DE10206957B4

DE10206957B4 - Hydrostatische Verdrängereinheit mit einer Vorrichtung umfassend ein Speicherelement zur Verminderung von Pulsationen

Info

Publication number: DE10206957B4
Application number: DE2002106957
Authority: DE
Inventors: Martin Bergmann
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: DE10206957A1

Abstract

Hydrostatische Verdrängereinheit, insbesondere Axial- oder Radialkolbenmaschine, mit einer Vorrichtung (10) zur Verminderung von Pulsationen, wobei die Vorrichtung (10) ein Speicherelement (11) aufweist, das über eine zwischen einer Einlassseite (2) und einer Auslassseite (3) der Verdrängereinheit in einem Steuerspiegel (1) angeordnete Füllöffnung (13) mit einem von einem in einer Zylinderbohrung längsverschiebbarer Kolben gebildeten Zylinderraum (21) zum Füllen und unter Druck Setzen des Zylinderraums (21) und über eine zwischen der Einlassseite (2) und der Auslassseite (3) in dem Steuerspiegel (1) angeordnete Nachladeöffnung (15) mit der Auslassseite (3) zum Füllen des Speicherelements (11) aus der Auslassseite (3) in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (21) mit einem Steuerschlitz (4) zur Verbindung mit der Einlassseite (2), einer Verbindungsöffnung (16), der Füllöffnung (13), der Nachladeöffnung (15) sowie der Auslassseite (3) versehen ist und dass während des Umsteuerns des Zylinderraums (21) von der Einlassseite (2) auf die Auslassseite (3) der Zylinderraum (21) über den Steuerschlitz (4) ständig mit der Auslassseite (3) in Verbindung steht, wobei zur ständigen Verbindung des Zylinderraums (21) mit der Auslassseite (3) zwischen der Einlassseite (2) und der Auslassseite (3) die mit der Auslassseite (3) in Verbindung stehende Verbindungsöffnung (16) angeordnet ist, die während der Verbindung des Zylinderraums (21) mit dem Speicherelement (11) mittels der Füllöffnung (13) über den Steuerschlitz (4) eine Verbindung des Zylinderraums (21) mit der Auslassseite (3) herstellt, so dass neben der Zeit, in der das Speicherelement (11) über die Nachladeöffnung (15) und den Steuerschlitz (4) mit der Auslassseite (3) in Verbindung steht auch während der Zeit, in der das Speicherelement (11) mit dem Zylinderraum (21) über den Steuerschlitz (4) und die Füllöffnung (13) zum Füllen des Zylinderraums (21) in Verbindung steht, ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite (3) entnommen wird, und wobei während des Umsteuerns des Zylinderraums (21) von der Einlassseite (2) auf die Auslassseite (3) durch den über die Verbindungsöffnung (16) über den Steuerschlitz (4) aus der Auslassseite (3) entnommenen und den Zylinderraum (21) füllenden Druckmittelstrom (QHD1) sowie durch den über die Nachladeöffnung (15) über den Steuerschlitz (4) aus der Auslassseite (3) zum Nachladen des Speicherelements (11) entnommenen Druckmittelstrom (QHD2) eine gleichmäßige Volumenstromentnahme (QHD) aus der Auslassseite (3) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängereinheit, insbesondere Axial- oder Radialkolbenmaschine, mit einer Vorrichtung zur Verminderung von Pulsationen, wobei die Vorrichtung ein Speicherelement aufweist, das über eine zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite der Verdrängereinheit in einem Steuerspiegel angeordnete Füllöffnung mit einem von einem in einer Zylinderbohrung längsverschiebbarer Kolben gebildeten Zylinderraum zum Füllen und unter Druck Setzen des Zylinderraums und über eine zwischen der Einlassseite und der Auslassseite in dem Steuerspiegel angeordnete Nachladeöffnung mit der Auslassseite zum Füllen des Speicherelements aus der Auslassseite in Verbindung bringbar ist.
Bei derartigen hydrostatischen Verdrängereinheiten, die insbesondere als Axialkolben- oder Radialkolbenmaschine ausgebildet sind, werden die Zylinderräume abwechselnd mit der Einlassseite und der Auslassseite verbunden. Im Pumpenbetrieb der Verdrängereinheit bildet die Einlassseite die Niederdruckseite und die Auslassseite die Hochdruckseite. Während des Umsteuervorgangs von der mit Niederdruck beaufschlagten Einlassseite auf die mit Hochdruck beaufschlagte Auslassseite im Pumpenbetrieb ist aufgrund der Kompressibiltät des Druckmittels ein Flüssigkeitsvolumen (Kompressionsvolumen) erforderlich, um den Druck im Zylinderraum im Pumpenbetrieb von dem Niederdruck der Einlassseite auf den Hochdruck der Auslassseite anzuheben. Dieses Flüssigkeitsvolumen wird aus der Hochdruckseite entnommen, wodurch an der Hochdruckseite, die die Auslassseite darstellt, durch die Entnahme der einzelnen Flüssigkeitsvolumen für jeden Zylinderraum ein ungleichmäßiger Förderstrom auftritt, der zu Pulsationen des Druckes in der Auslassseite führt. Diese Pulsationen in der Auslassseite verursachen Geräusche und Schwingungen in der Verdrängereinheit und den daran angeschlossenen Bauteilen, beispielsweise Rohrleitungen und Verbraucher.
Um diese Pulsationen in der Auslassseite zu verringern, werden Vorrichtungen vorgesehen, mit denen das Füllen der Zylinderräume mit dem Flüssigkeitsvolumen über einen möglichst langen Zeitraum und gleichmäßig erfolgt.
Bei bekannten Verdrängereinheiten ohne Speicherelement wird hierzu an der Auslassseite eine Vorsteuerkerbe angebracht, mit der beim Umsteuern des Zylinderraums von der Einlassseite auf die Auslassseite eine sich allmählich vergrößernde Öffnungsfläche zwischen dem Zylinderraum und der Auslassseite hergestellt wird. Während des Umsteuern von der Einlassseite auf die Auslassseite treten jedoch Hubbewegungen der Kolben auf, die die Ausbildung der Kerbe über einen großen Drehwinkel und damit Zeitbereich begrenzen, um eine unerwünschte Drucküberhöhung auf einen Druck, der den Druck an der Auslassseite übersteigt, in den Zylinderräumen zu verhindern.
Aus der DE 699 34 173 T2 ist eine hydrostatische Verdrängereinheit bekannt, bei der durch Steuernuten und Leitungen an den Steuernieren sowie durch zusätzliche Bypassöffnungen im Umsteuerbereich ein sinusförmiger Druckanstieg und Druckabfall erzielt werden kann und die Druckpulsationen der Verdrängermaschine eine reine Sinuskurve bilden.
Die JP 09 256 945 A offenbart eine hydrostatische Verdrängereinheit, bei der über Nuten und einem die Nuten verbindenden Kanal ein Druckausgleich zwischen dem im oberen Totpunkt befindlichen Zylinderraum und dem unteren Totpunkt befindlichen Zylinderraum erfolgt, um Druckpulsationen zu verringern.
Weiterhin ist bekannt zur Verringerung der Pulsation an der Auslassseite den Zylinderraum während des Umsteuerns nicht direkt aus der Auslassseite zu füllen, sondern mittels eines ölgefüllten Speicherelements.
Aus der JP 08 144 941 A1 ist eine hydrostatische Verdrängereinheit bekannt, bei der der umsteuernde Zylinderraum über eine Füllöffnung mit Druckmittel aus dem Speicherelement befüllt wird. Das Speicherelement ist zum Nachladen mit Druckmittel über eine Verbindungsleitung und ein Rückschlagventil ständig an die Auslassseite angeschlossen.
Bei einer Speicherumsteuerung ist es weiterhin bekannt, über eine in dem Umsteuerbereich angeordnete Öffnung den Zylinderraum mittels des Steuerschlitzes des Zylinderraums mit dem Speicherelement zum Füllen des Zylinderraums zu verbinden und das Speicherelement aus der Auslassseite aufzuladen, wenn der Steuerschlitz des Zylinderraums in der weiteren Drehbewegung eine Verbindung der mit dem Speicherelement in Verbindung stehenden Öffnung mit der Auslassseite herstellt. Da das Auffüllen des Zylinderraums und das Nachladen des Speicherelement hierbei über dieselbe Öffnung und somit demselben Öffnungsquerschnitt erfolgt, der in der Regel hinsichtlich eines schnellen Füllens des Zylinderraums ausgelegt ist, weist der aus der Auslassseite entnommene Nachladestrom zum Nachladen des Speicherelements anfänglich eine Überhöhung auf und klingt zum Ende hin ab. Dieser Verlauf des Nachladestroms führt zu einem Einbruch im Förderstrom der Pumpe und somit zu Pulsationen an der Auslassseite.
Um einen gleichmäßigen Verlauf des aus der Auslassseite entnommenen Nachladestroms für das Speicherelement und somit eine Verringerung der Pulsationen an der Auslassseite zu erzielen, werden bei gattungsgemäßen Vorrichtungen für das Füllen des Zylinderraums und das Nachladen des Speicherelement getrennte Öffnungsquerschnitte durch zwei Öffnungen im Umsteuerbereich vorgesehen.
Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung mit einer Speicherumsteuerung und getrennten Öffnungsquerschnitten zum Füllen des Zylinderraums und zum Nachladen des Speicherelements sind aus der DE 42 29 544 C2 und der JP 08 284 805 A bekannt. Bei der DE 42 29 544 C2 steht hierbei das Speicherelement mit einer zwischen der Einlassseite und der Auslassseite angeordneten Öffnung in Verbindung, wobei an dem Steuerschlitz des jeweiligen Zylinderraum eine erste Kerbe angeordnet ist, die mit der Öffnung eine Füllöffnung zum Befüllen und unter Druck setzen des Zylinderraums darstellt, und eine von der ersten Kerbe in Umfangsrichtung beabstandete und abgetrennte zweite Kerbe ausgebildet ist, die in Verbindung mit der Öffnung eine Nachladeöffnung zum Füllen des Speicherelements mit einem aus der Auslassseite entnommenen Nachladestrom bildet.
Die erste Kerbe des Steuerschlitzes ist hierbei derart ausgebildet, dass die Öffnung nur über einen kurzen Drehwinkel freigegeben wird und somit die Füllung des Zylinderraums über einen kurzen Drehwinkel in einer kurzen Zeitspanne erfolgt. Hierdurch kann eine Drucküberhöhung des Zylinderraums vermieden werden. Die zweite Kerbe des Steuerschlitzes ist derart ausgebildet, dass die Verbindung zur Öffnung über einen großen Drehwinkel mit einem über dem Drehwinkel zunehmenden Öffnungsquerschnitt erfolgt, wodurch zum Füllen des Speicherelement aus der Auslassseite ein großer Drehwinkel und somit eine lange Zeitspanne zur Verfügung steht. Das Nachladen des Speicherelements ist hierbei unabhängig von der Hubbewegung der Kolben, wodurch die Druckmittelentnahme aus der Auslassseite zum Nachladen des Speicherelements gleichmäßig mit einem geringen Niveau und über einen langen Zeitraum erfolgen kann. Hierdurch können Pulsationen an der Auslassseite gegenüber Speicherumsteuerung mit einer gemeinsamen Öffnung zum Füllen des Zylinderraums und Nachladen des Speicherelements minimiert werden.
Bei derartigen gattungsgemäßen Vorrichtungen erfolgt jedoch eine Entnahme des Flüssigkeitsvolumens aus der Auslassseite lediglich während der Zeit, in der der Zylinderraum mit der Nachladeöffnung in Verbindung steht und somit das Speicherelement gefüllt wird. An der Auslassseite treten somit weiterhin während des Umsteuervorgangs Volumenstrompulsationen an der Auslassseite auf, die zu Geräuschen und Schwingungen an der Verdrängereinheit und den an diese angeschlossenen Leitungen und Verbraucher führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der das Umsteuerverhalten der Verdrängereinheit von der Einlassseite auf die Auslassseite verbessert werden kann und Volumenstrompulsationen an der Auslassseite wirksam verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zylinderraum mit einem Steuerschlitz zur Verbindung mit der Einlassseite, einer Verbindungsöffnung, der Füllöffnung, der Nachladeöffnung sowie der Auslassseite versehen ist und dass während des Umsteuerns des Zylinderraums von der Einlassseite auf die Auslassseite der Zylinderraum über den Steuerschlitz ständig mit der Auslassseite in Verbindung steht, wobei zur ständigen Verbindung des Zylinderraums mit der Auslassseite zwischen der Einlassseite und der Auslassseite die mit der Auslassseite in Verbindung stehende Verbindungsöffnung angeordnet ist, die während der Verbindung des Zylinderraums mit dem Speicherelement mittels der Füllöffnung über den Steuerschlitz eine Verbindung des Zylinderraums mit der Auslassseite herstellt, so dass neben der Zeit, in der das Speicherelement über die Nachladeöffnung und den Steuerschlitz mit der Auslassseite in Verbindung steht auch während der Zeit, in der das Speicherelement mit dem Zylinderraum über den Steuerschlitz und die Füllöffnung zum Füllen des Zylinderraums in Verbindung steht, ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite entnommen wird, und wobei während des Umsteuerns des Zylinderraums von der Einlassseite auf die Auslassseite durch den über die Verbindungsöffnung über den Steuerschlitz aus der Auslassseite entnommenen und den Zylinderraum füllenden Druckmittelstrom sowie durch den über die Nachladeöffnung über den Steuerschlitz aus der Auslassseite zum Nachladen des Speicherelements entnommenen Druckmittelstrom eine gleichmäßige Volumenstromentnahme aus der Auslassseite erfolgt.
Erfindungsgemäß wird somit während des ganzen Umsteuervorgangs eines Zylinderraums von der Einlassseite auf die Auslassseite durch die ständige Verbindung des Zylinderraums mit der Auslassseite ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite entnommen. Hierdurch kann auf einfache Weise erzielt werden, dass neben der Zeit, in der das Speicherelement über die Nachladeöffnung mit der Auslassseite in Verbindung steht auch während der Zeit, in der das Speicherelement mit dem Zylinder über die Füllöffnung zum Füllen des Zylinderraums in Verbindung steht, ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite entnommen wird, wodurch Volumenstrompulsationen an der Auslassseite wirksam verringert werden können. Im Betrieb der Verdrängereinheit wird folglich durch das aufeinanderfolgende Umsteuern der einzelnen Zylinderräume ständig ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite entnommen. Eine erfindungsgemäße Verdrängereinheit weist somit gegenüber Verdrängereinheiten mit gattungsgemäßen Vorrichtungen eine verringerte Volumenstrompulsationen an der Auslassseite auf, wodurch das Geräusch- und Schwingungsverhalten der Verdrängereinheit und der an diese angeschlossenen Verbraucher und Druckmittelleitungen weiter verbessert wird. Mit der Verbindungsöffnung wird auf einfache Weise erzielt, dass während des Füllens des Zylinderraums aus dem Speicherelement über die Füllöffnung ein Druckmittelstrom zum Füllen des Zylinderraums direkt aus der Auslassseite entnommen wird, wodurch eine gleichmäßige Volumenstromentnahme aus der Auslassseite und somit eine verringerte Volumenstrompulsation an der Auslassseite erzielt wird. Die aus der Auslassseite entnommenen Druckmittelströme zum Füllen der einzelnen Zylinderräume liegen somit auf nahezu einer Linie mit einem niedrigem Niveau, wodurch sich geringe Pulsation an der Auslassseite ergeben.
Sofern der Zylinderraum bei der Trennung von der Einlassseite über den Steuerschlitz mit der Verbindungsöffnung in Verbindung steht, kann auf einfache Weise erzielt werden, dass über den gesamten Umsteuerbereich eine Verbindung der Auslassseite mit dem Zylinderraum hergestellt ist und somit über den gesamten Umsteuerbereich eine Druckmittelentnahme aus der Auslassseite erfolgt.
Zweckmäßigerweise ist die Füllöffnung in Umfangsrichtung hinter der Verbindungsöffnung angeordnet. Hierdurch kann auf einfache Weise erzielt werden, dass der Zylinderraum während des Speicherentladens zum Füllen des Zylinderraums über die Verbindungsöffnung mit der Auslassseite in Verbindung steht.
Die Nachladeöffnung ist zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung hinter der Füllöffnung angeordnet.
Ein einfacher Aufbau mit geringem Bauaufwand ergibt, wenn die mit der Auslassseite in Verbindung stehende Verbindungsöffnung als eine an der nierenförmigen Auslassseite angeordnete Vorsteuerkerbe ausgebildet ist.
Die Füllöffnung und die Nachladeöffnung sind hierbei zweckmäßigerweise als in dem Steuerspiegel zwischen der Einlassseite und der Auslassseite angeordnete Öffnungen ausgebildet, die mittels jeweils eines Verbindungskanals mit dem Speicherelement in Verbindung stehen.
Sofern die Nachladeöffnung als schlitzförmige Kerbe ausgebildet ist, kann auf einfache Weise ein über den Drehwinkel veränderlicher Querschnitt zum Nachladen des Speicherelements erzielt werden, um eine gleichmäßige und langsame Druckmittelentnahme aus der Auslassseite zum Nachladen des Speicherelements zu erzielen.
Die Füllöffnung ist als im wesentlichen kreisförmige, insbesondere ovalförmige, Öffnung ausgebildet. Hierdurch kann eine schnelle Entladung des Speicherelements zum Füllen des Zylinderraums über einen geringen Drehwinkel erzielt werden, wodurch eine Drucküberhöhung des Zylinderraums wirksam vermieden werden kann.
Sofern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die mit der Verbindungsöffnung versehene Auslassseite auf einem ersten Durchmesser des Steuerspiegels und die Füllöffnung und die Nachladeöffnung auf einem zweiten Durchmesser des Steuerspiegels angeordnet sind, kann auf einfache Weise die Länge der Verbindungsöffnung und die Länge der Nachladeöffnung verändert werden.
Zweckmäßigerweise ist hierbei der zweite Durchmesser größer als der erste Durchmesser.
Wenn der Zylinderraum mit einem Steuerschlitz zur Verbindung mit der Einlassseite und der Auslassseite sowie der Verbindungsöffnung versehen ist, kann auf einfache Weise mit einer an dem Steuerschlitz ausgebildeten Ausnehmung, insbesondere einer nach außen gerichtete U-förmige Kerbe, der Steuerschlitzes mit der Füllöffnung und der Nachladeöffnung verbunden werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Querschnitte der Füllöffnung, der Nachladeöffnung und der Verbindungsöffnung derart bemessen sind, dass während des Umsteuerns des Zylinderraums von der Einlassseite auf die Auslassseite der Volumenstrom in der Auslassseite gleichmäßig ist. Durch entsprechende Auslegung der Querschnitte kann hierbei der aus der Auslassseite entnommen Druckmittelstrom derart angepasst werden, dass sich der aus der Auslassseite entnommene Druckmittelstrom dem bedingt durch die periodische Verbindung der Zylinderräume mit der Auslassseite sich ergebenden pulsierenden Förderstrom überlagert, wodurch ein möglichst konstanter Volumenstrom in der Auslassseite erzielt werden kann. Die aus der geometrischen Ungleichförmigkeit der Verdrängereinheit verursachten Pulsationen an der Auslassseite können somit berücksichtigt werden, wodurch sich insgesamt geringe Pulsationen an der Auslassseite der Verdrängereinheit ergeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verdrängereinheit als im geschlossenen Kreislauf betreibbare Verdrängereinheit, insbesondere Pumpe, ausgebildet, wobei an jeder Steuerniere ein Speicherelement, das mit einer Füllöffnung und einer Nachladeöffnung in Verbindung steht, sowie eine Verbindungsöffnung angeordnet ist. Bei im geschlossenen Kreislauf betriebenen Verdrängereinheiten kann jede Steuerniere die Einlassseite oder die Auslassseite bilden und sowohl mit Niederdruck als auch mit Hochdruck beaufschlagt werden. Durch die Anordnung eines Speicherelements und einer Verbindungsöffnung an jeder Steuerniere kann bei einer im geschlossenen Kreislauf betriebenen Verdrängereinheit bei wechselnden Druckverhältnissen im geschlossenen Kreislauf jeweils das Umsteuerverhalten von der die Niederdruckseite bildenden Einlassseite auf die die Hochdruckseite bildenden Auslassseite des Kreislaufs verbessert werden. Zudem kann durch die Anordnung eines Speicherelement und einer Verbindungsöffnung an jeder Steuerniere bei derartigen Verdrängereinheiten das Umsteuerverhalten von der hochdruckbeaufschlagten Auslassseite auf die niederdruckbeaufschlagte Einlassseite des Kreislaufs verbessert werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel einer Axialkolbenmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2a einen Abwicklungsschnitt durch den Steuerspiegel gemäß der 1 in einer ersten Drehposition,
2b eine Abwicklungsschnitt gemäß der 2 in einer weiteren Drehposition,
3a ein Diagramm der Volumenströme des Speicherelements über den Drehwinkel und
3b ein Diagramm der Volumenstromentnahme aus der Auslassseite über den Drehwinkel.
Die 1 zeigt die Draufsicht auf den Steuerspiegel 1 einer als Pumpe betriebenen Axialkolbenmaschine für einen geschlossenen Kreislauf. In dem Steuerspiegel 1 sind zwei nierenförmige Steuernieren angeordnet, die jeweils mit der Niederdruck- und der Hochdruckseite des hydraulischen Kreislaufs in Verbindung bringbar sind und die Einlassseite 2 sowie die Auslassseite 3 darstellen können. Die Zylinderräume 21 der Axialkolbenmaschine, in denen jeweils eine Kolben längsverschiebbar gelagert ist, sind an ihrer dem Steuerspiegel 1 zugewandten Seite mit jeweils einen nierenförmige Steuerschlitz 4 versehen, der bei einer Drehung der Zylindertrommel 20 in Richtung 5 relativ zu dem feststehenden Steuerspiegel 1 oder des Steuerspiegels 1 relativ zu einem feststehenden Zylinderblock 20 abwechselnd in Verbindung mit der Einlassseite 2 und der Auslassseite 3 gelangt. Bei einer Bewegung der Zylindertrommel 20 in Richtung 5 bewegt sich der Zylinderraum 4 von der im Pumpenbetrieb mit Niederdruck beaufschlagte Einlassseite 2, die von der in der 1 rechts dargestellten Steuerniere gebildet ist, zu der mit Hochdruck beaufschlagten Auslassseite 3, die von der in der 1 links dargestellten Steuerniere gebildet ist. Zudem sind bei gleicher Drehrichtung der Zylindertrommel 20 umgekehrte Druckverhältnisse und somit eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich, wodurch die linke Steuerniere die mit Niederdruck beaufschlagte Einlassseite 2 und die in der 1 rechts dargestellte Steuerniere die mit Hochdruck beaufschlagte Auslassseite 3 bildet.
Zur Verringerung der Pulsation während des Umsteuerns von der die mit Niederdruck beaufschlagten Einlassseite 2 auf die mit Hochdruck beaufschlagte Auslassseite 3 ist im Bereich zwischen der Einlassseite 2 und der Auslassseite 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angeordnet Zudem kann in dem Bereich zwischen der Auslassseite 3 und der Einlassseite 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10a vorgesehen werden, um im Betrieb der Verdrängereinheit das Umsteuerverhalten von der hochdruckbeaufschlagten Auslassseite 3 auf die niederdruckbeaufschlagte Einlassseite 2 zu verbessern bzw. bei umgekehrten Druckverhältnissen an den Steuernieren und umgekehrter Strömungsrichtung im geschlossenen Kreislauf Pulsationen beim Umsteuern von der niederdruckbeaufschlagten Einlassseite 3 auf die hochdruckbeaufschlagte Auslassseite 2 zu verringern.
Im folgenden wird der Aufbau und die Funktionsweise der zwischen den Steuernieren 2 und 3 angeordneten Vorrichtung 10 anhand der 1 und 2a, 2b beschrieben, wobei die in der 1 links dargestellte Steuerniere die hochdruckbeaufschlagte Auslassseite 3 und die in der 1 rechts dargestellte Steuerniere die mit niederdruckbeaufschlagte Einlassseite 2 darstellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist ein Speicherelement 11 auf, das über einen Verbindungskanal 12 mit einer in dem Steuerspiegel 1 angeordneten Füllöffnung 13 in Verbindung steht. Die Füllöffnung 13 ist hierbei in dem Trennbereich zwischen den Steuernieren 2, 3 angeordnet und als kreisförmige, insbesondere ovalförmige, Öffnung ausgebildet. Mittels eines Verbindungskanals 14 steht das Speicherelement 11 mit einer Nachladeöffnung 15 in Verbindung, die ebenfalls in dem Trennbereich zwischen den Steuernieren 2 und 3 in dem Steuerspiegel 1 angeordnet ist. Die Nachladeöffnung 15 ist hierbei bei Drehung der Zylindertrommel 20 in Richtung 5 in Umfangsrichtung hinter der Füllöffnung 13 angeordnet und als schlitzförmige Kerbe ausgebildet, deren Querschnitt sich in Richtung zur Füllöffnung 13 verringert. Zudem ist zwischen den Steuernieren 2 und 3 eine Verbindungsöffnung 16 angeordnet, die als eine an der die Auslassseite 3 bildenden Steuerniere angeordnete Vorsteuerkerbe ausgebildet ist. Der Querschnitt der Vorsteuerkerbe verringert sich hierbei in Richtung auf die die Einlassseite 2 bildenden Steuerniere.
Die Einlassseite 2, die Auslassseite 3 sowie die Verbindungsöffnung 16 sind hierbei auf einem ersten Durchmesser D₁ des Steuerspiegels 1 angeordnet. Die Füllöffnung 13 und die Nachladeöffnung 15 sind auf einem zweiten Durchmesser D₂ des Steuerspiegels 1 angeordnet, der größer als der Durchmesser D₁ ist. Die Steuerschlitze 4 der Zylinderräume sind hierbei ebenfalls auf dem Durchmesser D₁ angeordnet. Zur Verbindung der Zylinderräume 21 mit der Füllöffnung 13 und der Nachladeöffnung 15 ist an jedem Steuerschlitz 4 eine Ausnehmung 17 angeordnet. Die Ausnehmung 17 ist hierbei als eine nach außen gerichtete, sich auf den Durchmesser D₂ erstreckende U-förmige Kerbe ausgebildet, die im mittleren Bereich des Steuerschlitzes 4 angeordnet ist.
In den 2a, 2b ist der Abwicklungsschnitt entlang des zweiten Durchmesser D₂ des Steuerspiegels 1 dargestellt. Die auf dem ersten Durchmesser D₁ liegende Einlassseite 2, Auslassseite 3 sowie der Steuerschlitz 4 und die Verbindungsöffnung 16 sind in den 2a, 2b als unterbrochene Linien dargestellt.
Während des Umsteuerns von der die niederdruckbeaufschlagte Einlassseite 2 bildenden Steuerniere auf die die hochdruckbeaufschlagte Auslassseite 3 bildende Steuerniere gelangt der Zylinderraum 21 über den Steuerschlitz 4 durch eine Verbindung mit der Verbindungsöffnung 16 mit der Auslassseite 3 in Verbindung noch während der Zylinderraum 21 über den Steuerschlitz 4 mit der Einlassseite 2 in Verbindung steht. Aus der Auslassseite 3 wird hierbei ein Volumenstrom Q_HD1 entnommen, der den Zylinderraum 21 füllt und unter Druck setzt. Die 3b zeigt hierbei den aus der Auslassseite 3 beim Umsteuern eines Zylinderraums 21 entnommenen Volumenstrom Q_HD. Der Bereich C entspricht hierbei dem Drehwinkel, in dem der Steuerschlitz 4 mit der Verbindungsöffnung 16 in Verbindung steht und aus der Auslassseite 3 den Volumenstrom Q_HD1 entnimmt, der dem Zylinderraum 21 direkt aus der Auslassseite zuströmt.
Bei der weiteren Bewegung des Zylinderraums 21 in Richtung 5 wird – wie in 2a dargestellt ist – die Verbindung des Zylinderraums 21 zur Einlassseite 2 gesperrt und gelangt der Zylinderraum 21 über die Ausnehmung 17 mit der Füllöffnung 13 in Verbindung. Hierbei strömt neben dem aus der Auslassseite 3 entnommenen Druckmittelstrom Q_HD1 ein Druckmittelstrom Q_S1 aus dem Speicherelement 11 in den Zylinderraum 21, um diesen zu Füllen und an den Druck in dem Speicherelement 11 und somit der Auslassseite anzupassen. In der 3a ist hierbei der Volumenstrom Q_S des Speicherelements 11 über den Drehwinkel beim Umsteuern eines Zylinderraums 21 aufgetragen. Der während der Verbindung der Ausnehmung 17 mit der Füllöffnung 13 über den Drehwinkel A aus dem Speicherelement 11 in den Zylinderraum 21 strömende Druckmittelstrom ist mit Q_S1 bezeichnet.
Bei der weiteren Drehbewegung der Zylindertrommel 4 gelangt die Ausnehmung 17 nach Trennung von der Füllöffnung 13 mit der Nachladeöffnung 15 – wie in 2b dargestellt ist – in Verbindung. Die die Auslassseite 3 bildende Steuerniere steht über den Steuerschlitz 4, die Ausnehmung 17 mit der Nachladeöffnung 15 in Verbindung, wodurch aus der die Auslassseite 3 bildenden Steuerniere ein Druckmittelstrom Q_HD2 entnommen wird, der als Druckmittelstrom Q_S2 dem Speicherelement 11 zum Nachladen zuströmt. Der Drehwinkel B entspricht hierbei dem Drehwinkel, während dem die Ausnehmung 17 mit der Nachladeöffnung 15 in Verbindung steht.
Während des Umsteuern von der Einlassseite 2 auf die Auslassseite 3 steht somit der Zylinderraum 21 ständig über die von der Vorsteuerkerbe gebildete Verbindungsöffnung 16 mit der Auslassseite 3 in Verbindung.
Wie sich aus der 3a ergibt, ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Zylinderraum 21 in einem kurzen Drehwinkel A mit dem Druckmittelstrom Q_S1 aus dem Speicherelement 11 füllbar und unter Druck setzbar, wodurch eine Drucküberhöhung in dem Zylinderraum 21 wirksam vermieden werden kann. Das Nachladen des Speicherelements 11 mit dem Druckmittelstrom Q_S2 erfolgt über einen großen Drehwinkel B mit einem geringen Niveau, wodurch sich geringe Pulsationen an der Auslassseite ergeben.
Aus der 3b ist ersichtlich, dass aus der Auslassseite 3 neben dem Druckmittelstrom Q_HD2 der als Druckmittelstrom Q_S2 zum Nachladen des Speicherelements 11 aus der Auslassseite 3 entnommen wird, der Druckmittelstrom Q_HD1 über den Drehwinkel C, in dem ebenfalls der Zylinderraum 21 mit dem Druckmittelstrom Q_S1 gefüllt und das Speicherelement 11 entladen wird, direkt aus der Auslassseite 3 zum Füllen des Zylinderraums 21 entnommen wird. Durch Überlagerung der Druckmittelströme Q_HD1 und Q_HD2 ergibt sich hierbei ein aus der Auslassseite entnommener Druckmittelstrom Q_HD, der über den Drehwinkel einen gleichmäßigen Verlauf auf einem niedrigen Niveau aufweist. Der Bereich D in der 3b entspricht hierbei der Kolbenteilung, d. h. dem Drehwinkelabstand der Zylinderräume 21. Aus der 3b ist hierbei ersichtlich, dass sich der Druckmittelstrom Q_HD über die gesamte Kolbenteilung D erstreckt, wodurch sich im Betrieb der Verdrängereinheit durch die Überlagerung der einzelnen Druckmittelströme Q_HD der einzelnen Zylinderräume 21 eine gleichmäßige und ständige Entnahme von Druckmittel aus der Auslassseite 3 ergibt. Hierdurch können die an der Auslassseite 3 auftretenden Pulsationen wirksam verringert und das Geräuschverhalten der Verdrängereinheit verbessert werden.
Mit dem Speicherelement 11a und der Verbindungsöffnung 16a, die als an der die Einlassseite 2 bildenden rechten Steuerniere angeordnete Vorsteuerkerbe ausgebildet ist, wird hierbei das Umsteuerverhalten von der hochdruckbeaufschlagten Auslassseite 3 auf die niederdruckbeaufschlagte Einlassseite 2 verbessert. Beim Umsteuern von der Auslassseite 3 auf die Einlassseite 2 gelangt ein Steuerschlitz 4 zuerst mit der Verbindungsöffnung 16a in Verbindung, wodurch eine Verbindung des unter Hochdruck stehenden Zylinderraums 21 mit der Einlassseite 2 hergestellt wird. Sobald der Steuerschlitz 4 mittels der Ausnehmung 17 die Füllöffnung 13a freigibt, wird der Zylinderraum 21 mit dem Speicherelement 11a verbunden, wodurch unter Hochdruck stehendes Druckmittel aus dem Zylinderraum 21 in das Speicherelement 11a strömt und somit der Zylinderraum 21 entlastet wird. Sofern bei der weiteren Rotation des Steuerschlitzes 4 die Ausnehmung 17 die Nachladeöffnung 15a ansteuert, kann das Druckmittel aus dem Speicherelement 11a über die Nachladeöffnung 15a, die Ausnehmung 17, den Steuerschlitz 4 und die Verbindungsöffnung 16a in die Einlassseite 2 abgeführt werden. Durch die Ausgestaltung der Füllöffnung 13a und der Nachladeöffnung 14a ergibt sich hierbei ein schneller Druckabbau im Zylinderraum 21 über die Füllöffnung 13a und ein langsamer Druckabbau des Speicherelements 11a in die Einlassseite 2. Beim Umsteuern des Zylinderraums 21 von der Auslassseite 3 auf die Einlassseite 2 kann somit der unter Hochdruck stehende Zylinderraum 21 über das Speicherelement 11a entlastet werden, wodurch Geräusche durch ein schlagartiges Verbinden des unter Hochdruck stehenden Zylinderraums 21 mit der Einlassseite 2 vermieden werden.
Bei umgekehrten Druckverhältnissen und Strömungsverhältnissen im geschlossenen Kreislauf, d. h. einer niederdruckbeaufschlagten Einlassseite 3 und einer hochdruckbeaufschlagten Auslassseite 2 wird mit der Vorrichtung 10a das Umsteuerverhalten von der niederdruckbeaufschlagten Einlassseite 3 auf die hochdruckbeaufschlagte Auslassseite 2 und mit der Vorrichtung 10 das Umsteuerverhalten von der hochdruckbeaufschlagten Auslassseite 3 auf die niederdruckbeaufschlagte Einlassseite 2 verbessert.

Claims

Hydrostatische Verdrängereinheit, insbesondere Axial- oder Radialkolbenmaschine, mit einer Vorrichtung (10) zur Verminderung von Pulsationen, wobei die Vorrichtung (10) ein Speicherelement (11) aufweist, das über eine zwischen einer Einlassseite (2) und einer Auslassseite (3) der Verdrängereinheit in einem Steuerspiegel (1) angeordnete Füllöffnung (13) mit einem von einem in einer Zylinderbohrung längsverschiebbarer Kolben gebildeten Zylinderraum (21) zum Füllen und unter Druck Setzen des Zylinderraums (21) und über eine zwischen der Einlassseite (2) und der Auslassseite (3) in dem Steuerspiegel (1) angeordnete Nachladeöffnung (15) mit der Auslassseite (3) zum Füllen des Speicherelements (11) aus der Auslassseite (3) in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (21) mit einem Steuerschlitz (4) zur Verbindung mit der Einlassseite (2), einer Verbindungsöffnung (16), der Füllöffnung (13), der Nachladeöffnung (15) sowie der Auslassseite (3) versehen ist und dass während des Umsteuerns des Zylinderraums (21) von der Einlassseite (2) auf die Auslassseite (3) der Zylinderraum (21) über den Steuerschlitz (4) ständig mit der Auslassseite (3) in Verbindung steht, wobei zur ständigen Verbindung des Zylinderraums (21) mit der Auslassseite (3) zwischen der Einlassseite (2) und der Auslassseite (3) die mit der Auslassseite (3) in Verbindung stehende Verbindungsöffnung (16) angeordnet ist, die während der Verbindung des Zylinderraums (21) mit dem Speicherelement (11) mittels der Füllöffnung (13) über den Steuerschlitz (4) eine Verbindung des Zylinderraums (21) mit der Auslassseite (3) herstellt, so dass neben der Zeit, in der das Speicherelement (11) über die Nachladeöffnung (15) und den Steuerschlitz (4) mit der Auslassseite (3) in Verbindung steht auch während der Zeit, in der das Speicherelement (11) mit dem Zylinderraum (21) über den Steuerschlitz (4) und die Füllöffnung (13) zum Füllen des Zylinderraums (21) in Verbindung steht, ein Druckmittelstrom aus der Auslassseite (3) entnommen wird, und wobei während des Umsteuerns des Zylinderraums (21) von der Einlassseite (2) auf die Auslassseite (3) durch den über die Verbindungsöffnung (16) über den Steuerschlitz (4) aus der Auslassseite (3) entnommenen und den Zylinderraum (21) füllenden Druckmittelstrom (Q_HD1) sowie durch den über die Nachladeöffnung (15) über den Steuerschlitz (4) aus der Auslassseite (3) zum Nachladen des Speicherelements (11) entnommenen Druckmittelstrom (Q_HD2) eine gleichmäßige Volumenstromentnahme (Q_HD) aus der Auslassseite (3) erfolgt.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (21) bei der Trennung von der Einlassseite (2) über den Steuerschlitz (4) mit der Verbindungsöffnung (16) in Verbindung steht.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (13) in Umfangsrichtung hinter der Verbindungsöffnung (16) angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachladeöffnung (15) in Umfangsrichtung hinter der Füllöffnung (13) angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Auslassseite (3) in Verbindung stehende Verbindungsöffnung (16) als eine an der nierenförmigen Auslassseite (3) angeordnete Vorsteuerkerbe ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (13) und die Nachladeöffnung (15) als in dem Steuerspiegel (1) zwischen der Einlassseite (2) und der Auslassseite (3) angeordnete Öffnungen ausgebildet sind, die mittels jeweils eines Verbindungskanals (12; 14) mit dem Speicherelement (11) in Verbindung stehen.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachladeöffnung (15) als schlitzförmige Kerbe ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (13) als im wesentlichen kreisförmige, insbesondere ovalförmige, Öffnung ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Verbindungsöffnung (16) versehene Auslassseite (3) auf einem ersten Durchmesser (D₁) des Steuerspiegels (1) und die Füllöffnung (13) und die Nachladeöffnung (15) auf einem zweiten Durchmesser (D₂) des Steuerspiegels (1) angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Durchmesser (D₂) größer als der erste Durchmesser (D₁) ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steuerschlitz (4) eine Ausnehmung (17), insbesondere eine nach außen gerichtete U-förmige Kerbe, zur Verbindung des Steuerschlitzes (4) mit der Füllöffnung (13) und der Nachladeöffnung (15) angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Füllöffnung (13), der Nachladeöffnung (15) und der Verbindungsöffnung (16) derart bemessen sind, dass während des Umsteuerns des Zylinderraums (21) von der Einlassseite (2) auf die Auslassseite (3) ein gleichmäßiger Volumenstrom in der Auslassseite (3) erzielbar ist.
Hydrostatische Verdrängereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängereinheit als im geschlossenen Kreislauf betreibbare Verdrängereinheit, insbesondere Pumpe, ausgebildet ist, wobei an jeder Steuerniere ein Speicherelement (11, 11a), das mit einer Füllöffnung (13; 13a) und einer Nachladeöffnung (14; 14a) in Verbindung steht, sowie eine Verbindungsöffnung (16; 16a) angeordnet ist.