DE19706116C2 - Vorrichtung zur Pulsationsminderung an hydrostatischen Verdrängereinheiten - Google Patents

Abstract

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 (4a) längsverschieblich gelagert ist und einen Zylinderraum (4) bildet, und wobei die Vorrichtung ein mit der Hochdruckseite in Verbindung stehendes Speicherelement (9) aufweist, das mit dem Zylinderraum (4) in Verbindung bringbar ist. Die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Pulsationsminderung an hydrostatischen Verdrängereinheiten zur Verfügung zu stellen, mit der die Umsteuervorgänge der Zylinderräume optimiert und die Pulsation in einer weiten Bandbreite von Betriebszuständen wirksam minimiert werden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Verbindungskanal (10) des Speicherelements (9) mit dem Zylinderraum (4) ein schaltbares Ventil, insbesondere ein in Richtung zum Zylinderraum (4) öffnendes Rückschlagventil (11) angeordnet ist.

Description

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 sind Maßnahmen bekannt, die zum einen eine Anpassung des Druckes in den Zylinderräumen an den Druck an einer mit Hochdruck beaufschlagten Auslaßseite durch die Kinematik des Kolbens vorsehen. Die Anpassung des Druckes kann beispielsweise durch eine Vorkompression des Zylinderraums erzielt werden. Hierzu ist zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite eine Vorkompressionseinrichtung angeordnet, wobei der Druck des in den Zylinderräumen eingeschlossene Druckfluids durch den Kolbenhub erhöht wird, bevor der Zylinderraum in Verbindung mit der Auslaßseite gelangt.

Eine derartige hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Vorkompressionseinrichtung ist aus der DE 33 19 822 C2 bekannt. Die Pumpe weist eine Niederdruck-Einlaßseite und eine Hochdruck-Auslaßseite auf, wobei zwischen der Niederdruck und der Hochdruckseite eine Vorkompressionszone angeordnet ist. In dieser Vorkompressionszone ist ein Verbindungskanal vorgesehen, der eine Verbindung der Zylinderräume mit der Auslaßseite herstellt. In diesem Verbindungskanal ist ein Ventil angeordnet das in Richtung zur Auslaßseite hin öffnet. Bei einer Bewegung der Zylindertrommel von der Einlaß- zur Auslaßseite durchläuft der Zylinderraum die Vorkompressionszone, wodurch der Druck im Zylinderraum durch den Kolbenhub erhöht wird. Sobald der Zylinderraum die Öffnung zu dem Verbindungskanal freigibt, strömt Fluid über den Verbindungskanal und das Ventil in die Auslaßseite, falls der Druck in dem Zylinderraum den Druck an der Auslaßseite übersteigt. Der Druck in den Zylindern wird somit auf den am Auslaß anstehenden Druck begrenzt. Bei einer weiteren Bewegung wird der Zylinderraum zur Auslaßseite hin geöffnet.

Aus der DE-AS 12 11 943 ist eine als Pumpe oder Motor verwendbare hydraulische Axial- oder Radialkolbenmaschine mit umkehrbarer Drehrichtung bekannt, bei der über druckabhängig steuerbare Ventile das Umsteuerverhalten von der Niederdruck- auf die Hochdruckseite und das Umsteuerverhalten von der Hochdruck- zur Niederdruckseite verbessert wird. Zwischen den Steuernieren sind hierbei Verbindungskanäle angeordnet, die über Ventile eine Verbindung der Zylinderräume mit den entsprechenden Steuernieren ermöglichen.

In der DE-OS 15 28 367 ist eine als Pumpe oder Motor betreibbare Axialkolbenmaschine mit einer Vorkompression zwischen der Einlaßsteuerniere und der Auslaßsteuerniere beschrieben. Im Bereich der Vorkompression zwischen der Einlaßsteuerniere und der Auslaßsteuerniere ist an der Steuerfläche ein mit der Auslaßsteuerniere in Verbindung stehender Verbindungskanal vorgesehen, in dem ein in Abhängigkeit vom Druck der Einlaßseite gesteuertes Ventil angeordnet ist. Das Ventil sperrt den Verbindungskanal ab, sofern an der Einlaßseite Niederdruck ansteht und somit die Axialkolbenmaschine als Pumpe arbeitet. Im Motorbetrieb der Axialkolbenmaschine wird das Ventil durch den an der Einlaßseite anstehenden Hochdruck in eine Durchflußstellung beaufschlagt. Hierdurch wird erzielt, daß die Vorkompression lediglich im Pumpenbetrieb der Axialkolbenmaschine wirksam ist.

Zur Minderung der Pulsation ist es zudem 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 A1 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 Zylinderraumes 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 besteht 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 vorteilhafte 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 anzuornden. Dieselbe Anordnung eines Speicherelements ergibt sich für den reinen Motorbetrieb einer Verdrängereinheit.

Wird die Pumpe beipielsweise 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 anzuornden, 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.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Pulsationsminderung an einer hydrostatischen Verdrängereinheit (1), insbesondere einer als Pumpe sowie als Motor einsetzbaren Radial- oder Axialkolbenmaschine mit umkehrbarer Drehrichtung, wobei mindestens ein Kolben in einer Zylinderbohrung (4a) längsverschieblich gelagert ist und einen Zylinderraum (4) bildet, und wobei die Vorrichtung ein mit der Hochdruckseite in Verbindung stehendes Speicherelement (9) aufweist, das mit dem Zylinderraum (4) in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verbindungskanal (10) des Speicherelements (9) mit dem Zylinderraum (4) ein schaltbares Ventil, insbesondere ein in Richtung zum Zylinderraum (4) öffnendes Rückschlagventil (11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (10) zwei parallel angeordnete Kanalabschnitte (14a, 14b) aufweist, wobei in einem ersten Kanalabschnitt (14a) das schaltbare Ventil und in einem zweiten Kanalabschnitt (14b) eine drosselnde Einrichtung (15) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Speicherelements (9) gegenüber einem ölgefüllten Speicherelement vergrößert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (9) als hydropneumatischer Speicher ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (9) als Gasspeicher mit einer das Ölvolumen (21) vom Gasvolumen (22) trennenden Membran (20) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (9) einen ölgefüllten Raum (40) mit einer nachgiebigen Umwandung (41) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Umwandung (41) unter einer Gasvorspannung (42) steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (9) einen ölgefüllten Raum aufweist und in den Raum nachgiebige Elemente (43), insbesondere Kunststoffelemente eingelegt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Speicherelements (9) mit dem Zylinderraum (4) mindestens ein weiterer mit einer drosselnden Einrichtung (35) versehener Verbindungskanal (30) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drosselnde Einrichtung (13; 15; 35) als Blende ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11) in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder beaufschlagbar ist.