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Einrichtung zur Geräuschminderung bei einer schlitzgesteuerten hydrostatischen
Kolbenpumpe Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminderung bei einer
schlitzgesteuerten hydrostatischen Kolbenpumpe mit axial oder radial zur Wellenachse
angeordneten Kolben.
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Bei Radial- und Axialkolbenmaschinen treten während der Umsteuerung
wesentliche Druckaprünge auf. Diese bei dem in den Umsteuerbereichen stattfindenden
Ubergang des Druckes in den einzelnen Zylindern vom Nieder- zwn Hochdruck bzw. umgekehrt
auftretenden plötzlichen Druck -sprunge führen zu einer starken Geräuschentwicklung.
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Es sind Einrichtungen zur Geräuschminderung bei hydrostatischen Kolbenmaschinen
bekannt, bei denen in dz Überdeckungsstegen zwischen der Hoch- und der nieder -drucksteueröffnung
des Steuer spiegeln eine bis Je drei Bohrungen angebracht sind, die über druckabhängig
gesteuerte Drossel einrichtungen entweder divetral iit -einander oder mit der Roch-
oder der Niederdrucksteueröffnung in Verbindung stehen.
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Durch diese Einrichtungen werden zwar Druckspitzen vermieden und ein
flacherer Druckübergang von einem Druckbereich in den anderen bewirkt, der aber
für die gewünschte Geräuschminderung noch zu steil ist, da der Drehwinkelbereich,
in dem diese Bohrungen wirken, zu gering ist. Es wird deshalb keine durchgreifende
Geräuschminderung erreicht. Außerdem sind damit im Verhältnis zur erreichten Geräuschminderung
erhebliche Leistungs -verluste verbunden.
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Zweck der Erfindung ist es, bei minimalen Leistungsverlusten eine
Geräuschminderung bei schlitzgesteu -erten hydrostatischen Kolbenpumpen zu erreichen,
die in allen bei deren Anwendung auftretenden 3etriebs -zuständen optimal ist.
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Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Einrichtung zur Geräuschminderung
bei einer scblitzge -steuerten hydrostatischen Kolbenpumpe mit axial oder radial
zur Wellenachse angeordneten Kolben und mit als Steuerelement wirkendem Steuerspiegel
bzw. Mittelzapfen, auf dem in den Überdeckungsstegen zwischen der Nieder- und der
Hochdrucksteueröffnung je zwei Bohrungen angeordnet sind, zweckentsprechend so ZU
gestalten, daß der Druckübergang vom Nieder- zum Hochdruck bzw.
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umgekehrt innerhalb der Überdeckungsbereich über einen möglichst großen
Drehwinkelbereich nahezu linear er -folgt.
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Erfindungsgemäß wird diese Auf gabe dadurch gelöst, daß die zwei Bohrungen
in jedem Überdeckungssteg jeweils über eine die Veränderung des Durchflußquerschnittes
bzw.
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Drosselwid.rstandes einer der Bohrungen in Abhängigkeit von Betriebsparametern
oder von Rand bewirkende Steuereinrichtung miteinander verbunden sind, so daß Fördermedium
über vorlaufende Zylinderöffnungen aus der Hochdrucksteueröffnung des Steuerspiegels
oder des Mittelszapfens zum Zylinderraun bzw. aus dem Zylinderraum zur Niederdruck
-steueröffnung des Steuerspiegels oder des Mittelszapfens iließen kann, wobei die
Überdeckungsstege vorzugsweise symmetrisch zur Totpunktachse angeordnet sind und
die Umsteuerbereiche sich über etwa eine halbe Kolbenteilung erstrecken. Weiterhin
kann die. erfindungsgemäße Einrichtung zur Geräuschminderung so gestaltet sein,
daß, um die Umkehr der Förderrichtung zu ermöglichen, die der federbeaufschlagten
Seite des Steuerschiebers der Steuereinrichtung
gegenüberliegende
Seite mit Hilfe zweier Rückschlagventile stets mit der Hochdrucksteueröffnung des
Steuerspiegels oder des Mittelzapfens verbunden ist. Erfindungsgemäß sind außerdem
zur Beeinflussung des mittleren Verstellmomentenverlaufes die Überdeckungsstege
in oder entgegen der Dreihrichtung, in beiden Totlagenbereichen gleich oder unterschiedlich
unsymmetrisch zur Totpunktachse angeordnet.
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Wenn die Umsteuervorgänge sich über eine Kolbenteilung erstrecken,
ist eine maximale Geräuschminderung vorhanden. Dabei treten aber unvertretbar hohe
Leistungsverluste auf. Dagegen wird mit einem Überdekkungswinkel von der Größe einer
halben Kolbenteilung gemäß der Erfindung ein Optimum zwischen Geräuschminderung
und Wirkungsgrad erreicht. Bei der unsymmetrischen Anordnung der Überdeckungsstege
zur Totpunktachse gemäß der Erfindung bleibt das Geräuschaufkommen gegenüber einer
symmetrischen Anordnung unverändert.
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Nachstehend soll die Erfindung am Beispiel einer Axialkolbenpumpe
näher erläutert werten.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: den Axialschnitt einer
Axialkolbenpumpe, Fig. 2: den Schnitt I - I nach Fig. 1, Fig. 3: den Schnitt II-II
nach Fig. 1, Fig. 4: den Schnitt II-II nach Fig. 1 mit einen weiteren Ausführungsbeispiel
der Steuereinrichtung, Fig. 5: die schematische Darstellung einer Einrichtung zur
Geräuschminderung, bei der die Umkehr der Förderrichtung möglich ist.
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Ein auf einer Welle 7 befestigter Zylinderkörper 1 nimmt die Kolben
3 auf, die sich über die Gleitschuhe 4
auf dem Schwenkkörper 5 abstützen.
Bei der Rotation des Zylinderkörpers 1 führen die Kolben 3 eine oszilliegende Bewegung
gegenüber dem Zylinderkörper 1 durch. Der Zylinderkörper 1 stützt sich auf dem in
Fig. 2 dargestellten Steuerspiegel 6 des .Steuerkopfes 2 ab. Synchron zur Kolbenbewegung
werden die Zy linderöffnungen entsprechend mit der Hochdrucksteueröffnung 8 bzw.
NiederdruckstoueröSlnung 9 des Steuerspiegels 6 verbunden. Zwischen beiden Steueröffnungen
findet der Druckübergang vom Nieder- zum Hochdruck bzw.
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umgekehrt statt. Dieser Druckübergang soll nahezu linear im Drehwinkelbereich
von etwa einer halben Kolben teilung erfolgen. Zur Erreichung dieses Druckveriauf
es sind in den Überdeckungsstegen zwischen der Hochdrucksteueröffnung 8 und der
Niederdrucksteueröffnung 9 die Bohrungen 10, 11 12 und 13 angeordnet. Die Bohrungen
12 und 13 sind über eine Bohrung 24 oder 29, in der ein Steuerschieber 25 oder 30
(Fig. 3 und 4) angeordnet ist, verbunden. Auf die gleiche Weise sind die Bohrungen
10 und 11 miteinander verbunden. Uber diese Bohrungen 10,11, 12 und 13 mit den dazugehörigen
Steuereinrichtungen bestehen Verbindungen zwischen den Zylinderöffnungen der die
Uberdeckungsstege überfahrenden Zylinder und der Nieder- bzw. Hochdrucksteueröffnung
9 bzw. 8, Die Lage der Bohrungen 10, 11, 12 und 13 und der Querschnitt der Steuereinrichtung
wird aus dem Gleichgewicht der Volumenänderung im Zylinder während der Überdeckung
mit dem Überdeckungswinkel #ü (vom Kolben verdrängtes Volumen, Volumenänderung durch
Eompression, über die Steuereinrichtung fließendes Fördervolumen, über Dichtstege
fließendes Fördervolumen) bei dem vorgegebenen nahezu linearen Druckverlauf bestimmt.
Der erforderliche Durchflußwiderstand wird mit Hilfe des Steuerschiebers 25 (Fig.
3) bzw.
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30 (Fig. 4) eingestellt, lin Bereich des inneren Totpunktes (ITP)
findet der Druckübergang im Zylinder vom Hoch- zum Niederdruck statt. Die
Zylinderöffnung
16 tritt aus der Hochsdrucksteueröffnung 8 aus, dabei bewegt sich der Kolben des
Zylin -ders 16 zum inneren Totpunkt und führt einen Druck -hub aus. Gleichzeitig
mit dem Abbrechen der Verbin -dung zwischen der Zylinderöffnung 16 und der Hoch
-drucksteueröffnung 8 tritt mit einer erforderlichen Überschneidung die Zylinderöffnung
16 mit der Bohrung 12 in Verbindung. Aus dem Zylinder 16 fließt über die Bohrungen
12, 24 bzw. 29 und 13 und die vorlauf ende Zylinderöffnung 17 Fördermedium zur Niederdrucksteueröffnung
9 ab. Dadurch wird ein nahezu linearer Druckabfall erreicht. Dieser Vorgang ist
beendet, wenn der Zylinderkörper 1 in der den Zylinderöffnungen 21, 22 und 23 entsprechenden
Stellung steht, die sich aus dem Gleichgewicht; der Volumena-änderung im Zylinder
bei vorgegebenem nahezu linearem Druckverlauf ergibt.
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In dieser Stellung erreicht die Zylinderöffnung 22 nach dem Uberschreiten
der Totpunktachse T-T eine Lage kurz nach dem inneren Totpunkt. ei weiterer Drehung
der Zylinder öffnung von der tage 22 in die tage 17 führt der entsprechende Kolben
einen Saughub aus. Dabei erfolgt der weitere Druckabfall bis zum Nieder -druck bei
abgeschlossenem Zylinderraum. Im Zylinder herrscht Jetzt der Niederdruck P1, so
daß ein sprungfreier Ubergang zum Druck in der Niederdrucksteueröffnung erfolgt.
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Mit dem sich in der Bohrung 24 bzxv. 29 befindenden Steuerschieber
25 bzw. 30 ist der Durchflußquerschnitt der Bohrung 12 so eingestellt, daß der gewünschte
nahezu lineare Druckabfall erreicht wird.
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Mit der in Fig. 3 dargestellten Steuereinrichtung wird der Durchflußquerschnitt
der Bohrung 12 in Abhängigkeit vom Betriebsdruck P2 geändert. Die in Fig. 3 darge
-stellte Stellung des Steuerschiebers 25 gibt den vollen
Durchflußquerschnitt
der Bohrung 12 frei und entspricht dem Betriebsdruck Null. Mit steigendem Be triebsdruck
p2 muß der Drosselquerschnitt der Bohrung 12 kleiner werden, um einen nahezu linearen
Druckabfall zu erreichen. Dazu wird der über die Feder 26 an der Einstellschraube
27 abgestützte Steuerschieber 25 über die Bohrung 28 mit Betriebsdruck p2 beauf
schlagt und in Abhängigkeit vom Betriebsdruck gegen die Feder 26 verschoben, wodurch
sich der Durchflußquerschnitt der Bohrung 12 verkleinert.Die Gegenkraft der Feder
26 kann mit Hilfe der Sinstellschraube 27 eingestellt werden. Damit wird bei allen
Betriebsdrücken ein nahezu linearer Druckabf all innerhalb des Umsteuerbereiches
erreicht.
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In Fig. 4 ist eine von Hand einzustellende Steuereinrichtung dargestellt.
Der sich in der Bohrung 29 be -findende Steuerschieber 30 ist in den Steuerknopf
2 eingeschraubt und wird durch die Mutter 31 arretiert.
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Der Durchflußquerschnitt der Bohrung 12 wird mit Hilfe des Steuerschiebers
30 von Hand an den jeweils vorliegenden Betriebsbereich angepaßt, so daß in diesen
Bereichen eine optimale Geräuschminderung erreicht wird.
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Im Bereich des äußeren Totpunktes (ATP) finden analoge Vorgänge statt.
Die Steuereinrichtung ist genau so wie im Bereich des inneren Totpunktes aufgebaut.
Anstelle von Bohrung 13 ist Bohrung 10 und für Bohrung 12 ist Bohrung al vorhanden
Mit dem Steuerschieber 25 bzw. 30 wird der Durchflußquerschnitt der Bohrung 11 eingestellt.
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Der nahezu lineare Druckanstieg wird nach dem gleichen Prinzip wie
im Bereich des inneren Totpunktes der nahezu lineares Druckabfall verwirklicht.
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Bei Förderri chtungsumkehr wird die Niederdrucksteueröffnung zur Hochdrucksteueröffnung.
Die Verwendung der oben beschriebenen Einrichtung zur Geräuschminderung ist; auch
bei der Umkehr der Förderrichtung möglich. Die Geräuschminderung ist dabei für die
der Auslegung der Geräuschiainderungseinrichtung zugrunde gelegte Förderrichtung
maximal. Fur die andere Förderri.chtung wird nahezu die gleiche Geräuschminderung
erreicht. An -stelle der in Fig. 3 dargestellten Steuereinrichtung ist bei Förderrichtungsumkehr
eine Rückschlagventilkombination nach Fig. 5 notwendig, um den Steuerschieber 25
über die Bohrung 28 unabhängig von der Förderrichtung stets mit dem Betriebsdruck
P2 zu beaufschlagen.
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Wenn die Steuer öffnung 8 in Fig. 5 die Hochdrucksteueröffnung ist,
so ist das Rückschlagventil 32 geöffnet und das Rückschlagventil 33 geschlossen.
Der Steuer -schieber 25 wird damit über die Bohrung 28, den Ver -bindungskanal 35
und das geöffnet Rückschlagventil 32 aus der Steueröffnung 8 mit dem Betriebsdruck
P2 be -aufsohlagt. Bei Förderrichtungsumkehr wird die Steueröffnung 9 zur Hochdrucksteueröffnung.
Das Rückschlagventil 33 ist dann geöffnet und das Rückschlagventil 32 geschlossen.
Der Steuerschieber 25 wird über die Bohrung 28, den Verbindungskanal 34 und das
geöffnete Rückschlagventil 33 aus der Steueröffnung 9 mit dem Be -triebsdruck P2
beaufschlagt.