EP2776713B1 - Hydrostatische kolbenmaschine - Google Patents
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- EP2776713B1 EP2776713B1 EP12775661.7A EP12775661A EP2776713B1 EP 2776713 B1 EP2776713 B1 EP 2776713B1 EP 12775661 A EP12775661 A EP 12775661A EP 2776713 B1 EP2776713 B1 EP 2776713B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B11/0008—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using accumulators
-
- 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
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- 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
- F04B1/205—Cylindrical
Definitions
- the invention relates to a hydrostatic piston engine, in particular an axial piston engine, according to the preamble of patent claim 1.
- a hydrostatic piston engine has a rotating cylinder part with a plurality of cylinder chambers, in which pistons carrying a lifting movement are arranged during operation.
- each cylinder space is alternately connected via a cylinder space opening to a low pressure control port and a high pressure control port on a control surface of a stationary control part at which there are two Um Kunststoffe between the low pressure control port and the high pressure control within which a piston reverses its direction of motion, and the one Vormatinut extending from a control opening into a Um Kunststoff Kunststoff into.
- Such axial piston machine is for example in the DE 197 06 116 A1 revealed.
- the known axial piston machine has as a cylinder part arranged on a drive shaft cylinder drum with a plurality of cylinder chambers, in each of which a piston is movably guided.
- Each cylinder space can be alternately connected to a cylinder-shaped opening introduced on the front side of the cylinder drum with a kidney-shaped low-pressure control opening and high-pressure control opening provided in a control disk serving as a control part.
- the cylinder drum slides along the face of the control disk.
- the low-pressure control opening and the high-pressure opening lie on a common pitch circle and are spaced apart in the circumferential direction, whereby two Um Kunststoff Kunststoffe are formed.
- a respective piston is located in a Um Kunststoff Kunststoff in the region of its inner dead center or bottom Dead Center (BDC), where he is the farthest immersed in his cylinder chamber, and in the other Um Kunststoffe in the area of its outer dead center or Top Dead Center (TDC), in which it protrudes furthest out of his cylinder room.
- BDC bottom Dead Center
- TDC Top Dead Center
- the from the DE 197 06 116 A1 known hydrostatic axial piston machine in swash plate design is adjustable from a positive displacement volume above zero displacement volume to a negative displacement volume and can work in four-quadrant operation, ie in both directions both as a pump and as a motor.
- the reversal between high pressure and low pressure is to be improved in terms of reducing pressure pulsations by virtue of the fact that the cylinder chambers in the corresponding reversing region are connected to a fluid capacity or to a storage volume.
- a memory element is provided which is connected via a non-return valve blocking it and a throttle arranged parallel to the check valve with an orifice in the reversal area of a control plate.
- the orifice is at a certain mode of operation of the known displacement machine at a short distance from the high pressure control port of the control plate.
- a cylinder chamber opening is opened to the orifice as soon as their connection to the low pressure control opening is closed.
- pressurized fluid flows via the check valve from the storage element into the cylinder chamber.
- the connection of the cylinder chamber is made with the high pressure control port and then brought the storage element via the throttle back to high pressure.
- the reversal is further influenced by the fact that from the high-pressure control opening from a pilot groove extends into the Um Kunststoff Kunststoff inside.
- a cavity which is filled or to be filled with a liquid pressure medium, for example hydraulic oil, and in which a pressure change is due solely to the compressibility of the pressure medium connected to an inflow or outflow of pressure medium.
- a liquid pressure medium for example hydraulic oil
- the invention has for its object to provide a hydrostatic piston engine in which a Umêtkapaztician is easily throttled constantly connected to the associated pressure port.
- a hydrostatic piston engine in particular an axial piston engine, has a rotating cylinder part with a plurality of cylinder chambers, in which pistons carrying a lifting movement are arranged during operation.
- Each cylinder chamber is in operation via a cylinder chamber opening alternately connectable to a low pressure control port and a high pressure control port on a control surface of a stationary control part, in which there are two Um Kunststoff Kunststoffe between the low pressure control port and the high pressure control within which a piston at a dead center reverses its direction, and the one Vor Kunststoffnut extending from a control opening into a Um Kunststoff Kunststoff into.
- an opening is provided in a reversing area, which at least approximately approaches the cylinder space openings paint over their entire length. It is provided a fluid capacity of defined size, with which the outlet is connected via a particular throttled fluid connection. The outlet is located in the pilot groove.
- the pilot control groove in which the orifice is located, advantageously has a cross section, which in particular increases continuously in the direction of the control opening.
- the cross-sectional ratios are obtained simply by positioning the outlet of the fluid connection in the pilot groove so that the pilot groove extends from the orifice over a greater distance, preferably over about two-thirds of its total length toward the control port and over a smaller distance to its Leaping out.
- the type of reversal is chosen in particular for a reversal of low pressure to high pressure in pump operation or engine operation. Accordingly, the pilot control groove, in which the mouth of the fluid connection is positioned to the fluid capacity, exits from the high pressure control port. However, the type of reversal is also applicable to the reversal of high pressure to low pressure.
- the throttling effect of the fluid communication between the orifice and the fluid capacity is advantageously independent of the direction of flow of the fluid.
- parts of a hydrostatic axial piston machine are shown in swash plate design, which is to be operated while maintaining the direction of rotation and without change of high pressure and low pressure side both as a pump and as a motor.
- the swash plate not shown in detail can therefore be pivoted in opposite directions in a known manner with respect to a zero position in which at least theoretically no pressure medium flow through the machine.
- Such an axial piston machine is usually referred to as being pivotable or adjustable over zero.
- a cylinder drum 25 In a cylinder drum 25 are in each case the same distance from a drum axis and at equal angular intervals from each other several, for example, nine cylinder chambers 26 in the form of cylinder bores in which non-illustrated pistons are movably received and at one end of the cylinder drum in elongated, usually curved cylinder space openings 27, which in the Following control slots are called, open.
- the width of the control slots 27 is smaller than the diameter of a cylinder bore.
- the cylinder drum 25 rests with the end face with the control slots 27 on a serving as a control part control plate 28 and slides in operation over this time.
- the control plate has two kidney-shaped control openings 29 and 30, which are located on the same pitch circle as the control slots 27 and of which present the control port 29 as a high pressure control port in which a high pressure (for example a pressure of 200 bar) is present in operation, and the Control port 30 serves as a low-pressure control opening in which a low pressure (for example, a pressure of less than 5 bar), in particular tank pressure, is present during operation.
- control slots 27 change from an open fluidic connection to the high-pressure control opening 29 to an open fluidic connection to the low-pressure control opening 30, and a reversing area 32, in that the control slots 27 change from an open fluidic connection to the low-pressure control opening 30 to an open fluidic connection to the high-pressure control opening 29.
- pilot grooves mounted, of which in the figures, a pilot control groove 34 is shown at the high pressure control port.
- the pilot groove 34 is designed so that its cross section from the high pressure control port 29 decreases continuously. It is a triangular notch whose depth and width are linearly reduced from a control port.
- the control plate 28 is against rotation on a connection plate 40 of the axial piston machine, wherein in the connection plate, a high-pressure channel 41 and a low-pressure channel 42 are formed, which lead from an outer side of the connection plate to the control plate facing end side of the connection plate and at this end face a the control openings in the control plate have corresponding cross-sectional shape and at least largely coincide with the control openings.
- connection plate 40 which forms a fluid capacity or a storage volume and of which a through the connection plate 40th and the control plate 28 passing through bore 46 with an opening 47 in the Um Grill Scheme 31.
- the orifice 47 is located in the pilot control groove 34, which, as already mentioned, is a triangular groove with a continuously decreasing cross section away from the control opening 29.
- the position of the orifice in the pilot groove 34 is selected so that the cross section of the pilot groove in the region of the orifice is smaller than the cross section of the throttle bore 46.
- FIG. 2 There is a two control slots 27 separated from each other web of the cylinder drum 25 just above the pilot groove 34.
- a control slot 27 is located in front of the pilot groove 34 in the Um Kunststoff Anlagen 32.
- the storage volume 45 is connected via the throttle bore 46 and the pilot control groove 34 with the high pressure control port 29 and further to the high pressure passage 41. Therefore, the same pressure prevails in the storage volume 45 as in the high-pressure control opening 29.
- the leading edge of the control slot 27 continues to sweep the pilot groove 34 to a position where it reaches the high pressure pilot port 29 (see FIG FIG. 4 ).
- the further pressure buildup proceeds as in a standard reversing, which has only the pilot control groove 34.
- the control slot 27 of the cylinder chamber 26 passes over the high pressure control port 29 (see FIG. 5 ). Due to the above-described cross-sectional ratios of throttle bore 46 and pilot control groove 34, the pressure equalization between the high pressure control port 29 and the storage volume 45 begins substantially only after the pressure equalization between the high pressure control port 29 and the cylinder chamber 26 is reached. The result is a total of over a longer period lasting and thus uniformed fluid removal from the high-pressure control port 29 and the related parts of the hydraulic circuit for the pressure build-up in the cylinder chamber 26 and thus a significant reduction in pressure pulsations in the high pressure area.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche hydrostatische Kolbenmaschine weist ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Im Betrieb wird jeder Zylinderraum über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbunden, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt, und das eine Vorsteuernut aufweist, die sich von einer Steueröffnung aus in einen Umsteuerbereich hinein erstreckt.
- Eine derartige Axialkolbenmaschine ist zum Beispiel in der
DE 197 06 116 A1 geoffenbart. Die bekannte Axialkolbenmaschine besitzt als Zylinderteil eine auf einer Triebwelle angeordnete Zylindertrommel mit einer Vielzahl von Zylinderräumen, in denen jeweils ein Kolben bewegbar geführt ist. Jeder Zylinderraum ist über eine stirnseitig an der Zylindertrommel eingebrachte Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer in einer als Steuerteil dienende Steuerscheibe eingebrachten nierenförmigen Niederdrucksteueröffnung und Hochdrucksteueröffnung verbindbar. Die Zylindertrommel gleitet im Betrieb stirnseitig an der Steuerscheibe entlang. Die Niederdrucksteueröffnung und die Hochdrucköffnung liegen auf einem gemeinsamen Teilkreis und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wodurch zwei Umsteuerbereiche gebildet sind. Ein jeweiliger Kolben befindet sich im einen Umsteuerbereich im Bereich seines inneren Totpunktes beziehungsweise Bottom Dead Center (BDC), in dem er am weitesten in seinen Zylinderraum eingetaucht ist, und in dem anderen Umsteuerbereiche im Bereich seines äußeren Totpunktes beziehungsweise Top Dead Center (TDC), in dem er am weitesten aus seinem Zylinderraum herausragt. - Die aus der
DE 197 06 116 A1 bekannte hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist von einem positiven Verdrängungsvolumen über null Verdrängungsvolumen zu einem negativen Verdrängungsvolumen verstellbar ist und kann im Vierquadrantenbetrieb, also in beide Drehrichtungen sowohl als Pumpe als auch als Motor arbeiten. Die Umsteuerung zwischen Hochdruck und Niederdruck soll dadurch, dass die Zylinderräume im entsprechenden Umsteuerbereich mit einer Fluidkapazität beziehungsweise mit einem Speichervolumen verbunden werden, im Hinblick auf die Verringerung von Druckpulsationen verbessert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel aus derDE 197 06 116 A1 ist ein Speicherelement vorgesehen, das über ein zu ihm hin sperrendes Rückschlagventil und eine parallel zum Rückschlagventil angeordnete Drossel mit einer Ausmündung im Umsteuerbereich einer Steuerplatte verbunden ist. Die Ausmündung befindet sich bei einer bestimmten Betriebsweise der bekannten Verdrängermaschine in geringem Abstand von der Hochdrucksteueröffnung der Steuerplatte. Bei einer Umsteuerung vom Niederdruck zum Hochdruck wird eine Zylinderraumöffnung zu der Ausmündung geöffnet, sobald ihre Verbindung zur Niederdruck steueröffnung geschlossen ist. Nun strömt Druckfluid über das Rückschlagventil aus dem Speicherelement in den Zylinderraum. Kurz nach dem Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum und dem Speicherelement und somit kurz nach dem Schließen des Rückschlagventils wird die Verbindung des Zylinderraums mit der Hochdrucksteueröffnung hergestellt und dann das Speicherelement über die Drossel wieder auf Hochdruck gebracht. Die Umsteuerung wird weiterhin dadurch beeinflusst, dass von der Hochdrucksteueröffnung aus sich eine Vorsteuernut in den Umsteuerbereich hinein erstreckt. - Arbeitet die aus der
DE 197 06 116 A1 bekannte Axialkolbenmaschine aufgrund eines Wechsels von Hochdrucksteueröffnung und Niederdrucksteueröffnung bei gleicher Drehrichtung und gleicher Fließrichtung des Druckmittels als Hydromotor, so wird das Speicherelement über die Drossel unter Druckabbau im Zylinderraum zunächst geladen und entlädt sich, wenn der Zylinderraum mit Niederdruck in Verbindung kommt. - Die Begriffe "Speichervolumen und "Fluidkapazität" sollen im Folgenden jeweils dieselbe Bedeutung haben. Insbesondere wird ein Hohlraum so benannt, der mit einem flüssigen Druckmittel, zum Beispiel Hydrauliköl gefüllt ist oder zu füllen ist und bei dem eine Druckänderung schon allein wegen der Kompressibilität des Druckmittels mit einem Zufluss oder Abfluss von Druckmittel verbunden ist.
- Der liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Kolbenmaschine zu schaffen, bei der eine Umsteuerkapazität auf einfache Weise ständig gedrosselt an den zugehörigen Druckanschluss angebunden ist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Kolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Erfindungsgemäß hat eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Jeder Zylinderraum ist im Betrieb über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbindbar, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt, und das eine Vorsteuernut aufweist, die sich von einer Steueröffnung aus in einen Umsteuerbereich hinein erstreckt. Erfindungsgemäß ist in einem Umsteuerbereich eine Ausmündung vorgesehen, die die Zylinderraumöffnungen zumindest annähernd auf ihrer gesamten Länge überstreichen. Es ist eine Fluidkapazität definierter Größe vorgesehen, mit der die Ausmündung über eine insbesondere gedrosselte Fluidverbindung verbunden ist. Die Ausmündung liegt in der Vorsteuernut.
- Bisher in der Praxis eingesetzte hydrostatische Kolbenmaschinen mit einer internen Druckübertragung auf Stell- und/oder Regelsysteme erfordern eine für die Stabilität notwendige Dämpfung des Systems. Auftretende hohe Pulsationen für die Drucksignalverarbeitung müssen hydraulisch oder elektrisch gedämpft werden. Dies hat negative Auswirkungen auf die Dynamik der Einheit. Bestehende Lösungen basieren also auf der Dämpfung des Nutzsignals, wobei bei einer hydraulischen Bedämpfung außer einer Verringerung der Dynamik auch hydraulische Verluste aufgrund von Dämpfungsdüsen auftreten können. Erfindungsgemäß findet eine direkte, verlustfreie Pulsationsreduzierung an der Signalentnahmestelle der Fluid-Kolbenmaschine statt. Es ist eine höhere Verstelldynamik möglich. Wegen geringerer Dämpfungsverluste aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist bei hydraulischen Reglern eine Wirkungsgradverbesserung der Einheit im Regelbetrieb möglich. Das Betriebsverhalten der Kolbenmaschine ist also verbessert. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist in einfacher Weise bei vorhandenen Umsteuerungen möglich. Eine erfindungsgemäße Umsteuerung hat einen großen nutzbaren Funktionsbereich.
- Bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine ist somit eine zur Umsteuerung genutzte Fluidkapazität auf einfache, kostengünstige und kompakte Weise ständig an den zugeordneten Druckanschluss (Hochdrucksteueröffnung oder Niederdrucksteueröffnung am Steuerteil) angebunden.
- Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine finden sich in den Unteransprüchen.
- Die Vorsteuernut, in der die Ausmündung liegt, hat vorteilhafterweise einen Querschnitt, der sich zur Steueröffnung hin insbesondere kontinuierlich vergrößert. Durch geeignete Wahl der Stelle, an der sich die Ausmündung längs der Vorsteuernut befindet, können dann Durchflussquerschnitte und damit die Fluidmengen, die einerseits zwischen Zylinderraum und Fluidkapazität und andererseits zwischen Zylinderraum und die Steueröffnung fließen, aufeinander abgestimmt werden.
- Eine vorteilhafte Abstimmung ergibt sich durch eine solche Positionierung der Ausmündung in der Vorsteuernut und einen solchen Drosselquerschnitt der Fluidverbindung, dass der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung größer ist als der Querschnitt der Vorsteuernut im Bereich der Ausmündung und die Vorsteuernut zur Steueröffnung hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich größer als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung ist, und zu seinem Auslauf hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung ist.
- Bevorzugt erhält man die Querschnittverhältnisse einfach dadurch, dass die Ausmündung der Fluidverbindung in die Vorsteuernut so positioniert ist, dass sich die Vorsteuernut von der Ausmündung aus über eine größere Strecke, vorzugsweise über etwa zwei Drittel seiner Gesamtlänge zur Steueröffnung hin und über eine kleinere Strecke zu seinem Auslaufende hin erstreckt.
- Die Art der Umsteuerung wird insbesondere für eine Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck im Pumpenbetrieb oder Motorbetrieb gewählt. Dementsprechend geht die Vorsteuernut, in der die Ausmündung der Fluidverbindung zu der Fluidkapazität positioniert ist, von der Hochdrucksteueröffnung aus. Die Art der Umsteuerung ist jedoch auch auf die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck übertragbar.
- Die Drosselwirkung der Fluidverbindung zwischen der Ausmündung und der Fluidkapazität ist vorteilhafterweise unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluids.
- Vom anderen Ende der bisher betrachteten Steueröffnung oder von einem Ende der anderen Steueröffnung aus kann sich in einen Umsteuerbereich hinein ebenfalls eine Vorsteuernut mit insbesondere kontinuierlicher Querschnittserweiterung erstrecken. Eine Ausmündung der Fluidverbindung zu einer anderen Fluidkapazität kann in Laufrichtung des Zylinderteils gesehen seitlich neben dieser zweiten Vorsteuernut in der Steuerfläche liegen.
- Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
Figur 1 in einem Schnitt Steuerplatte und Anschlussplatte einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel, -
Figur 2 in einem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte des Ausführungsbeispiel nachFigur 1 , wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einer Steuerplatte einnimmt und sich die Axialkolbenmaschine im Pumpenbetrieb befindet, -
Figur 3 denselben Schnitt wie inFigur 2 bei weitergedrehter Zylindertrommel, -
Figur 4 denselben Schnitt wie inFigur 3 bei weitergedrehter Zylindertrommel und -
Figur 5 denselben Schnitt wie inFigur 4 bei weitergedrehter Zylindertrommel. - In den Figuren sind jeweils Teile einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gezeigt, die unter Beibehaltung der Drehrichtung und ohne Wechsel von Hochdruck- und Niederdruckseite sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden soll. Die nicht näher gezeigte Schrägscheibe kann deshalb in bekannter Weise bezüglich einer Nulllage, in der wenigstens theoretisch kein Druckmittelfluss durch die Maschine stattfindet, nach entgegengesetzten Richtungen verschwenkt werden. Eine solche Axialkolbenmaschine wird üblicherweise als über null verschwenkbar oder verstellbar bezeichnet.
- In einer Zylindertrommel 25 befinden sich in jeweils gleichem Abstand von einer Trommelachse und in gleichen Winkelabständen voneinander mehrere, zum Beispiel neun Zylinderräume 26 in Form von Zylinderbohrungen, in denen nicht näher dargestellte Kolben bewegbar aufgenommen sind und die an einer Stirnseite der Zylindertrommel in länglichen, üblicherweise gekrümmten Zylinderraumöffnungen 27, die im Folgenden Steuerschlitze genannt werden, ausmünden. Die Breite der Steuerschlitze 27 ist kleiner als der Durchmesser einer Zylinderbohrung.
- Die Zylindertrommel 25 liegt mit der Stirnseite mit den Steuerschlitzen 27 an einer als Steuerteil dienenden Steuerplatte 28 an und gleitet im Betrieb über diese hinweg. Die Steuerplatte besitzt zwei nierenförmige Steueröffnungen 29 und 30, die sich auf demselben Teilkreis wie die Steuerschlitze 27 befinden und von denen vorliegend die Steueröffnung 29 als Hochdrucksteueröffnung, in der im Betrieb ein hoher Druck (zum Beispiel ein Druck von 200 bar) ansteht, und die Steueröffnung 30 als Niederdrucksteueröffnung dient, in der im Betrieb ein niedriger Druck (zum Beispiel ein Druck kleiner 5 bar), insbesondere Tankdruck ansteht. Zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und der Niederdrucksteueröffnung 30 gibt es auf der Steuerplatte zwei Umsteuerbereiche, nämlich einen nicht gezeigten Umsteuerbereich, in dem die Steuerschlitze 27 von einer offenen fluidischen Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung 29 zu einer offenen fluidischen Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung 30 wechseln, und einen Umsteuerbereich 32, in dem die Steuerschlitze 27 von einer offenen fluidischen Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung 30 zu einer offenen fluidischen Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung 29 wechseln.
- Innerhalb der beiden Umsteuerbereiche liegen auch die Totpunkte in der Hubbewegung der Kolben, in denen die Kolben am weitesten in eine Zylinderbohrung eingetaucht sind (innerer Totpunkt) oder am weitesten aus einer Zylinderbohrung herausragen (äußerer Totpunkt). Je nachdem, wie die Schrägscheibe gerade bezüglich der Nulllage verschwenkt ist, liegt ein Totpunkt innerhalb des einen Umsteuerbereichs oder innerhalb des anderen Umsteuerbereichs.
- Um bei der Umsteuerung Druckspitzen in den Zylinderbohrungen und ungleichförmige Strömung und Druckpulsationen in den Steueröffnungen 29 und 30 und damit in Fluid-anschlüsse der Axialkolbenmaschine und im gesamten hydraulischen System gering zu halten, sind an einem Ende oder an beiden Enden einer Steueröffnung oder an den Enden beider Steueröffnungen 29 und 30 Vorsteuernuten angebracht, von denen in den Figuren eine Vorsteuernut 34 an der Hochdrucksteueröffnung gezeigt ist. Die Vorsteuernut 34 ist so gestaltet, dass sich ihr Querschnitt von der Hochdrucksteueröffnung 29 aus kontinuierlich verringert. Sie ist eine Dreieckskerbe, deren Tiefe und Breite sich von einer Steueröffnung aus linear verringern.
- Die Steuerplatte 28 liegt verdrehsicher an einer Anschlussplatte 40 der Axialkolbenmaschine an, wobei in der Anschlussplatte ein Hochdruckkanal 41 und ein Niederdruckkanal 42 ausgebildet sind, die von einer Außenseite der Anschlussplatte zu der der Steuerplatte zugekehrten Stirnseite der Anschlussplatte führen und die an dieser Stirnseite eine den Steueröffnungen in der Steuerplatte entsprechende Querschnittsform haben und sich mit den Steueröffnungen zumindest weitgehend decken.
- Um über die Wirkung der Vorsteuernuten hinaus eine Funktionsverbesserung der Umsteuerung bei der bestimmungsgemäß als Pumpe und als Motor betreibbaren Axialkolbenmaschine herbeizuführen, ist in der Anschlussplatte 40 ein Hohlraum 45 definierter Größe vorgesehen, der eine Fluidkapazität oder ein Speichervolumen bildet und von dem eine durch die Anschlussplatte 40 und die Steuerplatte 28 hindurchgehende Bohrung 46 mit einer Ausmündung 47 in den Umsteuerbereich 31 ausgeht. Durch die Bohrung 46 ist eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Speichervolumen und der Ausmündung 47 gebildet. Die Ausmündung 47 befindet sich in der Vorsteuernut 34, die wie schon erwähnt eine Dreiecksnut mit von der Steueröffnung 29 weg kontinuierlich abnehmendem Querschnitt ist.
- Und zwar ist die Position der Ausmündung in der Vorsteuernut 34 so gewählt, dass der Querschnitt der Vorsteuernut im Bereich der Ausmündung kleiner als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist. Andererseits gibt es zwischen der Ausmündung 47 und dem auslaufenden ende der Vorsteuernut 34 noch eine längere Strecke, in der der Querschnitt der Vorsteuernut wesentlich kleiner als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist. Zur Hochdrucksteueröffnung 29 gibt es andererseits noch eine Strecke der Vorsteuernut 34, in der deren Querschnitt wesentlich größer als der Querschnitt der Drosselbohrung 46 ist.
- An der Steuerplatte 28 gleitet im Betrieb eine Zylindertrommel 25 mit Zylinderräumen 26, in denen sich Kolben befinden und die sich in Steuerschlitzen 27 zur Steuerplatte hin öffnen, entlang. Dies ist genauso wie bei den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen.
- Ausgangspunkt für die Betrachtung der Funktionsweise sei nun die
Figur 2 . Dort befindet sich ein zwei Steuerschlitze 27 voneinander trennender Steg der Zylindertrommel 25 gerade über der Vorsteuernut 34. Ein Steuerschlitz 27 befindet sich vor der Vorsteuernut 34 im Umsteuerbereich 32. Im entsprechenden Zylinderraum 26 herrscht Niederdruck. Das Speichervolumen 45 ist über die Drosselbohrung 46 und die Vorsteuernut 34 mit der Hochdrucksteueröffnung 29 und weiter mit dem Hochdruckkanal 41 verbunden. Im Speichervolumen 45 herrscht deshalb der gleiche Druck wie in der Hochdrucksteueröffnung 29. - Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 eines betrachteten Zylinderraums 26 die Vorsteuernut von deren der Hochdrucksteueröffnung 29 entfernten Ende her, bis sich ihre Vorderkante über der Ausmündung 47 befindet (siehe
Figur 3 ). Auf diesem Weg beginnt der Druckaufbau im Zylinderraum 26. Dabei wird bedingt durch die oben beschriebenen Querschnittsverhältnisse die zum Druckaufbau benötigte Fluidmenge vorrangig dem Speichervolumen 45 entnommen. - Die Vorderkante des Steuerschlitzes 27 überstreicht die Vorsteuernut 34 weiter bis zu einer Position, an der sie die Hochdrucksteueröffnung 29 erreicht (siehe
Figur 4 ). Der weitere Druckaufbau verläuft wie bei einer Standardumsteuerung, die nur die Vorsteuernut 34 besitzt. - Somit wird bei einer Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck bis zum Druckausgleich zwischen einem Zylinderraum und der Hochdrucksteueröffnung weniger Fluid für den Druckaufbau im Zylinderraum aus der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Hochdruckkanal 41 entnommen als bei einer Umsteuerung ohne Speichervolumen.
- Zum in der
Figur 4 festgehaltenen Zeitpunkt ist der Druck im Speichervolumen 46 bedingt durch die gegebenen Querschnittsverhältnisse noch deutlich geringer als der Druck in der Hochdrucksteueröffnung und im betrachteten Zylinderraum 26. - Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 des Zylinderraums 26 die Hochdrucksteueröffnung 29 (siehe
Figur 5 ). Durch die weiter oben beschriebenen Querschnittsverhältnisse an Drosselbohrung 46 und Vorsteuernut 34 beginnt der Druckausgleich zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Speichervolumen 45 im Wesentlichen erst, nachdem der Druckausgleich zwischen der Hochdrucksteueröffnung 29 und dem Zylinderraum 26 erreicht ist. Ergebnis ist eine insgesamt über einen längeren Zeitraum andauernde und damit vergleichmäßigte Fluidentnahme aus der Hochdrucksteueröffnung 29 und den damit in Verbindung stehenden Teilen des hydraulischen Kreislaufs für den Druckaufbau im Zylinderraum 26 und damit eine deutliche Verringerung der Druckpulsationen im Hochdruckbereich. - Die Lösung, bei der die Ausmündung in einer Vorsteuernut liegt, bietet insbesondere folgende Vorteile:
- Gegenüber einer Standardumsteuerung mit Vorsteuernuten mit kontinuierlicher Querschnittserweiterung sind die Druckpulsationen an dem Anschluss, zu dem hin die erfindungsgemäße Umsteuerung angewandt wird, deutlich geringer. Zudem ist eine Kolbenmaschine mit herkömmlicher Umsteuerung mit einem geringen Aufwand bei der Auslegung nachrüstbar.
- Gegenüber einer Umsteuerung unter Nutzung eines Speichervolumens, bei dem die Ausmündung eines das Speichervolumen mit einem Umsteuerbereich verbindenden
- Kanals außerhalb einer Vorsteuernut im Umsteuerbereich liegt, besteht der Vorteil, dass mit einem einzigen Speichervolumen und einer einzigen Ausmündung ein größerer Betriebsbereich einer hydrostatischen Kolbenmaschine sehr gut abgedeckt werden, da die unterlegte Standardumsteuerung mit einer Vorsteuernut deutlich "toleranter" ist. Das Speichervolumen kann kleiner ausgelegt werden, wobei die Umsteuerung voll funktionsfähig erhalten bleibt.
Gegenüber einer Umsteuerung mit einer ständigen, gedrosselten Verbindung zwischen dem Speichervolumen und einer Hochdrucksteueröffnung, bei der zusätzlich zu einem Kanal, der vom Speichervolumen zum Umsteuerbereich führt, eine zusätzliche Drosselbohrung zwischen dem Speichervolumen und dem Hochdruckbereich der Kolbenmaschine vorhanden ist, entfällt diese zusätzliche Drosselbohrung. Die Wirksamkeit des Speichervolumens ist durch die automatisch querschnittsgesteuerte Unterbrechung des Ladevorgangs noch verbessert.
Claims (6)
- Hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere hydrostatische Axialkolbenmaschine, mit einem rotierenden Zylinderteil (25) mit mehreren Zylinderräumen (26), in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind, wobei jeder Zylinderraum (26) über eine Zylinderraumöffnung (27) wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung (30) und einer Hochdrucksteueröffnung (29) eines ruhenden Steuerteils (28) verbindbar ist, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung (30) und der Hochdrucksteueröffnung (29) zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt, und das eine Vorsteuernut (34) aufweist, die sich von einer Steueröffnung (29) aus in einen Umsteuerbereich (32) hinein erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Umsteuerbereich (32) eine Ausmündung (47) vorgesehen ist, die die Zylinderraumöffnungen (27) zumindest annähernd auf ihrer gesamten Länge überstreichen, dass eine Fluidkapazität (45) definierter Größe vorgesehen ist, die mit der Ausmündung (47) über eine insbesondere gedrosselte Fluidverbindung (46) verbunden ist, und dass die Ausmündung (47) in der Vorsteuernut (34) liegt.
- Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Vorsteuernut (34) zur Steueröffnung (29) hin insbesondere kontinuierlich vergrößert.
- Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche Positionierung der Ausmündung (47) in der Vorsteuernut (34) und einen solchen Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46), dass der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46) größer ist als der Querschnitt der Vorsteuernut (34) im Bereich der Ausmündung (47) und die Vorsteuernut (34) zur Steueröffnung (29) hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich größer als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (29) ist, und zu ihrem Auslauf hin noch einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der Drosselquerschnitt der Fluidverbindung (46) ist.
- Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuernut (34), in der die Ausmündung (47) der Fluidverbindung (46) zu der Fluidkapazität (45) positioniert ist, von der Hochdrucksteueröffnung (29) ausgeht.
- Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwirkung der Fluidverbindung (46) unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluids in ihr ist.
- Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Steueröffnung aus in einen Umsteuerbereich hinein eine zweite Vorsteuernut mit insbesondere kontinuierlicher Querschnittserweiterung erstreckt, dass eine zweite Fluidkapazität definierter Größe vorgesehen ist und dass die zweite Fluidkapazität über eine insbesondere gedrosselte Fluidverbindung mit einer Ausmündung verbunden ist, die in Laufrichtung des Zylinderteils gesehen seitlich neben der Vorsteuernut liegt.
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