EP1523622A1 - Kolbenmaschine mit pulsationsmindender vorrichtung - Google Patents

Kolbenmaschine mit pulsationsmindender vorrichtung

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EP1523622A1
EP1523622A1 EP03740448A EP03740448A EP1523622A1 EP 1523622 A1 EP1523622 A1 EP 1523622A1 EP 03740448 A EP03740448 A EP 03740448A EP 03740448 A EP03740448 A EP 03740448A EP 1523622 A1 EP1523622 A1 EP 1523622A1
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EP
European Patent Office
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pressure
line
pressure compensation
piston machine
compensation line
Prior art date
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EP03740448A
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English (en)
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EP1523622B1 (de
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Horst Zeiser
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Publication date
Application filed by Brueninghaus Hydromatik GmbH filed Critical Brueninghaus Hydromatik GmbH
Publication of EP1523622A1 publication Critical patent/EP1523622A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1523622B1 publication Critical patent/EP1523622B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2042—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/0091—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using a special shape of fluid pass, e.g. throttles, ducts

Definitions

  • the invention relates to a piston machine with a device for reducing flow pulsations.
  • the design causes the pressure to pulsate due to the non-uniform delivery of the pressure medium used, which spreads through the line system.
  • a device for reducing the pulsation in which a pressure compensation line opens in the reversing area of the control level, which is connected to the high-pressure control kidney via a controlled throttle.
  • the controlled throttle consists of a piston, which has a control edge, the equilibrium position of the piston being set by a compression spring and in the opposite direction by a pressure force, the pressure force being generated by the pressure prevailing in the high-pressure control kidney.
  • a disadvantage of the piston machine described above is that the flow pulsations, which occur only in a reduced manner, but cannot be completely avoided, are transmitted to the control piston, and the control piston can in turn be excited to oscillate. This has a direct influence on the effectiveness of the pressure compensation, which should be made possible by the variable throttle.
  • Another disadvantage is that due to the movement of the control piston, which is inevitable due to the pulsation of the pressure in the high-pressure control kidney, considerable wear occurs on the pulsation reducing device. It is an object of the invention to provide a piston machine with pulsation reduction, which is simple and inexpensive to implement and which requires no additional components and no additional installation space.
  • the piston machine according to the invention has the advantage that to generate a pulsation reduction, only a pressure compensation line has to be provided, which is arranged between a working line and an opening arranged in a reversing area of a control mirror.
  • a pressure compensation line all that needs to be taken into account is that the opening in the working line must be provided at a point which enables the pressure wave progressing in the working line to be picked up in phase. This tapping in the correct phase makes it possible, on the one hand, to achieve a pressure increase in a cylinder space in a piston engine operated as a pump.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an axial piston machine according to the prior art
  • FIG. 2 shows a plan view of a control mirror of an axial piston machine operated as a pump
  • FIG. 3 shows a plan view of a control mirror of a piston engine operated as a motor
  • FIG. 4 shows a plan view of the control mirror of the axial piston machine from FIG. 1 at a later point in time
  • FIG. 5 shows a plan view of the control mirror of the axial piston machine from FIG. 3 to a later one
  • Fig. 6 is a plan view of a control mirror of
  • FIG. 7 shows a top view of a control mirror of an axial piston machine from FIG. 3 with an additional pressure accumulator.
  • FIG. 1 shows a section through an axial piston machine 1 known per se.
  • a cylinder drum 2 is arranged in the interior of a housing (not shown) of the axial piston machine 1, the cylinder drum 2 being rotatably mounted with respect to a central axis 12.
  • Cylinder openings 3, 4 are provided in the cylinder drum 2. see, the cylinder openings 3, 4 are arranged parallel to the central axis 12 and are evenly distributed over the circumference.
  • Pistons 5, 6 are arranged in the cylinder bores 3, 4 and are displaceably mounted in the cylinder openings 3, 4.
  • the cylinder bores 3, 4 each have a cylinder opening 7 at an end face of the cylinder drum 2,
  • control kidneys 9, 10 are arranged in a control mirror 11, which is connected to the housing of the axial piston machine 1 in a rotationally fixed manner.
  • the control kidneys 9, 10, which extend along a segment of a circle, are each connected to a working line, not shown in FIG. 1.
  • the pistons 5, 6 each have an approximately spherical extension 13, 14, the spherical geometry of which corresponds to a recess 15, 16 of a slide shoe 17, 18, respectively.
  • the sliding shoes 17, 18 are supported on a swivel disk 25.
  • both the spherical extensions 14, 13 and the slide shoes 17, 18 each have a pressure oil bore 21, 22 or 23, 24.
  • the cylinder drum 2 For operation as an axial piston pump, the cylinder drum 2 is rotated about its central axis 12, the pistons 5, 6 arranged in the cylinder drum 2 being one due to the inclination of the swivel plate 25 with respect to the central axis 12 Carry out a lifting movement, wherein they are connected to a low-pressure control kidney during a suction-lifting movement, whereas they are connected to a high-pressure control kidney during a high-pressure lifting movement.
  • FIG. 2 shows a top view of a control mirror 11 of an axial piston pump, the direction of rotation of the cylinder drum 2 being indicated by an arrow.
  • the cylinder drum 2 has nine cylinder bores distributed uniformly over its circumference, the cylinder openings of which are shown in broken lines in FIG. 2 and identified by the reference numbers 35.1 to 35.9.
  • a high-pressure control kidney 9 as the first control kidney and a suction control kidney 10 as the second control kidney are arranged in the control mirror 11.
  • An area is provided between the control kidney 9 and the control kidney 10, in which the cylinder openings 35.1 to 35.9 have no contact with either one or the other control kidney 9, 10. These areas are identified as reversing area 30 or reversing area 31.
  • an opening is arranged which forms a first end 32 of a pressure compensation line 33.
  • the pressure compensation line 33 has a second end 34 which opens into a working line 27.
  • the axial piston machine 1 shown in FIG. 2 sucks pressure medium from a tank volume 29 via a working line 28 and, as indicated by the arrow, conveys it into the working line 27.
  • non-uniformities in the flow rate occur during operation of an axial piston machine 1. These non-uniformities in the flow rate result in a pressure pulsation, as is shown schematically in the working line 27.
  • Starting from the High-pressure control kidney 9 progresses a pressure wave along the working line 27.
  • a length L of the working line 27 between the high-pressure control kidney 9 and the second end 34 of the pressure compensation line 33 is dimensioned such that the progressive pressure wave in the working line 27 at the moment when the second end 34 of the pressure compensation line 33 has a maximum to which the first end 32 in the reversing area 30 comes into contact with a further cylinder opening.
  • the cylinder opening 35.6 is next in register with the opening at the first end 32 of the pressure compensation line 33.
  • the second end 34 of the pressure compensation line 33 a pressure maximum in the working line 27, so a pressure compensation takes place in which the pressure in the cylinder bore, which is connected to the cylinder opening 35.6, is increased via the pressure compensation line 33.
  • the amplitude of the pressure wave advancing in the working line 27 is reduced in the further course. A reduction in pressure pulsation is thus achieved.
  • a pressure maximum in the working line 27 arises whenever a cylinder opening 35.1 to 35.9 encloses a certain angle with the central axis of the working line 27, which is repeated cyclically in accordance with the number of pistons per revolution. Accordingly, at the time shown, the pressure maximum in the working line 27 has advanced from the side of the high-pressure control kidney 9 by approximately one wavelength ⁇ .
  • a connection channel 39 also opens into the reversing area 31, the second end of which opens into the control kidney 10.
  • FIG. 3 shows a corresponding device for an axial piston machine 2, which is operated as a hydraulic motor.
  • a high pressure which is generated, for example, by the axial piston machine shown in FIG. 2, is fed to the hydraulic motor via the working line 28.
  • the direction of rotation is counterclockwise.
  • the reversing area 31 is swept through the cylinder openings 35.1 to 35.9, the high pressure generated by the filling on the high pressure side in the cylinder bore is partially released into the working line 27 via the pressure compensation line 33.
  • the second end 34 of the pressure compensation line 33 is connected to the working line 27 so that at the time when the cylinder opening 35.1 comes into contact with the opening at the first end 32 of the pressure compensation line 33, a pressure minimum at the second end 34 of the pressure compensation line 33 prevails.
  • a pilot control notch 40 is formed for a slow pressure build-up in the direction of rotation in front of the control kidney 10.
  • FIG. 4 shows the axial piston machine 2 from FIG. 2 again for a later point in time.
  • the pressure wave, which propagates in the working line 27, has progressed by% ⁇ in accordance with the angle of rotation of the cylinder drum 2, and accordingly there is a pressure maximum at the end of the working line 27, which is oriented toward the high-pressure control kidney, which by the Cylinder opening 35.8 belonging piston is caused.
  • This pressure maximum which arises at the beginning of the working line 27 moves at the speed of sound along the working line 27, whereby it must have reached the second end 34 of the pressure compensation line 33 at the point in time at which the cylinder opening 35.5 following in the direction of rotation coincides with the opening on the first End 32 of the pressure compensation line 33 has reached.
  • the remaining angle ⁇ which the cylinder with the cylinder opening 35.2 must make up to the opening at the first end 32 of the pressure compensation line 33, must be taken as a basis.
  • the minimum distance between the orifice at the second end 34 of the pressure compensation line and the outlet control kidney 9 of the axial piston machine 1 is therefore determined from the quotient of the remaining angle ⁇ and the intermediate angle ⁇ between two successive cylinder openings 35.2 and 35.3, in contrast because of the tap of the pressure minimum a shift of ⁇ / 2 must be taken into account in the case described above for a pump.
  • FIGS. 6 and 7 show two further exemplary embodiments for pulsation reductions according to the invention, a storage element 38 being provided in each case in addition to the pulsation reduction already carried out by tapping a pressure fluctuation in the working line 27 in the correct phase.
  • a storage element 38 being provided in each case in addition to the pulsation reduction already carried out by tapping a pressure fluctuation in the working line 27 in the correct phase.
  • a defined cross-sectional area can alternatively be provided at the junction of the pressure compensation line 33 in the working line 27 at the second end 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einer drehbar gelagerten Zylindertrommel (2), in der über den Umfang verteilt mehrere Zylinderbohrungen angeordnet sind, in denen verschiebliche Kolben angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen (3,4) weisen an einer Seite Zylinderöffnungen (35.1, 35.2,...35.9) auf, die entsprechend dem Drehwinkel der Zylindertrommel (2) zeitweilig in Verbindung mit je einer von zwei Steuernieren (9, 10) stehen, die mit jeweils einer Arbeitsleitung (27, 28) verbunden sind. Zwischen den Steuernieren (9, 10) ist jeweils ein Umsteuerbereich (30, 31) ausgebildet, wobei in einen Umsteuerbereich (30, 31) ein erstes Ende (32) einer Druckausgleichsleitung (33) ausmündet. Ein zweites Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) mündet in die auslassseitige Arbeitsleitung (27), wobei die Länge (L) der auslassseitigen Arbeitsleitung (27) zwischen der auslassseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) so bemessen ist, dass zwischen einer durch eine Hubbewegung der Kolben (5, 6) verursachte, in der auslassseitigen Arbeitsleitung (27) fortschreitende Druckwelle und dem Drehwinkel der Zylindertrommel (2) eine definierte Phasenbeziehung besteht, die der Druckschwankung entgegenwirkt.

Description

KOLBENMASCHINE MIT PULSATIONSMINDENDER VORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einer Vorrichtung zur Minderung von Strömungspulsationen.
Beim Betrieb von hydrostatischen Kolbenmaschinen kommt es bauartbedingt zu einer Pulsation des Drucks durch ungleichförmige Förderung des verwendeten Druckmittels, welches sich über das Leitungssystem ausbreitet.
Aus der DE 100 34 857 AI ist eine Vorrichtung zum Mindern der Pulsation bekannt, bei der in dem Umsteuerbereich des Steuerspiegels eine Druckausgleichsleitung ausmündet, welche mit der hochdruckseitigen Steuerniere über eine gesteuerte Drossel verbunden ist. Die gesteuerte Drossel besteht aus einem Kolben, welcher eine Steuerkante aufweist, wobei die Gleichgewichtsposition des Kolbens durch eine Druckfeder sowie in entgegengesetzter Richtung durch eine Druckkraft eingestellt wird, wobei die Druckkraft durch den in der Hochdrucksteuerniere herrschenden Druck erzeugt wird. Mit diesem System läßt sich im Vergleich zu herkömmlichen Steuerkerben eine verbesserte Anpassung an den jeweiligen Betriebszustand der Kolbenmaschine erreichen.
Nachteilig an der vorstehend beschriebenen Kolbenmaschine ist, daß sich die Strömungspulsationen, welche zwar nur gemindert auftreten, sich jedoch nicht vollständig vermeiden lassen, auf den Steuerkolben übertragen, und somit der Steuerkolben seinerseits zu einer Schwingung angeregt werden kann. Dies hat einen unmittelbaren Einfluß auf die Effektivität des Druckausgleichs, der durch die variable Drossel ermöglicht werden soll. Weiterhin ist nachteilig, daß aufgrund der Bewegung des Steuerkolbens, der durch die Pulsation des Drucks in der Hochdrucksteuerniere unvermeidlich ist, ein erheblicher Verschleiß an der Pulsationsminderungsvorrichtung auftritt. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kolbenmaschine mit Pulsationsminderung zu schaffen, welche einfach und kostengünstig zu realisieren ist und die keine zusätzlichen Bauteile und keinen zusätzlichen Bauraum erfordert .
Die Aufgabe wird durch die Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine hat den Vorteil, daß zum Erzeugen einer Pulsationsminderung lediglich eine Druckausgleichsleitung vorzusehen ist, welche zwischen einer Arbeitsleitung und einer in einem Umsteuerbereich eines Steuerspiegels angeordneten Öffnung angeordnet ist . Bei der Anordnung der Druckausgleichsleitung ist lediglich zu berücksichtigen, daß die Ausmündung in der Arbeits- leitung an einer Stelle vorzusehen ist, welche ein phasenrichtiges Abgreifen der in der Arbeitsleitung fortschreitenden Druckwelle ermöglicht . Durch dieses phasenrichtige Abgreifen ist es einerseits möglich, einen Druckanstieg in einem Zylinderraum bei einer als Pumpe betriebenen Kolbenmaschine zu erreichen. Andererseits ist es ebenso möglich, durch das Abgreifen einer gezielten Phase der in der Arbeitsleitung fortschreitenden Druckwelle eine Druckverringerung in einem Zylinder während des Überstreichens des Umsteuerbereichs zu erreichen, wenn eine Kolbenmaschine als Motor betrieben wird. Damit wird durch eine einfache Auswahl des Punktes, in dem die Druckausgleichsleitung in der Arbeitsleitung mündet, erreicht, daß für eine Pumpe das Druckmaximum und für einen Motor dagegen ein Druckminimum reduziert wird. Die fortschreitende Druckwelle in der Arbeitsleitung wird durch das phasenrichtige Abgreifen in ihrer Amplitude verringert, wodurch die Körperschallübertragung auf nachfolgende Bauteile und damit letztlich deren Schallabstrahlung verringert wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine möglich.
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Axialkolben- maschine nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel einer als Pumpe betriebenen Axialkolbenmaschine;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel einer als Motor betriebenen Kolbenmaschine;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Steuerspiegel der Axial- kolbenmaschine aus Fig. 1 zu einem späteren Zeitpunkt;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Steuerspiegel der Axial- kolbenmaschine aus Fig. 3 zu einem späteren
Zeitpunkt ;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel der
Axialkolbenmaschine aus Fig. 1 mit einem zusätzlichen Druckspeicher; und
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel einer Axialkolbenmaschine aus Fig. 3 mit einem zusätzlichen Druckspeicher.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine an sich bekannte Axialkolbenmaschine 1 dargestellt . Im Inneren eines nicht dargestellten Gehäuses der Axialkolbenmaschine 1 ist eine Zylindertrommel 2 angeordnet, wobei die Zylindertrommel 2 drehbar bezüglich einer Mittelachse 12 gelagert ist. In der Zylindertrommel 2 sind Zylinderöffnungen 3, 4 vorge- sehen, wobei die Zylinderöffnungen 3, 4 parallel zu der Mittelachse 12 angeordnet sind und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. In den Zylinderbohrungen 3, 4 sind Kolben 5, 6 angeordnet, die in den Zylinderöffnungen 3, 4 verschiebbar gelagert sind.
Die Zylinderbohrungen 3, 4 weisen an einem stirnseitigen Ende der Zylindertrommel 2 jeweils eine Zylinderöffnung 7,
8 auf, wobei während der Drehung der ZylIndertrommel 2 die Zylinderöffnungen 7, 8 nacheinander eine erste Steuerniere
9 und eine zweite Steuerniere 10 überstreichen, wobei die Steuernieren 9, 10 in einem Steuerspiegel 11 angeordnet sind, welcher drehfest mit dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine 1 verbunden ist. Die Steuernieren 9, 10, welche sich entlang eines Kreissegments erstrecken, sind mit jeweils einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Arbeitsleitung verbunden.
An ihren von den Steuernieren 9, 10 abgewandten Enden weisen die Kolben 5, 6 jeweils einen näherungsweise kugelförmigen Fortsatz 13, 14 auf, dessen Kugelgeometrie mit einer Ausnehmung 15, 16 eines Gleitschuhs 17, bzw. 18, korrespondiert . Im dargestellten Ausführungsbeispiel stützen sich die Gleitschuhe 17, 18 auf einer Schwenk- scheibe 25 ab. Um die Kontaktfläche zwischen den Gleitschuhen 17, 18 und der Schwenkscheibe 25 mit Schmiermittel zu versorgen, weisen sowohl die kugelförmigen Fortsätze 14, 13 als auch die Gleitschuhe 17, 18 jeweils eine Druckölbohrung 21, 22 bzw. 23, 24 auf. Damit sind aus dem Druckmittelreservoir sowohl die Kontaktstellen zwischen den Gleitschuhen 17, 18 und der Schwenkscheibe 25 als auch zwischen den Kugelköpfen 13 , 14 und den korrespondierenden Ausnehmungen 15, 16 der Gleitschuhe 17, 18 ausreichend geschmiert .
Zum Betrieb als Axialkolbenpumpe wird die Zylindertrommel 2 um ihre Mittelachse 12 gedreht, wobei aufgrund der Neigung der Schwenkscheibe 25 bezüglich der Mittelachse 12 die in der Zylindertrommel 2 angeordneten Kolben 5, 6 eine Hubbewegung ausführen, wobei sie während einer Saughubbewegung mit einer Niederdrucksteuerniere verbunden sind, während einer Hochdruckhubewegung dagegen mit einer Hochdrucksteuerniere .
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Steuerspiegel 11 einer Axialkolbenpumpe dargestellt, wobei die Drehrichtung der Zylindertrommel 2 durch einen Pfeil angegeben ist. Die Zylindertrommel 2 weist gleichmäßig über ihren Umfang verteilt neun Zylinderbohrungen auf, deren Zylinderöffnungen in Fig. 2 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 35.1 bis 35.9 gekennzeichnet sind. In dem Steuerspiegel 11 ist eine Hochdrucksteuerniere 9 als erste Steuerniere sowie eine Saugsteuerniere 10 als zweite Steuerniere angeordnet. Zwischen der Steuerniere 9 und der Steuerniere 10 ist jeweils ein Bereich vorgesehen, in dem die Zylinderöffnungen 35.1 bis 35.9 weder zu der einen noch zu der anderen Steuerniere 9, 10 Kontakt haben. Diese Bereiche sind als Umsteuerbereich 30 bzw. Umsteuerbereich 31 gekennzeichnet.
In dem Umsteuerbereich 30, welcher von den Zylinderöffnungen 35.1 bis 35.9 während des Wechsels von der Niederdruck- auf die Hochdruckseite überstrichen wird, ist eine Öffnung angeordnet, welche ein erstes Ende 32 einer Druckausgleichsleitung 33 bildet. Die Druckausgleichsleitung 33 weist ein zweites Ende 34 auf, welches in eine Arbeitsleitung 27 mündet. Die in Fig. 2 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 saugt über eine Arbeitsleitung 28 Druckmittel aus einem Tankvolumen 29 an und befördert es, wie durch den Pfeil angegeben, in die Arbeitsleitung 27.
Durch die endliche Anzahl von Kolben 3, 4 und dem ungleichf rmigen Geschwindigkeitsverlauf während eines Pumphubes kommt es beim Betrieb einer Axialkolbenmaschine 1 zu Ungleichförmigkeiten in der Förderstrommenge . Diese Ungleichförmigkeiten in der Förderstrommenge resultieren in einer Druckpulsation, wie sie schematisch in der Arbeitsleitung 27 dargestellt ist. Ausgehend von der Hochdrucksteuerniere 9 schreitet eine Druckwelle entlang der Arbeitsleitung 27 fort. Eine Länge L der Arbeitsleitung 27 zwischen der Hochdrucksteuerniere 9 und dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 ist dabei so bemessen, daß die fortschreitende Druckwelle in der Arbeitsleitung 27 in dem Moment, an dem das zweite Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 ein Maximum aufweist, zu dem das erste Ende 32 in dem Umsteuerbereich 30 in Kontakt mit einer weiteren Zylinderöffnung tritt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel kommt als nächstes die Zylinderöffnung 35.6 in Überdeckung mit der Öffnung an dem ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33. Befindet sich zu dem Zeitpunkt, an dem die Zylinderöffnung 35.6 in Überdeckung mit der Öffnung des ersten Endes 32 der Druckausgleichsleitung 33 ist, an dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 ein Druckmaximum in der Arbeitsleitung 27, so findet ein Druckausgleich statt, in dem der Druck in der Zylinderbohrung, welche mit der Zylinder- Öffnung 35.6 verbunden ist, über die Druckausgleichsleitung 33 erhöht wird. Wegen des in die Druckausgleichsleitung 33 einströmenden Druckmittels ist die Amplitude der in der Arbeitsleitung 27 fortschreitenden Druckwelle im weiteren Verlauf erniedrigt. Damit wird eine Druckpulsationsminderung erreicht .
Im Folgenden wird die Funktion nur schematisch anhand eines die Allgemeinheit nicht einschränkenden Beispiels erläutert .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel mit neun Bohrungen in der Zylindertrommel 2 ist bei der gezeigten Anordnung des ersten Endes 32 der Druckausgleichsleitung 33 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Überdeckung zwischen der Öffnung an dem ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33 und der Zylinderöffnung 35.6 beginnt, das Verhältnis zwischen den Winkeln α, ß, welche die Zylinderöffnungen 35.9 bzw. 35.8 mit der Mittelachse der Arbeitsleitung 27 einschließen 1:4. Ein Druckmaximum in der Arbeitsleitung 27 entsteht jeweils dann, wenn eine Zylinderöffnung 35.1 bis 35.9 mit der Mittelachse der Arbeitsleitung 27 einen bestimmten Winkel einschließt, der sich entsprechend der Kolbenzahl pro Umdrehung zyklisch wiederholt. Demnach ist zu dem dargestellten Zeitpunkt das Druckmaximum in der Arbeitsleitung 27 von der Seite der Hochdrucksteuerniere 9 aus um etwa eine -Wellenlänge λ fortgeschritten.
Daraus ergibt sich für den dargestellten, bevorzugten Fall von neun Zylinderbohrungen, die gleichmäßig über eine Zylindertrommel 2 verteilt angeordnet sind, eine Länge L zwischen der Hochdrucksteuerniere 9 und dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33, die gleich %λ ist. Die Wellenlänge λ ergibt sich dabei aus der Frequenz der Pulsationen, welche sich wiederum aus der Anzahl der Zylinderbohrungen und der Drehzahl der Zylindertrommel 2 ermitteln läßt. Um einen Restdruck zu entspannen, mündet in den Umsteuerbereich 31 zudem ein Verbindungskanal 39 aus, dessen zweites Ende in die Steuerniere 10 mündet.
In Fig. 3 ist eine entsprechende Vorrichtung für eine Axialkolbenmaschine 2 dargestellt, welche als Hydromotor betrieben wird. Über die Arbeitsleitung 28 wird ein Hochdruck, welcher beispielsweise durch die in Fig. 2 dargestellte Axialkolbenmaschine erzeugt wird, dem Hydromotor zugeführt. Die Drehrichtung ist, wie durch den Pfeil gekennzeichnet, entgegen dem Uhrzeigersinn. Beim Überstreichen des Umsteuerbereichs 31 durch die Zylinder- Öffnungen 35.1 bis 35.9 wird der durch die Füllung auf der Hochdruckseite erzeugte Hochdruck in der Zylinderbohrung über die Druckausgleichsleitung 33 zum Teil in die Arbeitsleitung 27 entspannt. Das zweite Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 ist dabei so mit der Arbeitsleitung 27 verbunden, daß zum Zeitpunkt, zu dem die Zylinderöffnung 35.1 in Kontakt mit der Öffnung an dem ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33 tritt, an dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 ein Druckminimum herrscht. Durch das teilweise Angleichen zwischen dem Druck in dem Zylinder und dem Druck in der Arbeitsleitung 27 ergibt sich wiederum, wie vorstehend bereits für das Beispiel einer Axialkolbenpumpe ausführlich dargestellt wurde, eine Verringerung der Amplitude der Druckschwankungen in der Arbeitsleitung 27 und damit eine verringerte Schallabstrahlung der nachfolgend an der Arbeitsleitung angeschlossenen Bauteile. Weiterhin ist für einen langsamen Druckaufbau in Drehrichtung vor der Steuerniere 10 eine Vorsteuerkerbe 40 ausgebildet.
In Fig. 4 ist die Axialkolbenmaschine 2 aus Fig. 2 noch einmal für einen späteren Zeitpunkt dargestellt . Die Druckwelle, welche sich in der Arbeitsleitung 27 ausbreitet, ist entsprechend dem Drehwinkel der Zylindertrommel 2 um %λ weitergeschritten, wobei sich dementsprechend an dem Ende der Arbeitsleitung 27, welches zu der Hochdrucksteuerniere hin orientiert ist, ein Druckmaximum befindet, welches durch den zu der Zylinderöffnung 35.8 gehörenden Kolben verursacht wird. Dieses am Anfang der Arbeitsleitung 27 entstehende Druckmaximum bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit entlang der Arbeitsleitung 27, wobei es an dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 zu dem Zeitpunkt angelangt sein muß, zu dem die in Drehrichtung nächstfolgende Zylinderöffnung 35.5 in Überdeckung mit der Öffnung an dem ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33 gelangt ist.
Aus dem verbleibenden Drehwinkel γ zwischen der Zylinderöffnung 35.5 und der Öffnung an dem ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33 im Verhältnis zu dem Zwischenwinkel δ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylinderöffnungen, beispielsweise 35.2 und 35.3, ergibt sich der minimale Abstand zwischen dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung 33 und der Hochdrucksteuerniere 9 in Einheiten der Wellenlänge λ entsprechend vorgenannter Definitionen. Ist ein Verbinden des zweiten Endes 34 der Druckausgleichsleitung 33 an dem so berechneten Punkt der Arbeitsleitung 27 nicht möglich, so ist, jeweils um λ verschoben, ein identisch wirkender Anschlußpunkt möglich.
In Fig. 5 ist der entsprechende Fall für die Axialkolben- maschine aus Fig. 3 für einen späteren Zeitpunkt dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist der verbleibenden Winkel φ, welchen der Zylinder mit der Zylinderöffnung 35.2 bis zu der Öffnung am ersten Ende 32 der Druckausgleichsleitung 33 zurücklegen muß, zugrunde zu legen. Der minimale Abstand zwischen der Mündungsöffnung an dem zweiten Ende 34 der Druckausgleichsleitung und der Auslaßsteuerniere 9 der Axialkolbenmaschine 1 wird daher aus dem Quotienten des verbleibenden Winkels φ und des Zwischenwinkel δ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylinderöffnungen 35.2 und 35.3 bestimmt, wobei wegen des Abgriffs des Druckminimums im Gegensatz zu dem vorstehend für eine Pumpe beschriebenen Fall eine Verschiebung um λ/2 zu berücksichtigen ist.
Bei der Bestimmung der Länge L kann berücksichtigt werden, daß eine Druckschwankung, welche sich in der Arbeitsleitung 27 fortpflanzt, ebenfalls eine Laufzeit entlang der Druckausgleichsleitung 33 hat. Zu berücksichtigen ist eine geänderte Phasenlage dabei, indem die Phasenverschiebung entlang der Druckausgleichsleitung als Längenänderung der Länge L berücksichtigt wird.
In Fig. 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Pulsationsminderungen dargestellt, wobei jeweils zusätzlich zu der bereits ausgeführten Pulsationsminderung durch einen phasenrichtigen Abgriff einer Druckschwankung in der Arbeitsleitung 27 ein Speicherelement 38 vorgesehen ist. Mit Hilfe des Speicherelements 38 ist es zusätzlich möglich, den Betriebs- bereich, in dem die Pulsationsminderung wirksam ist, zu vergrößern. An der Einmündung der Druckausgleichsleitung 33 in die Arbeitsleitung 27 an dem zweiten Ende 34 kann alternativ eine definierte Querschnittsfläche vorzugesehen werden.

Claims

Ansprüche
1. Kolbenmaschine mit einer drehbar gelagerten Zylindertrommel (2), in der über den Umfang verteilt mehrere Zylinderbohrungen (3,4) angeordnet sind, in denen verschiebliche Kolben (5,6) angeordnet sind, wobei die Zylinderbohrungen (3,4) an einer Seite Zylinderöffnungen (7, 8, 35.1, 35.2 , ...35.9) aufweisen, die entsprechend dem Drehwinkel der Zylindertrommel (2) zeitweilig in Verbindung mit je einer von zwei Steuernieren (9, 10) stehen, die mit jeweils einer Arbeitsleitung (27, 28) verbunden sind, wobei zwischen den Steuernieren (9, 10) jeweils ein Umsteuerbereich (30, 31) ausgebildet ist und wobei zumindest in einen Umsteuerbereich (30, 31) ein erstes Ende (32) einer Druckausgleichsleitung (33) ausmündet, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) in die auslaßseitige Arbeitsleitung (27) mündet, wobei die Länge (L) der auslaßseitigen Arbeitsleitung (27) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) so bemessen ist, daß zwischen einer durch eine Hubbewegung der Kolben (5, 6) verursachten, in der auslaßseitigen Arbeitsleitung (27) fortschreitenden Druckwelle an der Stelle des zweiten Ende
(34) der Druckausgleichsleitung (33) und dem Drehwinkel der Zylindertrommel (2) eine definierte Phasenbeziehung besteht .
2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschine eine Hydropumpe ist und daß die Länge (L) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung etwa -λ beträgt, wobei λ die Wellenlänge der Druckwelle bedeutet, gegebenenfalls zuzüglich ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (λ) der Druckwelle.
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschine ein Hydromotor ist und daß die Länge (L) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung etwa 3A-λ beträgt, wobei λ die Wellenlänge der Druckwelle bedeutet, gegebenenfalls zuzüglich ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (λ) der Druckwelle.
4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschine als Hydropumpe arbeitet und daß die Länge (L) der auslaßseitigen Arbeitsleitung (27) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) ein Bruchteil der Wellenlänge (λ) ist, wobei der Bruchteil in etwa dem Quotient aus dem Winkel (γ) zwischen dem ersten Ende (32) der Druckausgleichsleitung (33) und derjenigen Zylinderöffnung (35.5) des nächsten zur Überdeckung mit dem ersten Ende (32) der Druckausgleichsleitung (33) gelangenden Zylinders im Zeitpunkt eines entstehenden Druckmaximums in der auslaßseitigen Arbeitsleitung (27) und dem Zwischenwinkel (δ) zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen entspricht, gegebenenfalls zuzüglich ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (λ) der Druckwelle .
5. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmaschine als Hydromotor arbeitet und daß die Länge (L) der auslaßseitigen Arbeitsleitung (27) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) ein Bruchteil der Wellenlänge (λ) ist, wobei der Bruchteil in etwa dem Quotient aus demjenigen Winkel (φ) zwischen dem ersten Ende (32) der Druckausgleichsleitung (33) und derjenigen Zylinderöffnung (35.2) des nächsten mit dem ersten Ende (32) der Druckausgleichsleitung (33) zur Überdeckung gelangenden Zylinders im Zeitpunkt eines entstehenden Druckminimums und dem Zwischenwinkel (δ) zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen entspricht, gegebenenfalls zuzüglich ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (λ) der Druckwelle.
6. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Druckausgleichsleitung (33) ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (λ) der Druckwelle ist .
7. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Länge der Druckausgleichsleitung (33) verursachte Phasenverschiebung an dem ersten Ende (32) durch eine Korrektur der Länge (L) zwischen der auslaßseitigen Steuerniere (9) und dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) berücksichtigt ist.
8. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Druckausgleichsleitung (33) ein Druckspeicherelement (38) angeschlossen ist.
9. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Ende (34) der Druckausgleichsleitung (33) eine Drosselstelle ausgebildet ist.
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