-
Einrichtung zur Geräuschminderung bei einer als Pumpe oder Motor verwendbaren,
drehschiebergesteuerten hydraulischen Axial-oder Radialkolbenmaschine Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminderung bei einer als Pumpe oder Motor verwendbaren,
drelischiebergesteuerten hydraulischen Axial- oder Radialkolbenmaschine mit umkehrbarer
Drehrichtung, bei welcher in den Trennstegen zwischen den beiden Steuerschlitzen
des Steuerspiegels zwei nebeneinanderliegende Druckausgleichöffnungen angebracht
sind, die über druckabhängig steuerbare Ventile mit den Schlitzen verbindbar sind.
-
Es ist bekannt, bei derartigen hydraulischen Maschinen je zwei Druckausgleichöffnungen
anzuordnen. In einer Drehrichtung der Zylindertrommel ist von den zwischen Einlaß
und Auslaß liegenden öffnungen nur die dem Auslaß benachbarte Öffnung mit dem Auslaß
verbunden, und von den zwischen Auslaß und Einlaß liegenden Öffnungen ist nur die
dem Eimaß benachbarte Öffnung mit dem Einlaß verbunden. In der anderen Drehrichtung
oder bei entgegengesetzter Neigung der Schiefscheibe oder der Zylindertrommel ist
jeweils dann die andere Öffnung mit dem Einlaß bzw. Auslaß verbunden. Zur Umsteuerung
der die Öffnungen verbindenden Kanäle dienen drei Schieber, von denen der mittlere
durch den Unterschied zwischen den Drücken in dem jeweiligen Einlaß- und Auslaßschlitz
und die den Öffnungen benachbarten Schieber durch den Druckunterschied in zwei benachbarten
Zylinder gesteuert werden, wenn einer einen Steuerschlitz und der andere einen Trennsteg
überstreicht. Bei großem Druckunterschied wird eine Verbindung zwischen jedem Steuerschlitz
und der benachbarten Öffnung hergestellt. Der den Einlaßschlitz verlassende Pumpenzylinder
trifft also auf eine unter dem Druck im Auslaßschlitz stehende Öffnung, und der
den Auslaßschlitz verlassende Pumpenzylinder trifft auf eine unter dem Druck im
Einlaßschlitz stehende Öffnung. Durch diese Anordnung sind bei allen auftretenden
Betriebsbedingungen die Laufgeräusche vermindert worden, doch bei schnellaufenden
Maschinen sind sie immer noch störend.
-
Gegenüber dieser bekannten Einrichtung zur Geräuschminderung liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Druckausgleich bei hydrostastischen Axial-
oder Radialkolbenmaschinen zu vervollkommen, um Druckstöße noch mehr zu reduzieren
und die durch Saugwirkung entstehenden Geräusche noch mehr zu mindern.
-
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Druckausgleichöffnungen
jedes Trennsteges in an sich bekannter Weise mit je einem Steuerschlitz über je
ein in Richtung auf den Auslaßschlitz hin öffnendes Rückschlagventil verbunden sind
und daß jede der beiden Druckausgleichöffnungen durch je einen Umgehungskanal über
je ein im Trennsteg in Richtung zu der Öffnung hin öffnendes Rückschlagventil und
im anderen Trennsteg sich in Richtung zu den Schlitzen hin öffnendes Rückschlagventil
an je ein vom Verhältnis des Druckes zwischen beiden Schlitzen beeinffußtes Umsteuerventil
angeschlossen sind, das beide Umgehungskanäle jeweils mit dem einen geringeren bzw.
einen höheren Druck aufweisenden Schlitz verbindet.
-
Bei der obengenannten Einrichtung der bekannten Art erfolgt ein Druckausgleich
zur Geräuschminderung zwischen den Zylindern und dem Ein- bzw. Auslaß nur beim Überlaufen
des hinteren Teils der Stege. Da in jedem Zylinder auf dem Weg von einem Schlitz
zum anderen (beim überlaufen der ganzen Steglänge) eine Periode des steigenden und
fallenden Drucks auftritt, so wurde bisher, während des überlaufens des vorderen
Teils der Stege, der sich im Zylinder aufbauende Unter- bzw. überdruck nicht abgebaut.
Die Erfindung hat den erheblichen Vorteil, daß der Druckausgleich über die ganze
Steglänge hinweg stattfindet. Wenn die hydraulische Maschine als Pumpe arbeitet,
so werden nunmehr der Unterdruck, der nach dem Verlassen des Einlaßschlitzes und
der Überdruck, der nach dem Verlassen des Auslaßschlitzes im Zylinder entsteht,
zum Ein- bzw. Auslaßschlitz hin abgebaut. Dieser Unter-und Überdruck verursachte
bisher noch Druckstöße, die einen gleichförmigen und geräuscharmen Lauf verhindert
haben.
-
Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Ventilanordnung, durch
die die obengenannten Vorteile bei allen Betriebszuständen erreichbar sind.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F
i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Schiefscheiben-Axialkolbenpumpe, F i g. 2 eine
Draufsicht auf den Steuerspiegel der Maschine, F i g. 3 ein Schaltbild für die in
ihrer Drehrichtung umkehrbare Maschine nach F i g. 1, F i g. 4 und 5 schematische
Abwicklungen eines Kolbenkreislaufs bei verschiedenartiger Verwendung der Pumpe.
-
Die Schiefscheiben-Axialkolbenpumpe nach Fig.1 hat ein Gehäuse
1, das von einem Deckel 2 verschlossen ist und in dem in Gleitlagern 4 und
5 eine mit einer Antriebswelle 6 verbundene Zylindertrommel 7 gelagert ist. Zwischen
Antriebswelle 6 und Gehäuse 1 ist eine Dichtung 8 angeordnet.
-
Die Zylindertrommel 7 hat vier Zylinder 9 mit Achsen parallel zur
Drehachse 10. Jeder Zylinder enthält einen Kolben 11 mit einer Rückdruckfeder 13
in seiner Längsbohrung 12. Die Schiefscheibe 14 ruht auf einer Stützplatte 15, die
sich mit einer kugeligen Fläche 16 an dem Deckel 2 abstützt und in ihrer Schräglage
mit Hilfe eines Hebels 17 verstellt werden kann.
-
Jeder Zylinder 9 ist durch eine Öffnung 18 mit der links liegenden
Stirnseite der Zylindertrommel 7 verbunden. Diese gleitet dichtend auf einem an
dem Gehäuse 1 angebrachten Steuerspiegel 19.
-
In diesem Steuerspiegel liegen ein mit einem Einlaß 20 verbundener
Saugschlitz 21 und ein mit einem Auslaß 22 verbundener Druckschlitz 23 (F i g. 2).
-
In F i g. 2 ist auch der Querschnitt der Öffnungen 18 erkennbar, er
ist nierenförmig und nimmt einen Zentriwinkel a ein.
-
Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, kommt beim Umlauf der Zylindertrommel
? im Uhrzeigersinn jeder Kolben einmal in die als oberste dargestellte äußerste
Stellung der Öffnung 18, in der die Zylinderfüllung am größten ist, und einmal in
die unten dargestellte innerste Stellung, bei der die Zylinderfüllung am kleinsten
ist, was dem Totraum 24 des Zylinders entspricht. Dieser Totraum ist bestimmt von
dem Abstand des Kolbens 11 von der Grundfläche 25 des Zylinders und von der Größe
der Öffnung 18 und der Kolbenbohrung 12. Die in F i g. 2 oben dargestellte Öffnung
18 entspricht dem in seiner äußersten Stellung stehenden Kolben 11. Der Druckschlitz
23 beginnt nicht an der Grenze der in dieser Stellung stehenden Öffnung, sondern
hat von ihr einen bestimmten Abstand, dessen Größe mit dem Winkel ß bezeichnet ist.
Unmittelbar an die in der gezeichneten Stellung stehende Öffnung 18 angrenzend liegt
im Trennsteg des Steuerspiegels 19 eine Druckausgleichöffnung 26; ihre linke Kante
hat von dem gegenüberliegenden Ende des Saugschlitzes 21 einen Abstand in Größe
des Winkels a. Die Öffnung 26 ist durch einen Umgehungskanal 27 mit dem Druckschlitz
23 verbunden. In den Umgehungskanal ist ein Rückschlagventil 28 eingeschaltet, das
sich in Richtung zu dem Druckschlitz hin öffnet.
-
Etwa symmetrisch dazu ist auf der radial gegenüberliegenden Seite
des Trennsteges das untere Ende des Saugschlitzes 21 verkürzt, so daß es von dem
gegenüberliegenden unteren Ende des Druckschlitzes 23 den Abstand a -I- y hat. Im
Winkelabstand a vom Druckscb.litz liegt eine zweite Druckausgleichöffnung 29, die
durch einen Umgehungskanal 30 über ein Rückschlagventil 31 mit dem Saugschlitz 21
verbunden ist. Das Rückschlagventil 31 öffnet sich in Richtung zu der Öffnung 29
hin.
-
Jeder Kolben 11 saugt vom Einlaß 20 Öl an, solange die zu ihm
gehörende Öffnung 18 über dem Saugschlitz 21 steht. Hat er die äußerste Stellung
erreicht, so ist die Verbindung zum Saugschlitz unterbrochen. Beim Weiterdrehen
der Zylindertrommel beginnt der Kolben mit seinem Druckhub. Die öffnung 18 trifft
aber noch nicht auf den Druckschlitz 23, in dem der Förderdruck herrscht. Er komprimiert
daher die im Zylinder 9 enthaltene Flüssigkeit. Wird ihr Druck größer als der Förderdruck,
so wird Flüssigkeit durch die Druckausgleichöffnung 26 und den Umgehungskanal 27
zum Auslaß 22 hin ausgeschoben. Der Winkel ß ist so groß bemessen, daß bei allen
vorkommenden Schrägstellungen der Schiefscheibe 14, d. h. bei allen von der Pumpe
verlangten Fördermengen, der Druck im Zylinder während dieses anfänglichen Kolbenhubes
mindestens den Förderdruck erreicht. .
-
Trifft die Öffnung 18 auf den Druckschlitz 23, so wird der Inhalt
des Zylinders ohne jeden Druckstoß durch den Druckschlitz 23 zum Auslaß 22 hinausgeschoben.
Dies geht so lange, bis der Kolben in seiner innersten Stellung steht und die ihm
zugehörige Öffnung 18 die unterste Stellung erreicht hat. Die Verbindung zum Druckschlitz
hört damit auf.
-
Bewegt sich die Zylindertrommel weiter, so beginnt der Kolben mit
seinem Saughub. Die im Zylinder unter Förderdruck gehaltene, dessen Totraum ausfüllende
Ölmenge wird dabei entspannt. Sinkt ihr Druck unter den Saugdruck der Pumpe, so
strömt durch den Umgehungskana130 und die Druckausgleichöffnung 29 Flüssigkeit aus
dem Saugschlitz 21 zu, so daß der Zylinderinhalt unter dem Saugdruck der Pumpe steht,
wenn die Öffnung 18 den Saugschlitz 21 erreicht. Das Zylinderinnere ist daher, wieder
ohne Druckstoß, mit dem Einlaß verbunden, und der Kolben saugt aus diesem an. Der
beschriebene Ablauf beginnt dann wieder von neuem. Er läuft für jeden der Zylinder
9 in derselben Weise ab.
-
Die Pumpe arbeitet bei allen Fördermengen ohne störende Druckstöße,
d. h. praktisch geräuschlos. Es ist auch möglich, verschiedene Flüssigkeiten, deren
Elastizitäten voneinander abweichen und die verschiedene Temperaturen haben können,
zu verwenden, ohne daß störende Geräusche entstehen. Lediglich die Winkel ß und
-" müssen groß genug bemessen sein. Sie können aus den bekannten Eigenschaften
der verwendeten Flüssigkeiten errechnet werden und hängen von den Zylinderinhalten
bei der äußersten und innersten Kolbenstellung ab. Dabei kann sich für die Saugseite
ein anderer Wert ergeben als für die Druckseite.
-
Soll die hydraulische Maschine nicht nur als Pumpe, sondern auch als
Motor arbeiten, in der Drehrichtung umkehrbar und auch durch Verschwenken der Schiefscheibe
über ihre senkrecht zur Drehachse liegende Mittelstellung hinaus unmittelbar umzusteuern
sein, so ist eine sinngemäße Ergänzung der Umgehungskanäle erforderlich. Eine solche
ist in F i g. 3 dargestellt.
-
In der Zeichnung sind die Schlitze des Steuerspiegels mit 32 und 33,
ihre Enden mit A bis D bezeichnet. Die sich gegenüberliegenden Enden
B und C bzw. A und D haben jeweils voneinander den Winkelabstand a
-I-- 2 d. Der Winkel x ist dabei derselbe wie
in F i g. 2; der Winkel
(5 ist so groß wie der größere de? Winkel ;: oder ;, der F i g. 2, im allgemeinen
uleich dem Winkel /3. Zwischen den Enden A und D
liegen zwei Druckausgleichöffnungen
34 und 35, deren einander zugewandte Kanten um den Winkel x, d. h. die Länge einer
Öffnung 18, voneinander entfernt sind. Zwischen den Schlitzenden B und C liegen
zwei Druckausgleichöffnungen 36 und 37, deren Kanten im wesentlichen dieselbe Entfernung
voneinander haben, aber mit je einer zu einer Spitze 38 oder 39 ausgezogenen Stelle
noch in den Zwischenraum hineinragen.
-
Von der Druckausgleichöffnung 34 geht ein Umgehungskanal
40 mit einem sich in Richtung zu der Öffnung 34 hin öffnenden Rückschlagventil
41 zu dem Schlitz 32. Die Druckausgleichöffnung 35 ist auf dieselbe Weise durch
einen Umgehungskanal 42 über ein Rückschlagventil 43 mit dem Schlitz 33 verbunden.
Von beiden Öffnungen 34 und 35 führt je ein Umgehungskanal 44, ^5 über je ein Rückschlagventil46,
47 zu einem Umsteuerventi148, das mit den beiden Schlitzen 3 2 und 33 verbunden
ist. Ein Schließkörper 49 des Umsteuerv; titils trennt die Umgehungskanäle 44 und
45 jeweils von demjenigen der Schlitze 32 und 33 ab, der den geringeren Druck hat.-Die
Rückschlagventile 46 und 47 öffnen sich in Richtung zu dem Umsteuerventil 48 hin.
-
Von den Druckausgleichöfinungen 36 und 37 führt je ein Umgehungskanal
50, 51 mit einem Rückschlagventil 52, 53 zu dem Schlitz 32 oder 33. Die Rückschlagventile
öffnen sich in Richtung zu diesem Schlitz hin. Außerdem führen von den Öffnungen
36 und 37 zwei Kanäle 54 und 55 über je ein Rückschlagventil 56 und 57 zu einem
Umsteuerventil 58, das seinerseits an die beiden Schlitze 32 und 33 angeschlossen
ist. Ein Schieber 59 des Umsteuerventils verbindet mit einer Steuernut 60 die beiden
Kanäle 54 und 55 mit denjenigen der beiden Schlitze 32 oder 33, in dem der geringere
Druck herrscht. Jede der Stirnseiten des Schiebers wird zu diesem Zweck jeweils
von dem Druck eines der Schlitze beaufschlagt.
-
Die übrigen Teile der Maschine sind die gleichen wie bei der in den
F i g. 1 und 2 dargestellten Pumpe. Die Wirkungsweise einer nach F i g. 3 ausgebildeten
Maschine wird in Verbindung mit den F i g. 4 und 5 beschrieben. Letztere stellen
jeweils vereinfachte Abwicklungen eines Kolbenkreislaufs dar.
-
Wenn die Schiefscheibe eine der F i g. 1 entsprechende Stellung einnimmt,
so bewegt sich der Kolben nach der in F i g. 4 mit a bezeichneten Bahn. Er hat seine
innerste Stellung, bevor er das Schlitzende A erreicht, und die äußerste Stellung,
wenn er sich zwischen den Schlitzenden B und C befindet. Dieser Charakter des Bewegungsablaufes
bleibt auch erhalten, wenn der Hub durch Zurückkippen der Schiefscheibe 14 verkleinert
wird; in diesem Fall verläuft er nach der Kurve b. Bewegt man die Schiefscheibe
so, daß die innerste Kolbenstellung bei allen Stellungen der Schiefscheibe die gleiche
bleibt, so bewegt sich der mit halbem Hub arbeitende Kolben nach dem Linienzug c.
-
In der Zeile d der F i g. 4 sind die Schlitze und Druckausgleichöffnungen
mit den Bewegungen der Flüssigkeit für den Fall dargestellt, daß die Maschine als
Pumpe arbeitet und die Zylindertrommel 7, in Blickrichtung der F i g. 3 gesehen,
im Uhrzeigersinn umläuft. Ist der Zylinder in Verbindung mit dem Scblitz 32., so
wird daraus Flüssigkeit angesaugt. Verläßt die Öffnung :3 den 'jatig:3clilitz 32,
so setzt der Kolben noch die Bewegatig fort. Der im Drucl(schlitz 33 herrschende
Druck hat den Schieber 59 in die in F i g. 3 dargestellte Stellung geschoben. Der
Umgeliungskaal 54 ist daher mit dem Saugschlitz ?2 verbunden, und der Zylinder saugt
durch die Druckausgleichöffnung 36 weiterhin Flüssigkeit vom Saug schlitz 32 her
an.
-
Liegt die Öffnung i8 zwischen den Drticliausgleichöffnungen 36 und
37, so ist der zugehörige Kolben in seiner äußersten Stellung. Er beginnt anschließend,
den Zylinderinhalt zusammenzudrücken. Der übergang zwischen diesem und dem vorhergehenden
Zustand wird weicher gemacht durch die Spitzen 38 und 39, die ein völliges Abschließen
des Zylinderinhalts vermeiden. Diese Spitzen können in vielen Fällen weggelassen
oder aber auch an den anderen Druekausgleichöffnungen angebracht werden.
-
Steigt während dieses Zusammendrückens der Zylinderdruck zu hoch an,
so fließt Drucköl durch die Druckausgleichöffnung 37 über das Rückschlagventil 53
zu dem Druc:-sclditz 33 ab.
-
`Jährend die Öffnung 18 den Druckschlitz 33 überstreicht, macht der
Kolben den größten Teil seines Förderhubes. Er fördert auch noch durch die Druckausgleichöffnung
35, die über das Rückschlagventil 47 und das Umsteuerventil 48 mit dem Druckschlitz
33 verbunden ist. Das Schließglied 49 befindet sich in der hi F i g. 3 dargestellten
Stellung.
-
Kommt die Öffnung 18 über die Druckausgleichöffnung 34, so wird der
Zylinderinhalt entspannt; sinkt sein Druck dabei unter den Saugdruck der Pumpe,
so fließt Flüssigkeit aus dem Saugschlitz 32 durch die Druckausgleichöffnung 34
in das Zylinderinnere nach. Dann beginnt der beschriebene Kreislauf von neuem. Die
anderen Kolben und Zylinder verhalten sich ebenso.
-
Wird die Pumpe im umgekehrten Drehsinn angetrieben (Zeile e der F
i g. 4), so bleibt die Kolbenbahn a dieselbe. Der Schlitz 32 ist aber nun Druckschlitz,
und die Umsteuerventile 48 und 58 schalten daher auf die entgegengesetzten Verbindungen
um. Die Vorgänge während des Kolbenkreislaufs sind spiegelbildlich zu denen, die
im vorstehenden beschrieben wurden; durch die Druckausgleichöffnungen 35 und 37
wird angesaugt, die Druckausgleichöffnung 36 leitet bei Bedarf den überdruck ab,
durch die Druckausgleichöffnung 37 wird bis zum Ende des Förderhubes noch Flüssigkeit
ausgeschoben.
-
Arbeitet die Maschine als Motor und dreht sich die Zylindertrommel
im Uhrzeigersinn, so verlaufen die Vorgänge wie folgt (Zeile f der F i g. 4): Im
Schlitz 32 herrscht Druck, die Umsteuerventile 48 und 58 nehmen also ihre zu der
in F i g. 3 dargestellten entgegengesetzte Stellung ein. Während die Öffnung 18
den Druckschlitz 32 überstreicht, füllt sich der zugehörige Zylinder mit Druckflüssigkeit.
Sind die Öffnungen 18 und 36 in Verbindung, so setzt der Kolben seine Auswärtsbewegung
fort und entspannt den Zylinderinhalt. Sollte der Druck unter den Auslaßdruck sinken,
so fließt Flüssigkeit vom Ablußschlitz 33 her durch das Umsteuerventil 58 und das
Rückschlagventil 56 zur Druckausgleichöffnung 36 hin nach. Setzt der Kolben seine
Bahn fort, so schiebt er den Zylinderinhalt zunächst durch die Druckausgleichöffnung
37 über das Rückschlagventil 53 und
dann unmittelbar durch
den Abflußschlitz 33 aus. Hat die Öffnung 18 den Abflußschlitz 33 verlassen, so
drückt der Kolben den Zylinderinhalt zusammen. Steigt dabei der Flüssigkeitsdruck
über den Einlaßdruck, so fließt überschüssige Flüssigkeit durch die Druckausgleichöffnung
35 und das Umsteuerventil 48 zu dem Druckschlitz 32 ab. Erreicht die Öffnung 18
die Druckausgleichöffnung 34, so beginnt Druckflüssigkeit von dem Druckschlitz 32
her in den Zylinder einzufließen und den Kolben anzutreiben. Das setzt sich fort,
solange der Zylinder unmittelbar mit dem Druckschlitz 32 verbunden ist. Der Kreislauf
beginnt darauf von neuem.
-
Wird dem Schlitz 33 Druckflüssigkeit zugeführt, so arbeitet die Maschine
als Motor mit entgegengesetzter Drehrichtung (Zeile g der F i g. 4). Die Vorgänge
sind dabei wiederum spiegelbildlich entsprechend. Die Druckausgleichöffnung 35 leitet
den Förderdruck für den Hubanfang zu, die Druckausgleichöffnung 37 kann Flüssigkeit
zum Vermeiden eines Unterdrucks zuführen. Durch die Druckausgleichöffnung 36 wird
ausgeschoben, die Druckausgleichöffnung 34 verhindert das Entstehen eines überdrucks.
-
Wird die Schiefscheibe durch ihre Nullstellung in die entgegengesetzte
Stellung verschwenkt, so kehrt sich die Förderrichtung der als Pumpe betriebenen
Maschine um (F i g. 5). Der Kolben beschreibt nunmehr die Bahn h; er hat seine äußerste
Stellung zwischen den Schlitzenden D und A. Wird die Pumpe wiederum im Uhrzeigersinn
angetrieben (Zeile i der F i g. 5), so sind die Vorgänge zyklisch vertauscht gegenüber
denen zu Zeile d beschriebenen. Der Schlitz 32 ist unter Druck, die Umsteuerventile
48 und 58 stehen entgegengesetzt zu der in F i g. 3 gezeichneten Stellung. Durch
die Druckausgleichöffnungen 34 und 36 kann Flüssigkeit in den Druckschlitz 32 fließen,
durch die Druckausgleichöffnungen 37 und 35 kann Flüssigkeit vom Saugschlitz 33
her in den Zylinder nachströmen.
-
Kehrt man die Drehrichtung der Pumpe bei gleicher Stellung der Schiefscheibe
um (Zeile k der F i g. 5), so sind die Vorgänge wiederum spiegelbildlich verschieden;
der Schlitz 33 steht unter Druck, durch die Druckausgleichöffnungen 37 und 35 kann
Druckflüssigkeit in den Druckschlitz fließen, aus dem Saugschlitz 32 Flüssigkeit
durch die Druckausgleichöffnungen 36 und 34 angesaugt werden.
-
Soll die Maschine auch bei der zuletzt beschriebenen Stellung der
Schiefscheibe als Motor verwendet werden, so sind die Umgehungskanäle und Ventile
entsprechend sinngemäß zu ergänzen. Es ist auch möglich, von der Drehrichtung der
Maschine abhängige Umsteuerventile mit den druckgesteuerten Umsteuerventilen zu
verbinden.