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Einrichtung zur Geräuschminderung bei schiebergesteuerten Pumpen und
Flüssigkeitsmotoren Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Geräuschninderung bei
schiebergesteuerten Pumpen und Müssigkeitsmotoren, insbesondere bei Axial- und kadialkolbenmaschinen.
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Es sind bereits derartige Einrichtungen bekannt, bei welchen jeweils
im Trennsteg zwischen den Steuerschlitzen zusätzliche Öffnungen vorgesehen eind,
welche über Kanäle und Rückschlagventile mit den Niederdruck- bzw. Hochdrucksteuerschlitzen
des Steuerspiegels bzw. -schiebers iii Verbindung stehen ind dadurch einen Druckausgleich
herbeiführen.
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Diese bekannte Geräuschminderungseinrichtung lat den Nachteil, daß
deren Wirkungweitgehend von der jeweiligen Einstellung der Rückschlagventile abhängt.
Diese Einstellung kann nicht während des Betriebes an Drehzahl- oder Belastungsänderungen
angepaßt werden. Die dem Verschleiß unterworfenen Rückschlagventile müssen ständig
überwacht werden, damit die Wirkung der Einrichtung erhalten bleibt. 'Veiterhin
ist, wenn diese bekannte Geräuschdämpfungseinrichtung für verschiedene Drehrichtungen
wirksam sein soll, für jede Drehrichtung eine besondere Einrichtung notwendig, was
die Gesamtanordnung wesentlich verteuert.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Geräuschdämpfungseinrichtungen
der soeben 1-urz dargelegten Art eine selbsttätige Anpassung an jedes Betriebsverhalten
und unabhängig von der je-
weiligen Drehrichtung der damit ausgestatteten
Pumpe bzw. des damit ausgestatteten Flüssigkeitsinotors zu erzielen.
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Demgemäß geht die Erfindung von einer Einrichtung zur Geräuschminderung
bei schiebergesteuerten Pumpen und Flüssigkeitsmotoren, insbesondere bei Axial-
und Radialkolbenmaschinen aus, welche an 2usätzliche öffnungen in den Trennstegen
zwischen den Niederdruck- und Hochdrucksteuerschlitzen des Steuerspiegels bzw. -schiebers
angeschlossen ist. Im Sinne der Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist eine derartige
Geräuschminderungseinrichtung durch einen abgeschlossenen Dämpfungsraum cekennzeichnet,
der über Verbindungskanäle an mindestens eine der zusätzlichen Öffnungen in den
Trennstegen des Steuerspiegels bzw. -schiebers angeschlossen ist.
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Abgeschlossene Räume, die mit den Trennstegen des Steuerschiebers
in Verbindung stehen, sind an sich bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung dienen
aber diese abgeschlossenen Räume als Schmutzfänger und nicht zur Geräuschdämpfung.
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Es sind auch noch abschließbare Räume bekannt, die in den Trennstegen
des Steuerspiegels münden. C
Diese Räume dienen jedoch Steuerzwecken und nicht
der Geräuschdämpfung.
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In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Größe
des genannten Dämpfungsraumes veränderbar sein.
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Außerdem kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal jeder Trennsteg
des Steuerspiegels bzw. -schiebers mit einem eigenen Dämpfungsraum verbunden sein.
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Weiterhin kann in Anwendung der Erfindung auf Axialkolbenmaschinen
jeweils ein einziger Dämpfungsraum gleichzeitig mit beiden zwischen den Steuerschlitzen
des Steuerspiegels befindlichen Trennstegen verbunden sein.
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Schließlich kann gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung
ein zusätzlicher Dämpfungsraum jeweils mit dem den Totpunkt durchlaufenden Zylinder
in Verbindung stehen.
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Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben, in welchen eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Die
Erfindung ist selbstverständlich auf alle geeigneten Pumpenbauarten und Ringschieberbauarten
anwendbar. In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 einen Abwicklungsschnitt
durch einen Steuerspiegel üblicher Bauart einer Axialkolbenpumpe, welche mit einem
abgeschlossenen Dämpfungsraum gemäß der Erfindung ausgestattet ist, F i
g. 2 eine graphische Darstellung, in welcher für den in F i g. 1 dargestellten
abgeschlossenen Dämpfungsraum der Druckverlauf in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt
ist, wobei jeweils schematisch für jede Arbeitsphase die Stellung eines Pumpenzylinders
mit Bezug auf den Steuerspiegel dargestellt ist,
F i g. i
eine Einrichtung gemäß der Erfindung zur Einstellung des abgeschlossenen Dämpfungsraumes,
F i (y. 4 einen abgewickelten Schnitt ähnlich F i g. 1
einer Axialkolbenpumpe,
die mit einem Wirbel-Dämpfungsraurn ausgestattet ist, F i g. 5 einen
Län-sschnitt durch eine andere Ausführungsforrn einer Maschine nach der Erfindung,
F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 5 und F i
g. 7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.
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F i g. 1 der Zeichnungen zeigt einen abgewickelten Schnitt
durch eine Axialkolbenpumpe 2 üblicher Bauart mit einem Steuerspiegelkörper
1 und Pumpenzylindern 3, in welchen Pumpenkolben 4 axial verschiebbar
sind. Bei Drehung der Zylindertrommel kommen die Pumpenzylinder 3 abwechselnd
nacheinander mit dem Eintrittssteuerschlitz 5 und dem Austrittssteuerschlitz
6 in Verbindung, zwischen welchen Trennsteae 7 liegen, welche jeweils
die übergänge zwischen den Steuerschlitzen bilden, und die an den Stellen liegen,
an welchen die Pumpenkolben 4 jeweils den oberen und unteren Totpunkt durchlaufen.
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Gemäß der Erfindung ist eine geschlossene Kammer 8 vorgesehen,
die über einen Verbindungskanal S' an den Steuerspiegel angeschlossen ist, wobei
dieser Verbindungskanal 8' an dem Trennsteg 7
zwischen den beiden Steuerschlitzen
5 und 6 mündet.
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Beim übergang des betreffenden Zylinders 3 über C
die
Trennste-fläche steht infolgedessen entweder der Zylinderhubraum oder der schädliche
Raum des betreffenden Zylinders, je nachdem, ob es sich um den Durchgang
durch den oberen oder unteren Totpunkt handelt, ausschließlich über den Verbindungskanal
8'
mit der Kammer 8 in Verbindung, wodurch ein abgeschlossener, anregbarer
Dämpfungsraum gebildet wird.
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Die Abmessungen der Trennstegflächen des Steuerspiegels und diejenigen
der Zylinder 3 sind so gewählt, daß der durch die Kammer 8 und den
Verbindungskanal 8' gebildete abgeschlossene Dämpfungsraum durch den jeweils
im Pumpen- bzw. Motorzylinder herrschenden Druck erregt wird und infolaedessen periodische
Druckänderungen durch-C C
macht, deren Größe in F i g. 2 der Zeichnungen
in C C, Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist. Es handelt sich um eine
periodische Funktion, deren Periodendauer durch den Wert
bestimmt ist, wobei n die Anzahl der Maschinenzylinder und (o die Winkelgeschwindigkeit
der Zylindertrommel bezeichnet. Betrachtet man den Durchaan- des Maschinenzylinders
durch den unteren Totpunkt des Maschinenkolbens der in F i g. 1 schematisch
dargestellten Maschine im Zeitraum 9, so zeigt sich, daß während dieses Zeitraumes
der Dämpfungsraum Verbindung mit dem Hochdrucksteuerschlitz 6 des Steuerspiegels
hat. Während des Zeitraumes 10 hat der Dämpfungsraum nur Verbindung mit dem
Zylinderraum 3. Während des Zeitraumes 11 hat der Dämpfungsraum Verbindung
mit dem Niederdrucksteuerschlitz 5, und während des Zeitraumes 12 ist der
Dämpfungsraum abaeschlossen.
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Durch diese periodische Erregung wird in dem Dämpfungsraum ein Wechseldruckfeld
erregt, welches durch entsprechende Wahl der Dämpfungsraumabmessungen in eine bestimmte
Phasenbeziehung zu den in den Maschinenzylindern herrschenden Drükken gebracht werden
kann und dadurch gestattei, während des überganges am unteren bzw. oberei Totpunkt
über die Trennstege zwischen dem Einlaß-und Auslaßsteuerschlitz einen allmählichen
Druckausgleich im Maschinenzylinder bzw. im schädlichea Raum herbeizuführen.
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Die Amplitude und die Phasenverschiebung dieses Wechseldruckfeldes
hängen von der Impedanz Z des Dämpfungsraumes, dessen Trägheit
und desse"i Kapazität
ab, worin p die spezifische Masse der Flüssigkeit, 1 die Länge des
Kanals 8' (F i g. 1),
s den Querschnitt des Kanals
8' (F i g. 1),
V den Rauminhalt der Kammer
8 (F i g. 14 K den Kompressibilitätsfaktor der Flüssigkeit bedeutet.
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Dazu kommt noch ein Widerstandsbeiwert aLf Grund des Füllungsverlustes
im Kanal 8' und atf Grund des Geschwindi-keitsverlustes am Austritt dieses
Kanals.
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Durch entsprechende Wahl der geometrischen Atmessungen des Kanals
g' und der Kammer 8 ist es möglich, die gewünschte Impedanz Z zu erreichen.
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Die Phasennacheilung, welche dem Wert '27- ew-C, sprechen soll,
liegt wegen des Widerstandsbeiwertes nicht sehr weit von diesem Idealwert entfernt.
Diz für die stattfindende Leistungsurnsetzung verbrauchte Leistung ist sehr klein,
denn es handelt sich, wen.-1 man den Vorgang in elektrischen Bezeichnungen au,-drücken
will, praktisch um eine Blindleistung.
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F i g. 3 der Zeichnungen zeigt ein Schema, aus welchem hervorgeht,
wie der nach der Erfindung vorgcsehene Dämpfungsraum geregelt werden kann.
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Die Län ' ge des Kanals 14, welcher dem Kanal 8
der F
i g. 1 entspricht, ist durch Verschiebung des Posaunenbogens 15 veränderlich,
an welchem bei 16
das Regelglied einer Regeleinrichtung angreifen kanri oder
an welchem ein Handhebel zur Verstellung von Hand anaeordnet sein kann. Der Rauminhalt
der Kammer ist durch Verschiebung eines Kolbens 17
veränderbar, dessen Kolbenstange
18 entweder eberfalls an eine Regeleinrichtung angeschlossen sein kann oder
aber von Hand verstellbar ist. Die jeweils zur Anwendung kommende Regeleinrichtung
kann entweder in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich oder in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck
oder in AI:-hängigkeit von der Fördermenge den jeweils erforderlichen Druckausgleich
herbeiführen.
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Durch Anwendung eines Wirbel-Dämpfungsraumes gemäß F i g. 4
der Zeichnungen ist es möglich, die jeweils gewünschte Impedanz Z ohne Änderung
der Kapazität des abgeschlossenen Dämpfungsraumes lediglich durch Veränderung der
Trägheit desselben herbeizuführen. Ein derartiger regelbarer Dämpfungsraum weist
eine im vorliegenden Fall kreisförmig ausgebildete Kammer 20 auf, mit welcher eine
einstellbare Mündung 19 zusammenwirkt.
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Bei einer derartigen Einrichtung addiert sich die Trägheit des Verbindungskanals
21 zu der veränderlichen Trägheit des Wirbels, welcher in der Kammer 20 durch die
Tangentialkomponente der Eintritts-oder Austrittsgeschwindigkeit an der Mündung
19
hervorgerufen wird. Diese Tangentialkomponente stellt eine Funktion des
jeweils eingestellten Winkels ZD
des Mundstücks an der Mündung
19 dar. Diese Winkeleinstellung erfolgt mittels eines Hebels22, welcher wiederum
entweder mittels einer Regeleinrichtung oder von Hand verstellt werden kann.
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Ein derartiger abgeschlossener Dämpfungsraum kann bei Pumpen oder
Flüssigkeitsmotoren mit ungerader Zylinderzabl grundsätzlich für beide Totpunkte
Anwendung finden.
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Die F i g, 4 und 5 der Zeichnungen zeigen eine derartige
Anwendung. Es ist deutlich zu ersehen, welche verschiedenen relativen Stellungen
die Mündungen der Verbindungskanäle 21' mit Bezug auf die Maschinenzylinder einnehmen
können.
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Während im unteren Totpunkt 23 der Maschinenzylinder in Verbindung
mit dem Dämpfungsraum 20 steht, ist die Mündung des Verbindungskanals 21' am oberen
Totpunkt 24 abgedeckt, und umgekehrt. Bedient man sich zur weiteren Erklärung der
Wirkunasweise des in F i g. 2 der Zeichnungen angegebenen Diagramms, so ergibt
sich, daß während des Zeitraumes 9 der Dämpfungsraum an den Totpunkten
23 und 24 mit dem Hochdrucksteuerschlitz 26
verbunden ist, daß während
des Zeitraumes 10 der Maschinenzylinder den unteren Totpunkt durchläuft und
mit dem Dämpfungsraum. verbunden ist, während er beim Durchgang durch den oberen
Totpunkt abgedeckt ist, daß während des Zeitraumes 11 der Dämpfungsraum an
beiden Totpunkten 23 und 24 Verbindung mit dem Niederdrucksteuerschlitz hat
und daß der Zylinder beim Durchgang durch den Totpunkt 24 während des Zeitraumes
12 Verbindung mit dem Dämpfungsraum hat, während beim Durchgang durch den Totpunkt
23 die Mündungsöffnung des Dämpfungsraumes abgedeckt ist. Der Dämpfungsraum
bewirkt also, daß eine Energieumsetzung der Expansionsleistung jeweils eines Zylinders
in Kornpressionsleistung jeweils eines anderen Zylinders mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad
stattfindet.
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Diese Erregung ist jedoch insbesondere bei maximaler volumetrischer
Regelung der Pumpe bzw. des Flüssigkeitsmotors nicht symmetrisch, da die an den
Totpunkten 23 und 24 vorbeilaufenden Zylinder verschiedene Zylinderhubräume
haben. Um infolgedessen die Symmetrie wiederherstellen zu können, muß zu demjenigen
Zylinderraum, welcher sich augenblicklich am Totpunkt befindet, ein zusätzlicher
Raum hinzugeschaltet werden, welcher demjenigen Hubraum entspricht, welcher durch
volumetrische Regelung eingestellt ist.
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In F i g. 5 der Zeichnungen ist beispielsweise eine Axialkolbenpumpe
bzw. ein Axialkolbenmotor dargestellt, welcher einen Steuerspiegelkörper
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(F i g. 6) aufweist, an welchem Steuerschlitze BP und
29 angeordnet sind, wobei eine Anordnung zur Zuschaltung eines solchen weiteren
Raumes vorgesehen ist. Ein Wirbel-Dämpfungsraum 30 schließt über einen Kanal
31 an die Trennstege des Steuerspiegels an. An jedem Totpunkt der Maschine
ist ein Raum von veränderlichem Volumen angeordnet, in dem Zvlinder 32 und
33 vorgesehen sind, welche mit Kolb#n 34 und 35 ausgestattet sind,
die jeweils über Kolbenstangen 36 und 37 verstellbar sind.
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Der Dämpfungsraum 30 ist also jeweils gleichzeitig mit dem
durch den Totpunkt hindurchgehenden Zylinder 38 und mit dem betreffenden
Zusatzraum in Verbindung, wie dies ohne weiteres aus F i g. 5 ersichtlich
ist. Mittels des Kolbens 34 wird der Zylinderinhalt auf ein Mindestmaß verringert,
wenn er mit dem betreffenden durch den unteren Totpunkt hindurchlaufenden Maschinenzylinder
in Verbindung steht, während mittels des Kolbens 35 dem Zylinder
39 ein Rauminhalt gegeben wird, welcher dem je-
weils von einem Maschinenkolben
durchlaufenen Hubvolumen entspricht. Die Verschiebung des Kolbens 35 erfolgt
in Abhängigkeit von der volumetrischen Regelung der Pumpe bzw. des Flüssigkeitsmotors,
die ihrerseits wiederum durch entsprechende Einstellung der Neigung einer Schiefscheibe
40 mittels eines Hebels 41 erfolgt. Für negative Neigungen der Schiefscheibe 40
ergeben sich jeweils vertauschte Wirkungsweisen der Zylinder 32 und
33.
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Die Vorschläge der Erfindung stellen eine praktische und wirksame
Maßnahme dar, welche den Vorteil bietet, daß auch bei Pumpen und Flüssigkeitsmotoren
mit Schiebersteuerung unter sehr stark veränderlichen Betriebsbedingungen eine einwandfreie
Steuerung möglich ist.