Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pulsationsminderung an hydrostatischen
Verdrängereinheiten, insbesondere einer als Pumpe sowie als Motor arbeitenden
Radial- oder Axialkolbenmaschine mit umkehrbarer Drehrichtung, wobei mindestens
ein Kolben in einer Zylinderbohrung längsverschieblich gelagert ist und einen
Zylinderraum bildet, und wobei die Vorrichtung ein mit der Hochdruckseite in
Verbindung stehendes Speicherelement aufweist, das mit dem Zylinderraum in
Verbindung bringbar ist.
Hydrostatische Verdrängereinheiten dieser Art weisen mehrere Zylinderräume auf und
liefern einen nicht konstanten, pulsierenden Volumenstrom. Eine der Ursachen dieser
Pulsationen im Volumenstrom der Verdrängereinheit ist auf die kinematische
Bedingungen zurückzuführen. Bei derartigen Maschinen, beispielsweise einer Pumpe,
wird das Druckfluid durch mehrere Kolben, die in Zylinderbohrungen
längsverschiebbar sind und nach dem Verdrängerprinzip arbeiten, von der den
Niederdruck führenden Einlaßseite auf die den Hochdruck führende Auslaßseite
gefördert. Durch die Überlagerung der Einzelvolumenströme zum
Gesamtvolumenstrom der Verdrängereinheit ergibt sich eine Pulsation im Förderstrom.
Diese Art der Pulsation wird als kinematische Pulsation bezeichnet.
Eine weitere Ursache für die Entstehung von Pulsationen ist die kinetische Pulsation,
die durch die Kompressibilität des zu fördernden Mediums entsteht und die vor allem
bei hohen Druckunterschieden auftritt. Diese Art der Pulsation beruht auf
Druckausgleichströmen, die während der Umsteuervorgänge von der Niederdruck- auf
die Hochdruckseite und von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite einer
Verdrängereinheit auftreten. Bewegt sich beispielsweise ein Zylinderraum einer Pumpe
von der unter Niederdruck stehenden Einlaßseite auf die unter Hochdruck stehende
Auslaßseite, durchläuft der Zylinderraum an dem entsprechenden Totpunkt der
Bewegung des Kolbens einen Bereich, in dem der Zylinderraum kurzzeitig ohne
Verbindung zur Niederdruck- und zur Hochdruckseite steht. Bei der darauffolgenden
Verbindung des Zylinderraums mit der Hochdruckseite treten aufgrund des zwischen
dem Zylinderraum und der Hochdruckseite anstehenden Druckunterschieds
Volumenströme auf. Bei einer weiteren Bewegung des Zylinderraums von der
Hochdruckseite zur Niederdruckseite durchläuft der Zylinderraum ebenfalls einen
Bereich, in dem der Zylinderraum ohne Verbindung zur Hochdruck- und zur
Niederdruckseite ist. Bei einer Verbindung mit der Niederdruckseite stehen somit
ebenfalls hohe Druckunterschiede an. Hierdurch entstehen Pulsationen, die zu
Vibrationen und zu Geräuschentwicklung an der Verdrängereinheit führen.
Zur Minderung der Pulsation ist es bekannt, ein Speicherelement vorzusehen, das eine
Angleichung des Druckes in den Zylinderräumen an den Druck an der Hochdruckseite
bewirkt.
Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer derartigen Speicherumsteuerung
ist in der DE 42 29 544 offenbart. An der Maschine ist ein Speicherelement in Form
eines ölgefüllten Vorkompressionsvolumen vorgesehen, das mit dem Zylinderraum
nach dem Durchlaufen des Totpunktes durch einen Verbindungskanal und eine
Öffnung im Steuerspiegel in Verbindung gebracht wird. Dem Vorkompressionsvolumen
wird hierbei Kompressionsöl entnommen, wodurch der Druck im Zylinder ansteigt. Zur
Befüllung des Vorkompressionsvolumens ist eine mit der Hochdruckseite der
Maschine in Verbindung stehende Leitung vorgesehen.
Die Speisung des Vorkompressionsvolumens erfolgt durch eine ständige Verbindung
des Volumens mit der Auslaßseite der Maschine. Bewegt sich ein Zylinderraum von
der Einlaß- zur Auslaßseite und ist die Einlaßseite mit Niederdruck und die Auslaßseite
mit Hochdruck beaufschlagt, wird dem Vorkompressionsvolumen Kompressionsöl
entnommen, sobald der Zylinderraum die Öffnung im Steuerspiegel freilegt. Durch
diese Maßnahme wird der Druck in den Zylinderräumen an den Druck der Auslaßseite
angeglichen, wodurch geringere Volumenströme zum Angleich des noch vorhandenen,
geringfügigen Druckunterschieds bei der Verbindung der Zylinderräume mit der
Auslaßseite entstehen. Bei dieser Maßnahme ist allerdings zu einer Verbindung des
Zylinderraums mit dem Vorkompressionsvolumen eine speziell ausgebildete
Zylinderniere notwendig, die es ermöglicht, daß Kompressionsöl vom
Vorkompressionsvolumen schnell in den Zylinderraum fließen kann.
Weiterhin ist bekannt, die Wiederaufladung des Vorkompressionsvolumens in der Zeit
durchzuführen, in der der Zylinderraum in Verbindung mit der Hochdruckseite steht.
Das Vorkompressionsvolumen steht hierbei nur zeitweise mit der Hochdruckseite in
Verbindung. Hierzu ist ebenfalls eine speziell geformte Zylinderniere erforderlich.
Diese Zylinderniere stellt während der Verbindung des Zylinderraumes mit dem
Vorkompressionsvolumen zunächst eine kurzzeitige Verbindung des Zylinderraums mit
dem Vorkompressionsvolumen über einen Verbindungskanal her. Während dieser Zeit
wird der Druck im Zylinderraum erhöht. Bei einer weiteren Bewegung des
Zylinderraum es in Richtung zur Auslaßseite wird die Verbindung des Zylinderraums
zum Speicherelement getrennt. In einer weiteren Phase der Bewegung wird ein
zunehmend größer werdender Querschnitt gebildet, der ein Befüllen des
Vorkompressionsvolumens ermöglicht, sobald der Zylinderraum mit der
Hochdruckseite und dem Verbindungskanal in Verbindung steht.
Der zum Befüllen des Vorkompressionsvolumen erforderliche Volumenstrom wird
hierbei von einer Drossel festgelegt, die in einem Verbindungskanal des
Vorkompressionsvolumens mit dem Zylinderraum angeordnet ist. Die Wahl der
Drossel hat einen erheblichen Einfluß auf das Pulsationsverhalten der
Verdrängereinheit. Bei einer starken Drosselung wird der dem
Vorkompressionsvolumen zufließenden Volumenstrom gering sein und dadurch das
Vorkompressionsvolumen nicht auf den an der Hochdruckseite anstehenden Druck
gefüllt. Dadurch wird ebenfalls Volumenstrom in die Zylinderräume gering sein,
wodurch eine ungenügende Druckanpassung der Zylinderräume entsteht. Bei einer
geringen Drosselung des Volumenstroms kann das Vorkompressionsvolumen nicht
mehr als vorgeschaltetes Element angesehen werden, sondern bildet einen Teil der
Hochdruckseite, wodurch die pulsationsmindernde Wirkung verloren geht. Die Wahl
der Drossel zum Befüllen des Vorkompressionsvolumens bestimmt somit ebenfalls
den vom Vorkompressionsvolumen zum Zylinderraum fließenden Volumenstrom und
das Pulsationsverhalten der Verdrängereinheit.
Bei diesen Maßnahmen mit einer Speicherumsteuerung wird der Zylinderraum nur
kurzzeitig mit dem Vorkompressionsvolumen in Verbindung gebracht. Für den
erforderliche Druckausgleich steht somit nur eine kurze Zeitspanne zur Verfügung. Die
Steuerung der Zeit, während der der Zylinderraum mit dem Vorkompressionsvolumen
über den Verbindungskanal in Verbindung steht, erfolgt durch die Geometrie des
Verbindungskanals und der Zylinderniere. Als optimale Öffnungszeit ist hierbei die Zeit
anzusehen, in der ein Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem
Vorkompressionsvolumen erfolgen kann. Diese Öffnungszeit ist jedoch von den
Betriebsparametern, beispielsweise der Drehzahl, dem Betriebsdruck und der
Verdrängungsstellung abhängig. Die Öffnungszeit bei diesen Maßnahmen ist
allerdings durch die Geometrie der Bauteile festgelegt, wodurch nicht für alle
Betriebszustände eine wirksame Pulsationsminderung erzielt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Pulsationsminderung an hydrostatischen Verdrängereinheiten zur Verfügung zu
stellen, mit der die Umsteuervorgänge der Zylinderräume optimiert und die Pulsationen
in einer weiten Bandbreite von Betriebszuständen wirksam minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Verbindungskanal
des Speicherelements mit dem Zylinderraum ein schaltbares Ventil, insbesondere ein
in Richtung zum Zylinderraum öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist.
Das zur Kompression und zur Druckangleichung der Zylinderräume an den Druck an
der Auslaßseite notwendige Druckmittel wird dem Speicherelement entnommen. Das
als Rückschlagventil ausgebildete schaltbare Ventil stellt dabei einen großen
Strömungsquerschnitt zum Füllen der Zylinderräume zur Verfügung. Sobald ein
Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem Speicherelement hergestellt ist,
schaltet das Rückschlagventil in Schließstellung. Die Verbindung zwischen dem
Zylinderraum und dem Speicherelement bleibt somit solange bestehen, bis ein
Druckausgleich hergestellt ist. Die Öffnungszeit der Verbindung wird hierbei nicht über
die Geometrie der Bauteile, sondern durch das Ventil gesteuert. Der Druckausgleich ist
somit unabhängig von den Betriebsparametern, z. B. der Drehzahl, dem Betriebsdruck
und der Verdrängungsstellung. Beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in
einer Verdrängereinheit mit einem verstellbaren Verdrängervolumen, die gegen nicht
konstante Drücke arbeitet, ist somit eine wirksame Pulsationsminderung möglich.
Dadurch treten an einer Verdrängereinheit weniger Geräusche und Vibrationen auf.
Ein weiterer Vorteil ist hierbei, daß die Zylinderniere keine besondere konstruktive
Ausgestaltung benötigt, da die Öffnungszeit der Verbindung der Zylinderräume mit
dem Speicherelement durch das Ventil gesteuert wird. Dadurch ergibt sich ein
einfacher und kostengünstiger Aufbau der Zylinderniere.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verbindungskanal zwei
parallel angeordnete Kanalabschnitte aufweist, wobei in einem Kanalabschnitt das
Rückschlagventil und im zweiten Kanalabschnitt eine drosselnde Einrichtung
angeordnet ist. Durch die parallele Anordnung eines Rückschlagventils und einer
Drossel steht in der einen Durchflußrichtung vom Speicherelement zum Zylinderraum
durch das Rückschlagventil ein großer Strömungsquerschnitt zum Füllen des
Zylinderraumes zur Verfügung. In der anderen Durchflußrichtung wird ein Füllen des
Speicherelements über die Drossel ermöglicht. Der Volumenstrom zum Druckangleich
der Zylinderräume ist somit unabhängig vom Volumenstrom zum Befüllen des
Speicherelements, wodurch bei dieser Ausführung keine Abhängigkeit von der Größe
der Drossel zum Befüllen des Speicherelements besteht. Dadurch wird insbesondere
bei Verdrängereinheiten, bei denen das Speicherelement mit der Hochdruckseite in
intermittierender Verbindung steht, ein verbessertes Pulsationsverhalten erzielt. Ein
weiterer Vorteil betseht darin, daß die Drossel zur Befüllung des Speicherelements und
das Rückschlagventil zum Druckausgleich der Zylinderräume zu einem Bauteil,
nämlich einem Drosselrückschlagventil zusammengefaßt werden kann. Dadurch wird
ein einfacher Aufbau der Vorrichtung ermöglicht. Ein Drosselrückschlagventil
ermöglicht zusätzlich einen Druckmittelstrom vom Zylinderraum in das
Speicherelement. Dadurch wird beispielsweise bei einer Pumpe, die in bestimmten
Betriebszuständen als Motor betrieben wird, ebenfalls eine Verbesserung der
Umsteuervorgänge erzielt, indem Druckmittel bei einer Bewegung der Zylinderräume
von der in diesen Betriebszuständen unter Hochdruck stehenden Einlaßseite zu der
unter Niederdruck stehenden Auslaßseite aus den Zylinderräumen in das
Speicherelement fließen kann. Dadurch erfolgt ein Druckabbau in den Zylinderräumen,
wodurch die Druckunterschiede beim Umsteuern von der Hochdruck- auf die
Niederdruckseite ebenfalls vermindert werden. Das Speicherelement des
Pumpenbetriebs kann somit ebenfalls das Umsteuerverhalten im Motorbetrieb
verbessern.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Kapazität des Speicherelements
gegenüber einem ölgefüllten Speicherelement erhöht ist.
Die pulsationsmindernde Wirkung eines Speicherelements nimmt mit der Größe der
Kapazität des Speicherelements zu. Um die Pulsation wirksam zu vermindern, wäre
somit nötig, das Speicherelement mit einem entsprechend großen Ölvolumen
auszustatten.
Die Kapazität eines Speicherelement ist abhängig von dem Volumen und dem
Kompressionsmodul der eingeschlossenen Medien. Durch ein Veränderung des
Kompressionsmoduls kann somit die Kapazität des Speicherelement beeinflußt
werden. Hierdurch ist es einerseits möglich, bei gleicher dämpfender und somit
pulsationsmindernder Wirkung des Speicherelements den Bauraum gegenüber einem
ölgefüllten Speicherelement zu reduzieren. Andererseits wird bei einem gleich großen
Bauraum eines Speicherelements durch eine Erhöhung der Kapazität eine verbesserte
Pulsationsminderung erreicht.
Eine besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das
Speicherelement als hydropneumatischer Speicher ausgebildet ist. Besonders
vorteilhaft ist es, den hydropneumatischen Speicher als Gasspeicher mit einer das
Ölvolumen vom Gasvolumen trennenden Membran auszugestalten.
Durch die Verwendung eines hydropneumatischen Speichers wird die Kapazität des
Speicherelements gegenüber einem ölgefüllten Speicherelement erhöht. Es ist somit
möglich, in einem vorgegebene Bauraum ein Speicherelement mit einer größeren
Kapazität anzuordnen. Dadurch nimmt die pulsationsmindernde Wirkung des
Speicherelements zu. Demgegenüber kann der Bauraum eines hydrodynamischen
Speicherelements gegenüber einem rein ölgefüllten Speicherelement verringert
werden, wobei die gleiche Kapazität des Speicherelements und somit die gleiche
Dämpferwirkung zur Verfügung steht.
Weiterhin ist es möglich, die Kapazität des Speicherelement zu erhöhen, indem das
Speicherelement einen ölgefüllten Raum mit einer nachgiebigen Umwandung aufweist.
Eine weitere Erhöhung der Kapazität wird dadurch erreicht, daß die nachgiebige
Umwandung des Speicherelements unter einer Gasvorspannung steht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Speicherelement
einen ölgefüllten Raum aufweist und in dem Raum nachgiebige Elemente,
insbesondere Kunststoffelemente eingelegt sind. Durch diese Anordnung ist ebenfalls
eine Erhöhung der Kapazität des Speicherelement möglich, wodurch sich eine
verbesserte Pulsationsminderung ergibt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Optimierung der
Umsteuervorgänge vorgeschlagen, daß mindestens ein weiterer Verbindungskanal
vorgesehen ist, der die Zylinderräume mit dem Speicherelement verbindet und in dem
eine drosselnde Einrichtung angeordnet ist.
Durch die Umsteuerung über mehrere Verbindungskanäle wird eine weitere
Verbesserung der Umsteuerung erzielt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den
Zeitraum, der für den Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem
Speicherelement zur Verfügung steht, zu vergrößern, so daß eine wirksame
Pulsationsdämpfung in einer weiten Bandbreite von Betriebsparametern ermöglicht
wird. Durch die Verwendung mehrerer drosselnder Einrichtung kann zudem das
Füllverhalten des Speicherelement beeinflußt werden.
Zweckmäßig ist es, die drosselnde Einrichtung als Blende auszuführen. Es kann
jedoch ebenfalls eine Drosselbohrung verwendet werden.
Zweckmäßig ist es weiterhin, das Ventil in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder
zu beaufschlagen. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Rückschlagventil
bei einem Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem Speicherelement in
Schließstellung geht.
Die Erfindung kann bei Verdrängereinheiten in Axialkolbenbauweise mit einer
rotierenden Zylindertrommel, beispielsweise Schrägachsen- oder
Schrägscheibenmaschinen, sowie mit einem rotierenden Steuerspiegel, sogenannten
Taumelscheibenmaschinen eingesetzt werden. Zudem kann die Erfindung bei
Radialkolbenmaschinen verwendet werden, die sowohl mit äußerer als auch mit
innerer Beaufschlagung ausgeführt sein können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 Eine schematische Draufsicht auf einen Steuerspiegels einer
Axialkolbenmaschine,
Fig. 2 einen Abwicklungsschnitt durch einen Steuerspiegel mit einem
Speicherelement und der erfindungsgemäßen Verbindung des
Speicherelements mit den Zylinderräumen,
Fig. 3 und 4 eine weitere Ausgestaltung des Verbindungskanals in einer
Darstellung gemäß Fig. 2,
Fig. 5 bis 7 Ausgestaltungen des Speicherelements und
Fig. 8 bis 11 weitere Ausgestaltungen mit mehreren Verbindungskanälen in
einer Darstellung gemäß der Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt den Schnitt durch den Steuerspiegel 2 einer Axialkolbenmaschine mit
zwei Steuernieren 5, 6, die jeweils mit der Niederdruck- und der Hochdruckseite eines
hydraulischen Kreislaufs in Verbindung bringbar sind, wodurch die Verdrängereinheit
sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbar ist. Die Zylinderräume der
Axialkolbenmaschine weisen an ihrer dem Steuerspiegel 2 zugewandten Seite jeweils
einen nierenförmige Steuerschlitz 8 auf, der durch eine Rotationsbewegung der
Zylindertrommel relativ zu einem feststehenden Steuerspiegel 2 oder des
Steuerspiegels 2 relativ zu einem feststehenden Zylinderblock abwechselnd in
Verbindung mit der Steuernieren 5, 6 steht. Bei einer Bewegung der Zylindertrommel
in Richtung 50 bewegt sich der Zylinderraum von der Steuerniere 5, die beispielsweise
die Niederdruckseite eines hydrostatischen Kreislaufes bildet, zur Steuerniere 6, die
die Hochdruckseite darstellt. Ist die Steuerniere 5 der Druckmitteleinlaß und die
Steuerniere 6 der Druckmittelauslaß arbeitet die Verdrängereinheit als Pumpe. Falls
bei gleichem Druckmitteleinlaß und Druckmittelauslaß die Steuerniere 5 mit der
Hochdruckseite und die Steuerniere 6 mit der Niederdruckseite des Kreislaufes
verbunden ist, wird die Verdrängereinheit als Motor betrieben. Eine
Drehrichtungsumkehr kann durch eine Bewegung der Zylindertrommel und somit der
Zylinderräume in Richtung 51 erzeugt werden. Dadurch stellt die Steuerniere 6 den
Druckmitteleinlaß und die Steuerniere 5 den Druckmittelauslaß dar. Bei
entsprechender Beaufschlagung der Steuernieren 5, 6 mit Hochdruck und Niederdruck
ergibt sich hierbei ebenfalls der Betrieb als Pumpe und als Motor. Eine
Drehrichtungsumkehr kann bei einer Axialkolbenmaschine, die in nur einer
Drehrichtung betrieben wird, ebenfalls durch ein Verschwenken einer Schrägscheibe
über die senkrecht zur Drehachse liegende Mittelachse erfolgen.
Im Bereich des Trennsteges zwischen den Steuernieren 5 und 6 ist im Bereich A der
Steuerniere 6 ein Verbindungskanal 10 angeordnet, der mit einem Speicherelement in
Verbindung steht. Zum Befüllen steht das Speicherelement mit der Steuerniere 6 in
Wirkverbindung. Bei einer Pumpe, die in Richtung 50 betrieben wird und Druckmittel
von der Steuerniere 5 ansaugt und in die Steuerniere 6 fördert, wird das Druckmittel im
Zylinderraum 4 auf annähernd den Druck an der Steuerniere 6 komprimiert, sobald die
Zylinderniere 8 den Verbindungskanal 10 im Steuerspiegel 2 freilegt. Das
Umsteuerverhalten von der Niederdruck- auf die Hochdruckseite wird dadurch
verbessert. Für eine derartige im Einquadrantenbetrieb arbeitende Verdrängereinheit
ist es ausreichend, ein Speicherelement zwischen der Niederdruck- und der
Hochdrucksteuerniere in dem Bereich vor der Hochdrucksteuerniere anzuordnen.
Dieselbe Anordnung eines Speicherelements ergibt sich für den reinen Motorbetrieb
einer Verdrängereinheit.
Wird die Pumpe beispielsweise bei gleicher Drehrichtung ebenfalls als Motor betrieben,
wobei die Steuerniere 6 mit Niederdruck und die Steuerniere 5 mit Hochdruck
beaufschlagt ist, ist entsprechend im Bereich C der Steuerniere 5 ein
Verbindungskanal mit einem Speicherelement vorzusehen, um das Umsteuern der
Zylinderräume von der Niederdruck- auf die Hochdruckseite zu verbessern. Weist die
Verdrängereinheit darüber hinaus eine über die Mittelstellung verstellbare
Schrägscheibe auf, wird hierdurch die Einlaß- und Auslaßseite vertauscht und somit
eine Drehrichtungsumkehr erzielt. Mit den in den Bereichen A und C angeordneten
Speicherelementen wird ebenfalls das Umsteuerverhalten von der Niederdruck- auf die
Hochdruckseite für eine derartige im Vierquadrantenberieb arbeitende
Verdrängereinheit verbessert. Werden bei einer Verdrängereinheit die Zylinderräume
zur Drehrichtungsumkehr relativ zum Steuerspiegel 2 in Richtung 51 bewegt, sind
entsprechend an den Bereichen B und D weitere Speicherelemente anzuordnen, um
eine Pulsationsminderung beim Umsteuern von der Niederdruck- zur Hochdruckseite
für den Vierqaudrantenbetrieb der Verdrängereinheit zu ermöglichen.
Jedes der zwei bzw. vier Speicherelemente einer im Vierquadrantenbetrieb
arbeitenden Verdrängereinheit entspricht dem einzelnen Speicherelement einer im
Einquadrantenbetrieb betriebenen Verdrängereinheit. Im folgenden ist eine Anordnung
eines Speicherelements im Bereich A der Steuerniere 6 beschrieben. Das
Speicherelement kann jedoch ebenfalls je nach Betrieb der Verdrängereinheit an den
Bereichen B, C oder D oder an mehreren Bereichen angeordnet werden.
Die Fig. 2 zeigt einen abgewickelten Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit
einem Steuerspiegel 2 und einer Zylindertrommel 3. Die Zylindertrommel 3 weist
mehrere Zylinderbohrungen 4a auf, in denen nicht mehr dargestellte Kolben
längsverschiebbar gelagert sind und Zylinderräume 4 bilden. Am Steuerspiegel 2 sind
Steuernieren 5, 6 vorgesehen, wobei beispielsweise die Steuerniere 5 die Einlaßseite
für Druckmittel darstellt und mit der Niederdruckseite eines hydraulischen Kreislaufes
verbunden ist. Die Auslaßseite wird somit von der mit Hochdruck beaufschlagten
Steuerniere 6 gebildet. Die Axialkolbenmaschine arbeitet somit als Pumpe. Steht die
Niederdruckseite mit einem drucklosen Behälter in Verbindung arbeitet die Pumpe in
einem offenen Kreislauf.
Bei einer Bewegung der Zylindertrommel 3 relativ zum Steuerspiegel 2, beispielsweise
durch eine Rotation der Zylindertrommel 3 relativ zu einem feststehenden
Steuerspiegel 2 oder durch Rotation des Steuerspiegels 2 relativ zu einem
feststehenden Zylinderblock 3 in Richtung 14, gelangen die Zylinderräume 4
abwechselnd mit der Niederdruck-Steuerniere 5 und der Hochdruck-Steuerniere 6 des
Steuerspiegels 2 in Verbindung. Zwischen den Steuernieren 5 und 6 ist ein Trennsteg
7 angeordnet, der die beiden Steuernieren 5, 6 voneinander abtrennt und der im
Bereich der Totpunkte der Längsbewegung der Kolben angeordnet ist. Die
Zylinderräume 4 weisen an der den Steuernieren 5, 6 zugewandten Seite
Steuerschlitze 8 auf, die nierenförmig ausgebildet sein können.
Zwischen den Steuerniere 5 und 6 ist ein Speicherelement 9 vorgesehen, das zur
Dämpfung von Pulsationen dient, indem es den in den Zylinderräumen 4 vorhandenen
Druck des Fluids an den in der Hochdruck-Steuerniere 6 anstehenden Druck angleicht.
Hierzu ist der Verbindungskanal 10 vorgesehen, der vom Speicherelement 9
ausgehend am Trennsteg 7 des Steuerspiegels 2 mündet. In dem Verbindungskanal
10 ist ein in Richtung zum Trennsteg 7 und somit zum Zylinderraum 4 öffnendes
Rückschlagventil 11 angeordnet. Zur Wiederbefüllung des Speicherelements ist ein
Kanal 12 vorgesehen, der mit der Hochdruck-Steuerniere des Steuerspiegels 2 in
ständiger Verbindung steht. Der Kanal 12 weist eine Verengung in Form einer Drossel
13 auf, durch die der zum Befüllen des Speicherelements 9 benötigte Volumenstrom
beeinflußt werden kann.
Bewegt sich die Zylindertrommel 3 in Richtung 14 von der Niederdruck- zur
Hochdruckseite der Verdrängereinheit 1, strömt in einer ersten Phase der Bewegung
Fluid in die Zylinderräume 4 ein, sobald die Steuerschlitze 8 der Zylinderräume 4 mit
der Niederdruck- Steuerniere 5 in Verbindung gelangen. In einer weiteren Phase der
Bewegung verschließt der Steuerschlitz 8 des Zylinders die Verbindung zur
Niederdruck-Steuerniere 5. Sobald der Steuerschlitz 8 die Mündung zur
Verbindungsleitung 10 freigibt, öffnet das Rückschlagventil 11, so daß Fluid vom
Speicherelement 9 in den Zylinderraum 4 strömt. Das Rückschlagventil 11 stellt hierbei
einen großen Strömungsquerschnitt zur Verfügung, wodurch das Füllen und der
Druckausgleich des Zylinderraums 4 in einem kurzen Zeitraum erfolgt. Zudem tritt an
einem großen Strömungsquerschnitt ein nur geringer Druckabfall auf, wodurch der
Druck im Zylinderraum 4 und der Druck im Speicherelement 9 ohne nennenswerte
Verluste aneinander angeglichen wird. Sobald ein Druckangleich zwischen dem
Zylinderraum 4 und dem Speicherelement 9 hergestellt ist, geht das Rückschlagventil
11 in Schließstellung. Hierzu kann im Rückschlagventil 11 eine in Schließrichtung
wirkende Feder angeordnet sein, die sicherstellt, daß das Rückschlagventil 11 bei
einem Druckangleich in Schließstellung geht. Bei der weiteren Bewegung der
Zylindertrommel 3 gelangt der Steuerschlitz 8 des jeweiligen Zylinderraums 4 in
Verbindung mit der Hochdruck-Steuerniere 6, wobei das in den Zylinderräumen 4
eingeschlossene Druckmittel auf die Hochdruckseite der Verdrängereinheit 1 gefördert
wird. Durch den Druckangleich der Zylinderräume 4 an den Druck des
Speicherelements treten somit bei einer Verbindung der Zylinderräume 4 mit der
Steuerniere 6 geringe Ausgleichströmungen auf. Pulsationen werden somit vermieden.
An der Verdrängereinheit treten dadurch geringere Geräusche und weniger
Vibrationen auf. Durch die Verwendung von Vorsteuerkerben 19 an der Hochdruck-
Steuerniere 6 wird eine verbleibende Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen 4
und der Hochdruck-Steuerniere 6 langsam abgebaut.
Bei dieser Ausgestaltung ist der Kanal 12 mit der Drossel 13 zur Speisung des
Speicherelements 9 in ständiger Verbindung mit der Hochdruckseite der
Verdrängereinheit 1. Um den Fertigungsaufwand für den Kanal 12 zu verringern und
das Anbringen der Drossel 13 zu vereinfachen ist in einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung gemäß Fig. 3 vorgesehen, den Verbindungskanal 10 in zwei parallel
angeordnete Kanalabschnitte 14a und 14b aufzuzweigen. Hierbei ist im Kanalabschnitt
14a das Rückschlagventil 11 und im Kanalabschnitt 14b eine drosselnde Einrichtung
15, beispielsweise eine Drossel angeordnet. Das Befüllen des Speicherelements 9
erfolgt über den Kanal 14b und die Drossel 15 während der Zeit, in der der
Steuerschlitz 8 des Zylinderraums 4 in Verbindung mit der Hochdruck-Steuerniere 6
und dem Verbindungskanal 10 steht. Die Geometrie des Steuerschlitzes 8 und der
Steuernieren 5, 6 ist dabei derart gewählt, daß kurz nach dem Druckangleich zwischen
dem Zylinderraum 4 und dem Speicherelement 9 und somit kurz nach dem Schließen
des Rückschlagventils 11 die Verbindung des Steuerschlitzes 8 mit der Hochdruck-
Steuerniere 6 hergestellt wird.
Die Parallelschaltung des Rückschlagventils 11 und der Drossel 15 ermöglicht es
weiterhin, diese Bauteile zu einem Drosselrückschlagventil 16 zusammenzufassen.
Hierdurch wird ein einfacher Einbau in den Steuerspiegel 2 der Verdrängereinheit 1
ermöglicht. Steht die Einlaßsteuerniere 5 mit der Hochdruckseite des hydraulischen
Kreislaufs in Verbindung und arbeitet die Pumpe somit als Motor kann über die Drossel
15 ebenfalls beim Umsteuern von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite der
Druckunterschied zwischen dem Zylinderraum 4 und der Auslaßsteuerniere 6
abgebaut werden, indem Druckmittel von dem Zylinderraum 4 in das Speicherelement
9 strömt. Das Speicherelement nimmt somit Druckmittel aus den Zylinderräumen auf,
wodurch der Druck in den Zylinderräumen 4 an den Druck an der Auslaßseite
angeglichen wird.
In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung mit einem Speicherelement 9 gezeigt, das über ein
Drosselrückschlagventil 16 mit dem Zylinderraum 4 in Verbindung steht und zusätzlich
einen Kanal 12 aufweist, der zum Befüllen des Speicherelements 9 in ständiger
Verbindung mit der Auslaßseite 6a steht. Durch geeignete Wahl der Drosseln 13 und
15 kann hierbei das Füllverhalten des Speicherelements 9 beeinflußt werden.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei das
Speicherelement 9 als hydropneumatischer Speicher, beispielsweise als
Membranspeicher ausgebildet ist. Eine Membran 20 trennt den Speicher in zwei
Räume, wobei ein erster Raum 21 mit Druckmittel und ein zweiter Raum 22 mit Gas,
beispielsweise Stickstoff, gefüllt ist. Bei gleicher Dämpferwirkung kann ein Speicher mit
einem wesentlich kleineren Bauraum verwendet werden. Die Speisung des
hydropneumatischen Speichers erfolgt hierbei intermittierend durch den
Verbindungskanal 10 und eine in dem Verbindungskanal 10 angeordnete Drossel 15.
Darüber hinaus ist ebenfalls möglich, einen Verbindungskanal und eine Drossel
vorzusehen, der mit der Steuerniere 6 in ständiger Verbindung steht.
Die Fig. 6 und 7 zeigen weitere Ausgestaltungen des Speicherelements. In Fig. 6
ist das Speicherelement 9 als ölgefüllter Raum 40 ausgeführt, der mit einer
nachgiebigen Wand 41 abgegrenzt ist. Hierdurch wird die Kapazität des
Speicherelements 9 erhöht. Steht die nachgiebige Wand unter einer Gasvorspannung
42, ist eine weitere Erhöhung der Kapazität des Speicherelements 9 möglich.
Das Speicherelement 9 gemäß Fig. 7 weist einen ölgefüllten Raum 40 auf, in den
nachgiebige Elemente 43 eingelegt sind. Diese Elemente sind beispielsweise aus
Kunststoff. Dadurch wird ebenfalls die Kapazität des Speicherelements 9 erhöht,
wodurch einerseits eine Reduzierung des notwendige Bauraums und andererseits eine
Verbesserung der Umsteuervorgänge ermöglicht wird. An der Verdrängereinheit wird
somit die Pulsation wirkungsvoll vermindert, wodurch ebenfalls weniger Vibrationen
und eine geringere Geräuschentwicklung an der Verdrängereinheit auftreten.
Die Fig. 8 bis 11 zeigen Ausgestaltungen, in denen mehrere Verbindungskanäle,
beispielsweise zwei Verbindungskanäle 10 und 30 mit dem Speicherelement 9
verbunden und im Steuerspiegel 2 angeordnet sind. In dem Verbindungskanal 10 ist
hierbei das Drosselrückschlagventil 16 und in dem Verbindungskanal 30 eine weitere
drosselnde Einrichtung, beispielsweise eine Drossel 35 vorgesehen. Durch das
Umsteuern über mehrere Verbindungskanäle 10, 30 wird das Umsteuerverhalten der
Verdrängereinheit weiter verbessert. Das Speicherelement 9 kann hierbei sowohl als
Speicherelement mit vergrößerter Kapazität gemäß den Fig. 8 und 9 der als
ölgefüllter Speicher (Fig. 10 und 11) ausgeführt sein. Zudem kann das
Speicherelement 9 mit der Auslaßseite 6 über den Kanal 12 und die Drossel 13 in
ständiger (Fig. 10 und 11) oder gemäß den Fig. 8 und 9 in intermittierender
Verbindung stehen. Durch die Verwendung mehrerer Verbindungskanäle 10, 30 wird
der Zeitraum, der zum Befüllen des Speicherelements 9 und zum Druckangleich der
Zylinderräume 4 zur Verfügung steht, vergrößert. Dadurch ergibt sich eine weitere
Funktionsverbesserung der Umsteuervorgänge sowohl im Pumpen- als auch im
Motorbetrieb der Verdrängereinheit. Die Pulsation wird somit wirkungsvoll vermindert,
wodurch an der Verdrängereinheit weniger Vibrationen und Geräusche auftreten.