DE3622220A1

DE3622220A1 - Axialkolbenmaschine mit einer umlaufenden zylindertrommel

Info

Publication number: DE3622220A1
Application number: DE19863622220
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Heyl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1988-01-07
Also published as: GB2192240A; FR2601080A1; GB8715466D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer rotierbaren Zylindertrommel, in der Zylinderbohrungen zumindest annähernd parallel zur Zylindertrommelachse angeordnet sind, wobei in jedem Zylinder ein gegen eine Kolbenführungsfläche abgestützter Kolben verschiebbar ist und jede Zylinderbohrung unmittelbar oder mittelbar über Anschlußkanäle mit einer Mündung in einer Stirnfläche der Zylindertrommel mündet, wobei dieser Stirnfläche in der Axialkolbenmaschine eine Drehsteuerschieberfläche mit zwei annähernd halbkreisförmigen Kanälen auf den Mündungen der Zylinderbohrungen entsprechendem Radius gegenüberliegen.

Bei den bisher bekannten Maschinen sind die Zylinderbohrungen und die Mündungen in der Zylindertrommelstirnfläche gleichmäßig, das heißt mit gleicher Teilung, in der Zylindertrommel verteilt, so daß die Winkel zwischen den Mitten von zwei benachbarten Zylinderbohrungen und Mündungen bzw. entsprechenden Kanten von Mündungen untereinander gleich sind. Das wurde jeweils sowohl aus herstelltechnischen Gründen wie auch aus Gründen der Festigkeit der Wand zwischen den Zylindertrommeln wie auch aus Ordnungsprinzipgründen als selbstverständlich vorausgesetzt. ("Fördermenge, Drehmoment und Leistung von Güldner Hydrostabil-Einheiten" in "Linde Berichte aus Technik und Wissenschaft", Heft 9, 1960, Seite 40)

Jede unter Druck arbeitende Axialkolbenmaschine erzeugt Geräusche. Eine wichtige Entstehungsursache für diese Geräusche ist die rasche Druckänderung in den Zylindern bei Umsteuern von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite und umgekehrt, wobei die Stärke der Geräusche von der Druckanstiegsgeschwindigkeit im Zylinder bestimmt wird. Diese Druckanstiegsgeschwindigkeit ist wiederum abhängig von den Betriebsparametern Drehzahl und Druck sowie von der Öltemperatur und von der konstruktiven Gestaltung der Kanten der Mündungen in der Zylindertrommelstirnfläche und der Endteile der halbkreisförmigen Kanäle in der Steuerdrehschieberfläche. Durch das Festlegen von optimalen Betriebsparametern sowie optimale Gestaltung der die Umsteuerung bewirkenden Kanten an den Zylinderbohrungsmündungen und an den Kanälen in der Steuerspiegeldrehfläche erhält man ein optimales Schallspektrum (Geräuschpegel) in Abhängigkeit von der Frequenz. Ein Diagramm dieses Schallspektrums zeigt frequenzabhängige Pegelspitzen (harmonische), besonders bei geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz

f _k = n · z _k

wobei f _k die Grundfrequenz und n die Drehzahl und z _k die Anzahl der Zylinder ist. Dieser Schall wird bei den heute üblichen Drehzahlen wie hohe sirenenähnliche Töne empfunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den abgestrahlten Schall für das menschliche Ohr angenehmer zu machen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die von der Drehachse der Zylindertrommel aus gemessenen Winkel zwischen den durch die Drehachse gehenden Ebenen, die jeweils durch die Mitte oder eine korrespondierende Kante von jeweils zwei benachbarten zumindest Zylindermündungen, das heißt, Zylinderbohrungen und Zylindermündungen oder nur der Zylindermündungen, gehen, ungleich sind. Sind nur die Winkel zwischen den Zylindermündungen ungleich, während die Teilungen zwischen den Zylinderbohrungen gleich sind, sind die Mündungen einzelner Zylinder gegenüber der Achse der zugeordneten Zylinderbohrungen versetzt, so daß eine der Versetzung entsprechende geringfügige Verschiebung der Totpunktlage gegenüber der Mitte des Steges zwischen den zwei annähernd halbkreisringförmigen Kanälen in der Zylindertrommelstirnfläche bewirkt wird.

Durch diese ungleichen Teilungen der Verteilung am Umfang zumindest der Zylindermündungen, gegebenenfalls der Zylindermündungen und Zylinderbohrungen wird erzielt, daß die Schallpegelspitzen abgebaut werden. Dabei sind die Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten Mündungen in der Zylindertrommel in aperiodischer Reihenfolge verteilt, die so gestaltet ist, daß eine diskrete Frequenz jeweils nur für eine Zeitdauer abgestrahlt wird, die unterhalb der Erkennbarkeitsgrenze für das menschliche Ohr liegt, und dann auf eine andere Frequenz umspringt. Das heißt, der Zeitabstand zwischen zwei Druckänderungen in jeweils zwei benachbarten Zylinderbohrungen ist anders, wie der Zeitabstand zwischen den nächsten beiden Druckänderungen und bis wieder der gleiche Zeitabstand zwischen zwei Druckänderungen auftritt, sind so viele andere Druckänderungen dazwischen erfolgt, daß das menschliche Ohr nicht eine durchgehende Frequenz wahrnimmt, das heißt, das menschliche Ohr vernimmt nur noch ein Rauschen. Diskrete Töne können dann nicht mehr unterschieden werden. Damit wird zwar der Geräuschpegel der Höhe nach nicht verändert, aber der Geräuschcharakter.

Diese Wirkung der Anordnung gemäß der Erfindung wird durch folgende Kurzbetrachtung verständlich gemacht.

Die Teilung der Bohrungen in der Zylindertrommel bei gleichmäßiger Verteilung ergibt sich aus der Formel

aufgelöst nach der Zylinderzahl ergibt das

Diesen Wert eingesetzt in die Formel für die Grundfrequenz ergibt

Daraus ersieht man, daß durch Teilungsvariation die Frequenz f _k verändert werden kann.

Es ist bereits das Prinzip bekannt, Schall durch ungleiche Teilungen zu verändern und zwar angewandt bei der Teilung von Lüfterradschaufeln von axialen oder radialen Strömungsgebläsen.

Bei Axialkolbenmaschinen wird durch die ungleiche Teilung außerdem noch die Wirkung erzielt, daß die Rückstell- bzw. Ausschwenkkräfte bezüglich Größe der Kräfte und Richtung der Kräfte und Schwingverhalten mit ungleicher Frequenz variieren, dadurch lassen sie sich besser handhaben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Zylindertrommel gemäß der Erfindung in Blickrichtung der Drehachse mit Blick auf die steuerdrehschieberseitige Stirnfläche.

Fig. 2 zeigt einen Blick auf die gleiche Zylindertrommel ebenfalls mit Blickrichtung in Richtung der Zylindertrommeldrehachse mit Ansicht auf die Stirnseite, aus der die Kolben austreten.

Die Zylindertrommel 1 weist eine Steuerspiegeldrehfläche 2 auf und eine Zentralbohrung 3, die sich zu der Stirnfläche 4 hin, aus der die in der Zeichnung nicht dargestellten Kolben austreten, zu einer Bohrung 5 erweitert. In der Zylindertrommel 1 sind neun Zylinderbohrungen, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 und 14 vorgesehen, wobei der Zylinderbohrung 6 eine Mündung 15, der Zylinderbohrung 7 eine Mündung 16, der Zylinderbohrung 8 eine Mündung 17, der Zylinderbohrung 9 eine Mündung 18, der Zylinderbohrung 10 eine Bohrung 19, der Zylinderbohrung 11 eine Mündung 20, der Zylinderbohrung 12 eine Mündung 21, der Zylinderbohrung 13 eine Mündung 22 und der Zylinderbohrung 14 eine Mündung 23 zugeordnet ist.

Die Mittellinieebene 26 geht durch die Zylindertrommeldrehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 6 und der Mündung 15. Entsprechend geht die Mittelebenelinie 27 durch die Drehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 7 und der Mündung 16. Entsprechend geht die Mittelebenelinie 28 durch die Drehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 8 und der Mündung 17 und geht die Mittelebenelinie 29 durch die Drehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 9 und der Mündung 18 und geht die Mittelebenelinie 30 durch die Drehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 10 und der Mündung 19 und geht die Mittelebenelinie 31 durch die Drehachse 25 und die Achse der Zylinderbohrung 11 und die Mitte der Mündung 20 und geht die Mittelebenelinie 32 durch die Drehachse 25 und die Mittelachse der Zylinderbohrung 12 und der Mündung 21 und geht die Mittelebenelinie 33 durch die Drehachse 25 und die Mittelachse der Zylinderbohrung 13 und der Mündung 22 und geht die Mittelebenelinie 34 durch die Drehachse 25 und die Mittelachse der Zylinderbohrung 14 und die Mitte der Mündung 23.

Zwischen den Mittelebenen 26 und 27 ist ein Winkel β 1 eingeschlossen und zwischen den Mittelebenen 27 und 28 ist ein Winkel β 2 eingeschlossen. Die Winkel β 1 und β 2 sind ungleich. Die Summe der Winkel β 1 und β 2 bildet den Winkel β. Zwischen den Mittelebenen 28 und 29 ist wiederum ein Winkel in der Größe β 1 eingeschlossen, also in der gleichen Größe wie zwischen den Mittelebenen 26 und 27. Weiterhin ist zwischen den Mittelebenen 29 und 30 wiederum ein Winkel β 2 eingeschlossen, also ein Winkel in der gleichen Größe wie zwischen den Mittelebenen 27 und 28. Zwischen den Mittelebenen 30 und 31 und zwischen den Mittelebenen 32 und 33 ist je ein Winkel in der Größe β 1 eingeschlossen, während zwischen den Mittelebenen 31 und 32 und 33 und 34 je ein Winkel β 2 eingeschlossen ist. Dabei ergibt sich, daß zwischen den Mittelebenen 26 und 34 ein Winkel β 3 eingeschlossen ist. Somit sind insgesamt drei verschiedene Teilungen, nämlich β 1, β 2 und β 3 vorhanden, wobei vorzugsweise

ist. Entsprechend ergeben sich dann unterschiedliche Schallfrequenzen.

Es ist nicht im Sinne der Erfindung erforderlich, daß alle Winkel zwischen jeweils zwei Mittelebenen ungleich sind, es genügt, wenn die jeweils aneinander anschließenden Winkel ungleich sind und der gleiche Winkel erst wieder als übernächster auftritt und möglichst noch eine dritte Winkelgröße vorhanden ist.

Claims

Axialkolbenmaschine mit einer rotierbaren Zylindertrommel, in der Zylinderbohrungen angeordnet sind, wobei in jedem Zylinder ein gegen eine Kolbenführungsfläche abgestützter Kolben verschiebbar ist und jede Zylinderbohrung mit einer Mündung in der Stirnfläche der Zylindertrommel mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Drehachse (25) der Zylindertrommel (1) aus gesehenen Winkel β 1, β 2 und β 3 zwischen den Mitten oder korrespondierenden Kanten von jeweils zwei benachbarten zumindest Zylindermündungen (15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) ungleich sind.