wobei die einander zugeordneten dritten bzw. vierten Steueröffnungen radial bezüglich der Drehachse voneinander beabstandet sind. Der für die dritten und vierten Steueröffnungen in Umfangsrichtung benötigte Platz ist damit klein, wobei dennoch der für die Minimierung der Druckpulsation notwendige Volumenstrom durch die genannten Steueröffnungen fließen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass jede fünfte und jede sechste Steueröffnung jeweils an einen gesonderten Vorkompressionsraum permanent angeschlossen ist. Die genannten Vorkompressionsräume haben vorzugsweise jeweils ein konstantes Volumen, wobei deren Volumina höchst vorzugsweise gleich sind. Sie werden vorzugsweise von einem gesonderten zweiten Gehäuseteil des Gehäuses umgrenzt, an welchem der erste und der zweite Arbeitsanschluss angeordnet sind. Die fünfte bzw. die sechste Steueröffnung bildet vorzugsweise den einzigen Fluidweg, über den Druckfluid mit dem betreffenden Vorkompressionsraum ausgetauscht werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass alle fünften und sechsten Steueröffnungen auf einem gemeinsamen Bezugskreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse zusammenfällt, wobei die dem Bezugskreis zugeordneten verrundeten Eckbereiche jeweils einen geraden Abschnitt umfassen, der zwischen zwei gebogenen Abschnitten angeordnet ist, wobei der Bezugskreis den geraden Abschnitt schneidet. Durch diese Gestaltung wird die Mündungsfläche der Mündungsöffnungen prozentual nur minimal kleiner gegenüber einer durchgehend kreisförmigen Verrundung, wobei die Fläche der fünften und sechsten Steueröffnungen prozentual deutlich vergrößert werden kann. In Summe ergibt sich also ein besonders günstiger Kompromiss aus maximal erreichbarer Drehzahl und geringer Druckpulsation.
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Es kann vorgesehen sein, dass die dritten bzw. vierten Steueröffnungen, soweit vorhanden, innerhalb des Bezugskreises angeordnet sind. Damit ergibt sich ein geringer Platzbedarf für die dritten bis sechstens Steueröffnungen in Umfangsrichtung.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Bezugskreis alle verrundeten Eckbereiche schneidet, welche den radial äußeren Seiten aller Mündungsöffnungen zugeordnet sind. Mit dieser Anordnung können die fünften und sechsten Steueröffnungen besonders groß ausgeführt werden, wobei trotzdem das oben als besonders vorteilhaft beschriebene Überdeckungsverhalten aller dritten bis sechsten Steueröffnungen realisiert werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die kleinste Fläche aller fünften und sechsten Steueröffnungen größer als eine größte Fläche aller dritten und vierten Steueröffnungen ist. Die genannte größte Fläche ist vorzugsweise wenigstens 1,5-mal so groß wie die genannte kleinste Fläche. Damit ergibt sich eine besonders geringe Druckpulsation. Im Rahmen des zur Verfügung stehenden Bauraums können die fünften und sechsten Steueröffnungen beliebig groß ausgeführt werden, ohne dass die Druckpulsation hierdurch nachteilig beeinflusst werden würde.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Zylindertrommel von der ersten Steuerfläche her;
- 3 eine grobschematische Darstellung der Mündungsöffnungen und der ersten bis sechsten Steueröffnung;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Verteilplatte von der zweiten Steuerfläche her;
- 5 eine der 3 entsprechenden Darstellung mit einer zweiten Ausführungsform der dritten und der vierten Steueröffnungen; und
- 6 eine weitere der 3 entsprechenden Darstellung mit einer dritten Ausführungsform der dritten und der vierten Steueröffnungen.
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1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 10. Die Axialkolbenmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 14, welches aus einem ersten und einem gesonderten zweiten Gehäuseteil 15; 16 zusammengesetzt ist. Das erste Gehäuseteil 15 ist topfartig ausgebildet, so dass es eine Öffnung hat, die in 1 nach rechts weist. Diese Öffnung wird vom zweiten Gehäuseteil 16 vollständig überdeckt. Das erste und das zweite Gehäuseteil 15; 16 liegen an einer ebenen Dichtfläche aneinander an, wobei dort eine Dichtung angeordnet ist, welche das Gehäuse 14 fluiddicht verschließt.
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Am Boden des ersten Gehäuseteils 15 ist ein Drehlager 25 aufgenommen, wobei im zweiten Gehäuseteil 16 ein weiteres Drehlager 25 aufgenommen ist. Die Drehlager 25 sind vorliegend als Kegelrollenlager ausgeführt, welche in X-Anordnung eingebaut sind. Sie stützen eine Antriebswelle 24 bezüglich einer Drehachse 11 drehbar am Gehäuse 14 ab. Die Antriebswelle 24 wird von einer gesonderten Zylindertrommel 20 umgeben, wobei die Antriebswelle 24 und die Zylindertrommel 20 über eine Keilwellenverzahnung in Drehantriebsverbindung stehen.
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Die Antriebswelle 24 ragt vorliegend am ersten Gehäuseteil 15 mit einem Antriebszapfen aus dem Gehäuse 14 heraus. Es können aber auch an beiden Seiten des Gehäuses 14 oder nur an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 14 Antriebszapfen oder vergleichbare Antriebsmittel vorgesehen sein.
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In der Zylindertrommel 20 sind mehrere, beispielsweise sieben oder neun, Kolben 21 gleichförmig verteilt um die Drehachse 11 herum angeordnet, wobei sie linearbeweglich in der Zylindertrommel 20 aufgenommen sind, so dass sich jeweils ein Zylinderraum 22 mit veränderlichem Volumen ergibt. Das Ende eines jeden Kolbens 21, welches aus der Zylindertrommel 20 herausragt, ist über ein Kugelgelenk mit einem gesonderten Gleitschuh verbunden, der auf einer ebenen Steuerfläche einer Schrägscheibe 17 abgestützt ist. Die Schrägscheibe 17 ist bezüglich einer Schwenkachse schwenkbar, die senkrecht zur Drehachse 11 angeordnet ist. Vorliegend schneidet die Schwenkachse die Drehachse 11, wobei sie auch etwas neben der Drehachse 11 angeordnet sein kann. Die Schrägscheibe 17 kann beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Schwenkzylinder verstellt werden, um das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 10 einzustellen.
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Zwischen der Zylindertrommel 20 und dem zweiten Gehäuseteil 22 ist eine gesonderte Verteilplatte 48 angeordnet, welche eine zweite Steuerfläche 40 bildet, die an einer ersten Steuerfläche 23 der Zylindertrommel 20 gleitbeweglich anliegt. Die Steuerflächen 23; 40 sind rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 11 angeordnet, wobei sie fluiddicht aneinander angepasst sind. Die erste und die zweite Steuerfläche 23; 40 sind vorliegend kugelförmig ausgebildet, wobei sie auch eben ausgebildet sein können. Die Verteilplatte 48 ist ortsfest relativ zum Gehäuse 14 angeordnet. An die Verteilplatte 48 schließen sich zwei Fluidkanäle an, die an einem erstem bzw. an einem zweiten Arbeitsanschluss 12; 13 außen am Gehäuse 14 ausmünden. Jeder Zylinderraum 22 mündet mit einer jeweils zugeordneten Mündungsöffnung (Nr. 30 in 2 und 3) an der ersten Steuerfläche 23 aus, wobei wegen weiterer Details auf die Ausführungen zu 2 verwiesen wird.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Zylindertrommel 20 von der ersten Steuerfläche 23 her. Vorliegend sind insgesamt neun Mündungsöffnungen 30 vorhanden, welche gleichförmig verteilt um die Drehachse 11 herum angeordnet sind, wobei sie untereinander identisch ausgebildet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen die Mündungsöffnungen 30 so nah wie möglich an der Drehachse 11 angeordnet werden, damit dort nur vergleichsweise kleine Zentrifugalkräfte auf das Druckfluid einwirken. Die Zylindertrommel 20 kann sich in der Folge mit einer hohen Drehzahl drehen, ohne dass an der Saugseite der Axialkolbenmaschine Kavitation auftritt. Bei dem Druckfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Hydrauliköl.
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Jede Mündungsöffnung 30 definiert eine Mündungsfläche mit einer radial inneren Seite 33, einer radial äußeren Seite 34, einer ersten Stirnseite 31 und einer zweite Stirnseite 32. Die genannten Seiten 31 - 34 grenzen in verrundeten Eckbereichen 35 paarweise aneinander an. Die radial innere und die radial äußere Seite 33; 34 sind kreisförmig bezüglich der Drehachse 11 ausgebildet. Die erste und die zweite Stirnseite 31; 32 sind jeweils gerade ausgebildet. Die erste und die zweite Stirnseite 31; 32 zweier unmittelbar benachbarter Mündungsöffnungen 30 stehen sich vorzugsweise parallel gegenüber, wobei eine entsprechende Symmetrieachse die Drehachse 11 schneidet. Die Breite des entsprechenden Freiraums ist also unabhängig vom radialen Abstand zur Drehachse 11.
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Die beiden radial inneren verrundeten Eckbereiche 35 sind durchgängig mit einem konstanten Krümmungsradius kreisförmig gebogen, wobei sie tangential in die jeweils unmittelbar angrenzenden Seiten 41; 42; 43 übergehen. Die beiden radial äußeren gekrümmten Eckbereiche 35 umfassen jeweils einen mittleren geraden Abschnitt 36, der zwischen zwei kreisförmig gebogenen Abschnitten 37 angeordnet ist. Alle geraden Abschnitte werden vom Bezugskreis (Nr. 47 in 3) geschnitten, welcher die Lage der fünften und der sechsten Steueröffnung definiert. Der gerade Abschnitt bestimmt also, in welcher Drehstellung der Zylindertrommel 20 eine Fluidverbindung zwischen der betreffenden Mündungsöffnung 30 und einem der Vorkompressionsräume (Nr. 50 in 2) besteht.
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3 zeigt eine grobschematische Darstellung der Mündungsöffnungen 30 und der ersten bis sechsten Steueröffnungen 41 - 46. Die Mündungsöffnungen 30 sind mit Strichlinien eingezeichnet, wobei die Steueröffnungen 41 - 46 mit durchgezogenen Linien dargestellt sind. Der Umriss der Mündungsöffnungen 30 ist gegenüber 2 etwas vereinfacht dargestellt, wobei die tatsächliche Form in 2 gezeigt ist.
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Die erste und die zweite Steueröffnung 41; 42 sind jeweils nierenförmig ausgebildet. Sie haben über weite Teile des Umfangs eine konstante Breite, welche genau fluchtend zu den Mündungsöffnungen 30 ausgebildet ist. Ihre in Umfangsrichtung weisenden Stirnseiten umfassen einen geraden Abschnitt, der zwischen zwei verrundeten Ecken angeordnet ist. Durch diese Form kann die Fläche der ersten und der zweiten Steueröffnung 41; 42 besonders groß ausgeführt werden, obwohl diese jeweils vergleichsweise nahe an der Drehachse 11 angeordnet sind. Die erste Steueröffnung 41 ist mit dem ersten Arbeitsanschluss 12 fluidisch verbunden, wobei die zweite Steueröffnung 42 mit dem zweiten Arbeitsanschluss 13 fluidisch verbunden ist. In Umfangsrichtung sind die erste und die zweite Steueröffnung 41; 42 über einen ersten und einen zweiten Umsteuerbereich 51; 52 voneinander beabstandet.
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Bereits die vorstehend beschriebenen Merkmale bewirken, dass jede Mündungsöffnung 30 während einer Umdrehung der Zylindertrommel entweder mit der ersten oder mit der zweiten Steueröffnung 41; 42 in Fluidaustauschverbindung steht. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich demgegenüber mit den Verhältnissen im ersten und im zweiten Umsteuerbereich 51; 52.
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Zunächst ist auf die in 3 auf der 3-Uhr-Position angeordnete Mündungsöffnung 30 hinzuweisen, welche sich in einer ersten Nullstellung befindet, also genau in der Mitte des ersten Umsteuerbereichs 51. In dieser ersten Nullstellung überdeckt die betreffende Mündungsöffnung 30 die zugeordnete fünfte und sechste Steueröffnung 45; 46 jeweils teilweise, wobei die zugeordneten dritten und vierten Steueröffnungen 43; 44 ebenfalls jeweils teilweise überdeckt sind, wobei die Überdeckung ggf. nur minimal ist.
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Die insgesamt vier dritten Steueröffnungen 43 sind alle permanent mit dem ersten Arbeitsanschluss 12 fluidisch verbunden, so dass sie einen hydraulischen Kurzschluss zur ersten Steueröffnung 41 bilden. Aufgrund der kleinen Querschnittsfläche der dritten Steueröffnungen 43 hat dieser Strömungsweg einen nennenswerten Strömungswiderstand. Dieser Strömungswiderstand bewirkt, dass sich der Druck in der Zylinderkammer, deren Mündungsöffnung 30 sich über den ersten bzw. zweiten Umsteuerbereich 51; 52 bewegt, langsamer ändert, als wenn die dritten Steueröffnungen 43 nicht vorhanden wären.
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Jeweils zwei dritte Steueröffnungen 43 sind benachbart zu einer der beiden Stirnseiten der ersten Steueröffnung 41 angeordnet, wobei sie einen Abstand zu dieser haben. Sie sind so angeordnet, dass, wenn die Zylindertrommel von der zweiten Steueröffnung 42 her kommend auf genannte dritte Steueröffnungen 43 zu beweget wird, eine der beiden dritten Steueröffnungen 43, nämlich die radial äußere, etwas früher in Fluidaustauschverbindung mit der Mündungsöffnung 30 kommt, als die andere dritte Steueröffnung 43, nämlich die radial innere.
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Die vierten Steueröffnungen 44 und die zugeordnete zweite Steueröffnung 42 mit dem zweiten Arbeitsanschluss 13 sind analog zu den dritten Steueröffnungen 43 mit der zugeordneten ersten Steueröffnung 41 mit dem ersten Arbeitsanschluss 12 ausgebildet, wobei die genannten Steueröffnungen 44; 42; 43; 41 jeweils spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet bzw. angeordnet sind und zwar bezüglich der ersten und der zweiten Symmetrieachse 61; 62, welche senkrecht zueinander stehen.
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Die fünften und die sechsten Steueröffnungen 45; 46 sind permanent an einen jeweils zugeordneten Vorkompressionsraum 50 angeschlossen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen ansonsten abgeschlossenen Raum mit konstantem Volumen, der im zweiten Gehäuseteil (Nr. 16 in 1) angeordnet ist. Der Druck in einem Vorkompressionsraum 50 steigt an, wenn eine Mündungsöffnung 30 die zugeordnete fünfte bzw. sechste Steueröffnung 45; 46 und die Hochdruck führende erste bzw. zweite Steueröffnung 41; 42 überdeckt. Der genannte Druck fällt ab, wenn eine Mündungsöffnung 30 die zugeordnete fünfte bzw. sechste Steueröffnung 45; 46 und die Niederdruck führende erste bzw. zweite Steueröffnung 41; 42 überdeckt. Der Umstand, dass in der ersten bzw. zweiten Nullstellung ein minimaler hydraulischer Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Steueröffnung 41; 42 besteht, mindert zwar etwas den hydraulischen Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine, im Gegenzug wird bei einer hohen Drehzahl der Zylindertrommel die Druckpulsation minimiert.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die in 3 mit Nr. 53 gekennzeichneten Lücken in Umfangsrichtung besonders kurz sind, wobei die dritten, die vierten, die fünften und die sechsten Steueröffnungen 43; 44; 45; 46 dort trotzdem den erforderlichen Platz finden. In der Folge können die Mündungsöffnungen 30 und die erste und die zweite Steueröffnung 41; 42 besonders groß ausgeführt werden, obwohl diese sehr nah an der Drehachse 11 angeordnet sind.
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Die Axialkolbenmaschine kann daher mit einer hohen Drehzahl betrieben werden, ohne dass Kavitation auf der Niederdruckseite zu befürchten ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Verteilplatte 48 von der zweiten Steuerfläche 40 her. Alle Steueröffnungen 41-46 durchsetzen die Verteilplatte mit einer konstanten Querschnittsform in Richtung der Drehachse (Nr. 11 in 1). Die erste und die zweite Steueröffnung 41; 42 haben dabei eine nierenförmige Querschnittsform. Die dritten 43, die vierten 44, die fünften 45 und die sechsten 46 Steueröffnungen sind jeweils als kreiszylindrische Bohrungen ausgeführt. Deren Durchmesser definiert jeweils den im Rahmen des oben erläuterten Druckausgleichs wirksamen Strömungswiderstand. Die Durchmesser sind so gewählt, dass sich möglichst unabhängig vom Betriebszustand der Axialkolbenmaschine eine möglichst geringe Druckpulsation ergibt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die fünften bzw. sechsten Steueröffnungen 45; 46 größer auszuführen als die dritten bzw. vierten Steueröffnungen 43; 44.
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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, welche mit einer ersten Steuerfläche drehbeweglich an einer zweiten Steuerfläche anliegt, wobei an der ersten Steuerfläche mehrere Mündungsflächen angeordnet sind, wobei an der zweiten Steuerfläche eine erste und eine zweite Steuerfläche angeordnet sind, die jeweils nierenförmig ausgebildet sind, wobei sie in Umfangsrichtung über einen ersten und einen zweiten Umsteuerbereich voneinander beabstandet sind.
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5 zeigt eine der 3 entsprechenden Darstellung mit einer zweiten Ausführungsform der dritten und der vierten Steueröffnungen 43' und 44'. Bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede ist die zweite Ausführungsform identisch zur ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 verwiesen wird. In den 1 bis 5 sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Die bei der ersten Ausführungsform als gesonderte Bohrungen in der Verteilplatte ausgeführten dritten und vierten Steueröffnungen wurden durch kerbenartige dritte und vierte Steueröffnungen 43'; 44', die unmittelbar in die ersten bzw. zweiten Steueröffnungen 41; 42 übergehen, ersetzt. Die entsprechende Kerbe hat beispielsweise eine V-förmige Querschnittsform, wobei sich die Tiefe der Kerbe stetig vermindert. An der ersten bzw. zweiten Steueröffnung ist die Kerbe am tiefsten, wobei ihre Tiefe zum gegenüberliegenden Ende hin auf Null abnimmt. Die oben erläuterte Spiegelsymmetrie bezüglich der ersten und der zweiten Symmetrieachse 61; 62 ist auch bei der zweiten Ausführungsform gegeben.
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Mit der zweiten Ausführungsform ergibt sich eine etwas höhere Kavitationsneigung, wobei trotzdem eine gute Druckpulsationsminderung bei hohen Drehzahlen gegeben ist. Die gewünschten Eigenschaften stellen sich jedoch nur dann ein, wenn ein breiter Schlitz verwendet wird, welcher schwer herzustellen ist.
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6 zeigt eine weitere der 3 entsprechende Darstellung mit einer dritten Ausführungsform der dritten und der vierten Steueröffnungen 43"; 44". Bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede ist die dritte Ausführungsform identisch zur ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 verwiesen wird. In den 1 bis 4 und 6 sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Die bei der ersten Ausführungsform als gesonderte Bohrungen in der Verteilplatte ausgeführten dritten und vierten Steueröffnungen wurden durch taschenartige dritte und vierte Steueröffnungen 43"; 44", die unmittelbar in die ersten bzw. zweiten Steueröffnungen 41; 42 übergehen, ersetzt. Die entsprechenden Taschen werden beispielsweise mittels eines Schaftfräsers hergestellt, wobei sie eine kreisförmige Berandung haben. Sie haben eine konstante Tiefe. Die oben erläuterte Spiegelsymmetrie bezüglich der ersten und der zweiten Symmetrieachse 61; 62 ist auch bei der zweiten Ausführungsform gegeben.
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Mit der dritten Ausführungsform ergibt sich eine etwas höhere Kavitationsneigung, wobei trotzdem eine gute Druckpulsationsminderung bei hohen Drehzahlen gegeben ist. Die dritte Ausführungsform ist einfacher herstellbar als die zweite Ausführungsform.
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Hinzuweisen ist noch darauf, dass sowohl bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform in der ersten und der zweiten Nullstellung vorzugsweise eine minimale Überdeckung der betreffenden Mündungsöffnung 30 mit der dritten bzw. vierten Steueröffnung 43'; 43"; 44'; 44" gegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Axialkolbenmaschine
- 11
- Drehachse
- 12
- erster Arbeitsanschluss
- 13
- zweiter Arbeitsanschluss
- 14
- Gehäuse
- 15
- erstes Gehäuseteil
- 16
- zweites Gehäuseteil
- 17
- Schrägscheibe
- 20
- Zylindertrommel
- 21
- Kolben
- 22
- Zylinderraum
- 23
- erste Steuerfläche
- 24
- Antriebswelle
- 25
- Drehlager
- 30
- Mündungsöffnung
- 31
- erste Stirnseite
- 32
- zweite Stirnseite
- 33
- radial innere Seite
- 34
- radial äußere Seite
- 35
- verrundeter Eckbereich
- 36
- gerader Abschnitt
- 37
- gebogener Abschnitt
- 40
- zweite Steuerfläche
- 41
- erste Steueröffnung
- 42
- zweite Steueröffnung
- 43
- dritte Steueröffnung (erste Ausführungsform)
- 43'
- dritte Steueröffnung (zweite Ausführungsform)
- 43"
- dritte Steueröffnung (dritte Ausführungsform)
- 44
- vierte Steueröffnung (erste Ausführungsform)
- 44'
- vierte Steueröffnung (zweite Ausführungsform)
- 44"
- vierte Steueröffnung (dritte Ausführungsform)
- 45
- fünfte Steueröffnung
- 46
- sechste Steueröffnung
- 47
- Bezugskreis
- 48
- Verteilplatte
- 50
- Vorkompressionsraum
- 51
- erster Umsteuerbereich
- 52
- zweiter Umsteuerbereich
- 53
- Lücke
- 61
- erste Symmetrieachse
- 62
- zweite Symmetrieachse
