WO2013068211A1 - Hydrostatische kolbenmaschine - Google Patents

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WO2013068211A1
WO2013068211A1 PCT/EP2012/070532 EP2012070532W WO2013068211A1 WO 2013068211 A1 WO2013068211 A1 WO 2013068211A1 EP 2012070532 W EP2012070532 W EP 2012070532W WO 2013068211 A1 WO2013068211 A1 WO 2013068211A1
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WO
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cylinder
pressure
control
piston engine
section
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/070532
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrea HELLSTERN
Rudolf Appel
Peter Roos
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2013068211A1 publication Critical patent/WO2013068211A1/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20Multi-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
    • F04B1/2014Details or component parts
    • F04B1/2042Valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/0008Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using accumulators
    • F04B11/0016Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using accumulators with a fluid spring

Definitions

  • the invention relates to a hydrostatic piston machine, in particular an axial piston machine, according to the preamble of patent claim 1.
  • a hydrostatic piston machine has a rotating cylinder part with a plurality of cylinder chambers, in which a stroke movement piston are arranged in operation.
  • each cylinder space is alternately connected via a cylinder space opening with a Niederbuch Strukturo réelle and a Hochbuch Kunststoffo réelle to a control surface of a stationary control part at which there are two Um Kunststoffe between the Niederbuch compassiontechnisch and Hochbuchsteuoffo réelle within which a piston in a dead center reverses its direction of movement.
  • Such an axial piston machine is disclosed, for example, in DE 42 29 544 C2.
  • This has as a cylinder part mounted on a support shaft and driven by 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 inserted 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
  • the PCV in turn, is connected to the high pressure port via a spool valve and throttle, allowing the PCV to be supplied with high pressure and slowly charging via the throttle when the spool valve is open.
  • the channel in the Um Kunststoff Kunststoff Kunststoff opens seen in the radial direction outside the maximum diameter of the low pressure and high pressure opening.
  • the control opening of a respective piston chamber has an opening portion which is also outside the maximum diameter of the low-pressure and high-pressure opening, so that the control port may overlap with the channel.
  • the cylinder space opening of a respective cylinder chamber sweeps over the passage area having the channel mouth, whereby a working space bounded by the cylinder space and the piston is connected via the channel to the reservoir during a certain contact time and a pressure in the working space at the PCV pressure is approaching rapidly as the PCV is slowly charged at high pressure through the throttled and valve-controlled connection to the high-pressure port.
  • the working space is thus filled prior to connection to the high-pressure opening with pressure medium under a certain pressure, which leads to a reduction of Druckstoffpulsa- tions of the piston engine.
  • a channel communicating with a storage volume or a fluid capacity opens close to the high-pressure control opening into the reversing area.
  • the cylinder chamber openings have a special contour. This causes the orifice to be fully exposed to the cylinder space opening as soon as the cylinder space opening has left the pressure control opening, and pressure fluid is discharged under high pressure quickly from the storage volume in the cylinder chamber. Thereafter, the mouth of the channel is closed again. Subsequently, the outlet is again increasingly exposed to bring the storage volume back to high pressure.
  • 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 support shaft for the cylinder drum is hollow.
  • the cavity forms the PCV.
  • the support shaft thus also forms the storage housing.
  • the invention has for its object to provide a hydrostatic piston engine comprehensive arrangement that allows the use of a fluid capacity for the reversal of the cylinder chambers between the control ports even with a compact piston engine and allows flexible use of the existing installation space.
  • a hydrostatic piston machine in particular an axial piston machine, has a rotating cylinder part with a plurality of cylinder chambers, in which pistons carrying a lifting movement are arranged during operation. Every cy Linderraum is in operation via a cylinder chamber opening alternately connected to a Niederbuch Strukturo réelle and a Hochbuch Kunststoffo réelle on a control surface of a stationary control part at which there are two Um Tavern Schle between the Niederbuch compassiono réelle and the Hoch Kunststoffsteuoffo réelle within which a piston in a dead center reverses its direction of movement.
  • the fluid capacity is formed in a separate storage housing. It is extremely flexible in the arrangement of the storage enclosure and can take advantage of the space available for example on a mobile machine or on a road vehicle.
  • two or more fluid capacities can be easily formed.
  • the piston engine has a fixed high-pressure control opening and therefore also a fixed low-pressure control opening, a fluid capacity for the reversal of low pressure to high pressure and one for the reversal of high pressure to low pressure could be used. Pumping and engine operation with the same direction of rotation would be possible if the piston engine is adjustable from positive displacement over zero to negative displacement.
  • the storage housing is attached to the outside of the connection plate piston machine.
  • a throttle cross-section is provided in the connecting line, then this is preferably formed close to or directly on the control surface of the control plate.
  • Um Kunststoff Kunststoff Kunststoff be arranged. If the fluid connection between the throttle cross section and the fluid capacity has a cross section which is at least eight times greater than the throttle cross section, the length of the connecting line to the storage volume (to the fluid capacity) can be up to ten times the hydraulic diameter of the connecting line. If the cross-section of the links is Dungstechnisch even twenty times the throttle cross-section, so the length of the connecting line to the storage volume without functional impairment can be extended almost arbitrarily. The filling volume of the connecting line is in each case attributable to the storage volume.
  • FIG. 2 shows the same plan view and the same section as in FIG. 1 with the cylinder drum further rotated
  • FIG. 3 shows the same plan view and the same section as in FIG. 2 with the cylinder drum further rotated
  • Figure 4 shows the same plan view and the same section as in Figure 3 with further rotated cylinder drum and
  • Figure 5 shows the embodiment in view with two storage volumes in a mounted outside of the housing of the axial piston engine storage enclosure.
  • a cylindrical drum 25 In a cylindrical drum 25 are at 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 longitudinally movably received and at one end of the cylinder drum in elongated , Usually curved cylinder space openings 27, which are referred to below control slots, open out. The width of a control slot 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 on the control board away.
  • 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.
  • a pilot control groove 33 is present in the reversing region 31 at the low-pressure opening 30.
  • the pilot grooves are designed so that their cross-section continuously decreases from a control port.
  • the pilot groove 33 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 control openings in the control panel corresponding
  • cavity 45 of defined size is provided, which forms a fluid capacity or a storage volume and of which a through the connection plate 40 and the control plate 28 passing Bore 46 emanates with an orifice 47 in the Um Kunststoff Kunststoff 31.
  • the orifice 47 is located closer to the low pressure control port 30 after a dead center of the pistons at the high pressure control port 29 and adjacent to the pilot groove 33. Close to the orifice 47 is located in the bore a throttle 48th
  • connection plate 40 of the axial piston machine is schematically shown in the connection plate 40 of the axial piston machine for the sake of simplicity. Concretely, however, he is outside the machine housing, which will be discussed in connection with Figure 5 yet.
  • the control slot 27 sweeps over the pilot groove 33 and establishes a connection between the cylinder chamber 26 and the storage volume via the bore 46 at a suitable time (see FIG. 2).
  • a large part of the fluid quantity of the pressure reduction in the cylinder chamber 26 now flows not via the pilot control groove 33, but via the bore 46 into the storage volume 45, so that there increases the pressure.
  • the control slot 27 reaches the Niederbuchberichto réelle 30 (see Figure 3) and covers this something. In this case, the pressure reduction was completed without the amount of fluid required for the pressure reduction has completely drained into the low pressure port.
  • the pressure in the storage volume is higher at this time than in the Niederbuchbericht 30.
  • the piston finally passes over its inner dead center.
  • a particular advantage of the invention thus lies in the possibility of freely sucking in the operation of the hydrostatic piston machine as a pump, ie without precharging the low-pressure region, to realize significantly higher rotational speeds than in the case of the known piston engine without a suction deficiency ,
  • the free volume in the cylinder space is now large because the corresponding piston is close to or in its outer dead center. It is not necessary to discuss the engine operation here in more detail.
  • the hydrostatic axial piston machine according to Figure 5 has the two listed two storage volumes, one for the reversal of a high pressure control opening to a low pressure control port and one for the reversal of the low pressure control port to the high pressure control port of a control plate.
  • the two storage volumes are formed in a separate metallic housing 50 which is fastened outside the actual housing of the hydrostatic piston machine to a connection plate 51 which closes a pot-like housing part 52 and to which the high-pressure connection and the low-pressure connection (tank connection) of the piston machine are formed. Only a schematically leading to a storage volume connecting line 53 and a leading to the other storage volume connecting line 54 are indicated.
  • connecting lines continue in the interior of the piston engine as cast channels or holes up to the Um Kunststoff Kunststoffen on a control plate.
  • a throttle section 48 in the connection line is formed close to or directly on the control surface of the control plate.
  • the connecting lines can be designed as sufficiently pressure-resistant hose lines at least over part of their length. However, it is also conceivable to design the connecting lines as tubes for at least part of their length. If the cross-section of the connecting line is approximately eight times to fifteen times the throttle cross-section 48, the length of the connecting line to the storage volume without functional impairment can be up to ten times to fifteen times the hydraulic diameter of the connecting line.
  • the filling volume of the connecting line is to be added to the storage volume. If the cross section of the connecting line is twenty times the throttle cross-section, then the length of the connecting line to the storage volume can be extended almost without any impairment to the function. The filling volume of the connecting line is to be added to the storage volume.
  • a storage volume can be freely positioned. It is not necessary to install the storage volume directly in or on the connection plate of the hydrostatic piston engine. For example, it may also be located next to the piston engine.

Abstract

Offenbart ist eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, 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 Hochdrucksteuer- Öffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt. Die Zylinderräume werden im Bereich eines Umsteuerbereichs über eine Verbindungsleitung fluidisch mit einer Fluidkapazität verbunden. Der liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eine hydrostatische Kolbenmaschine umfassende Anordnung zu schaffen, die auch bei einer kompakt bauenden Kolbenmaschine die Nutzung einer Fluidkapazität für die Umsteuerung der Zylinderräume zwischen den Steueröffnungen erlaubt und eine flexible Nutzung des vorhandenen Einbauraums ermöglicht. Das wird dadurch erreicht, dass die Fluidkapazität in einem separaten Speichergehäuse ausgebildet ist.

Description

Hydrostatische Kolbenmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axial- kolbenmaschine, 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 Niederdrucksteueroffnung und einer Hochdrucksteueroffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbunden, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueroffnung und der Hochdrucksteueroffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt.
Eine derartige Axialkolbenmaschine ist zum Beispiel in der DE 42 29 544 C2 geof- fenbart. Diese besitzt als Zylinderteil eine auf einer Stützwelle gelagerte und über eine Triebwelle angetriebene 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 nierenförmi- gen Niederdrucksteueroffnung und Hochdrucksteueroffnung verbindbar. Die Zylindertrommel gleitet im Betrieb stirnseitig an der Steuerscheibe entlang. Die Niederdrucksteueroffnung 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. Bei einer in der Figur 1 der DE 42 29 544 C2 gezeigten Axialkolbenmaschine mündet in dem Umsteuerbereich, in dem sich ein jeweiliger Kolben im Bereich seines BDC befindet, mit einer Ausmündung ein Kanal, der mit einem Vorkompressionsvolumen (Pre-Compression Volume (PCV)) verbunden ist. Das PCV wiederum ist mit der Hochdrucköffnung über eine Schieberventil und eine Drossel verbunden, wodurch das PCV mit Hochdruck versorgbar ist und sich bei geöffnetem Schieberventil langsam über die Drossel auflädt. Der Kanal im Umsteuerbereich mündet in Radialrichtung gesehen außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und Hochdrucköffnung. Die Steueröffnung eines jeweiligen Kolbenraums weist einen Öffnungsabschnitt auf, der ebenfalls außerhalb des maximalen Durchmessers der Niederdruck- und Hochdrucköffnung liegt, damit sich die Steueröffnung mit dem Kanal überschneiden kann.
Bei einer Relativbewegung der Zylindertrommel zur Steuerscheibe überstreicht die Zylinderraumöffnung eines jeweiligen Zylinderraums den die Kanalmündung aufweisenden Umsteuerbereich, wodurch ein vom Zylinderraum und vom Kolben begrenzter Arbeitsraum über den Kanal mit dem Speicher während einer bestimmten Kon- taktzeit verbunden ist und ein Druck im Arbeitsraum sich an den Druck des PCV schnell annähert, während das PCV langsam mit Hochdruck durch die gedrosselte und ventilgesteuerte Verbindung zur Hochdrucköffnung aufgeladen wird. Der Arbeitsraum wird somit vor der Verbindung mit der Hochdrucköffnung mit Druckmittel unter einem bestimmten Druck befüllt, was zu einer Verminderung von Druckmittelpulsa- tionen der Kolbenmaschine führt.
Bei einer anderen aus der DE 42 29 544 C2 bekannten Axialkolbenmaschine mündet ein mit einem Speichervolumen oder einer Fluidkapazität in Verbindung stehender Kanal nahe an der Hochdrucksteueröffnung in den Umsteuerbereich. Die Zylinder- raumöffnungen haben eine besondere Kontur. Diese bewirkt, dass die Ausmündung voll zur Zylinderraumöffnung freigelegt wird, sobald die Zylinderraumöffnung die Nie- derdrucksteueröffnung verlassen hat, und Druckfluid unter hohem Druck schnell aus dem Speichervolumen in den Zylinderraum entlassen wird. Danach wird die Ausmündung des Kanals wieder geschlossen. Anschließend wird die Ausmündung wieder zunehmend freigelegt um das Speichervolumen wieder auf hohen Druck zu brin- gen.
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.
Bei der bekannten Axialkolbenmaschine ist die Stützwelle für die Zylindertrommel hohl ausgebildet. Der Hohlraum bildet das PCV. Die Stützwelle bildet somit auch das Speichergehäuse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine hydrostatische Kolbenmaschine umfassende Anordnung zu schaffen, die auch bei einer kompakt bauenden Kolbenmaschine die Nutzung einer Fluidkapazität für die Umsteuerung der Zylinderräume zwischen den Steueröffnungen erlaubt und eine flexible Nutzung des vorhandenen Einbauraums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Kolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß hat eine hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere eine Axi- alkolbenmaschine, ein rotierendes Zylinderteil mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Jeder Zy- linderraum ist im Betrieb über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueroffnung und einer Hochdrucksteueroffnung an einer Steuerfläche eines ruhenden Steuerteils verbindbar, an dem sich zwischen der Niederdrucksteueroffnung und der Hochdrucksteueroffnung zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt. Erfindungsgemäß ist die Fluidkapazität in einem separaten Speichergehäuse ausgebildet. Man ist äußerst flexibel in der Anordnung des Speichergehäuses und kann den zum Beispiel an einer mobilen Arbeitsmaschine oder an einem Straßenfahrzeug vorhandenen Bauraum ausnutzen.
In dem Speichergehäuse können leicht zwei oder mehr Fluidkapazitäten ausgebildet werden. Hat die Kolbenmaschine zum Beispiel eine fest vorgegebener Hochdrucksteueroffnung und damit auch fest vorgegebener Niederdrucksteueroffnung, so könnte eine Fluidkapazität für die Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck und eine für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt werden. Pumpen und Motorbetrieb bei gleicher Drehrichtung wäre dann möglich, wenn die Kolbenmaschine von positivem Hubvolumen über null zu negativem Hubvolumen verstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausbildung ist das Speichergehäuse außen an der Anschluss- platte Kolbenmaschine befestigt.
Ist in der Verbindungsleitung ein Drosselquerschnitt vorgesehen, so ist dieser bevorzugt nahe oder direkt an der Steuerfläche der Steuerplatte ausgebildet. Durch entsprechende Wahl des Querschnitts der Fluidverbindung zwischen der Drosselstelle und der Fluidkapazität kann diese auch weit weg von einem
Umsteuerbereich angeordnet sein. Hat die Fluidverbindung zwischen dem Drosselquerschnitt und der Fluidkapazität einen Querschnitt, der wenigstens acht Mal größer ist als der Drosselquerschnitt, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Spei- chervolumen (zur Fluidkapazität) bis zum Zehnfachen des hydraulischen Durchmessers der Verbindungsleitung ausgeführt sein. Beträgt der Querschnitt der Verbin- dungsleitung gar das Zwanzigfache des Drosselquerschnitts, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung nahezu beliebig verlängert werden. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei jeweils dem Speichervolumen zuzurechnen.
Es können auch mehrere Speichergehäuse mit jeweils einer oder mehreren Fluidka- pazitäten vorhanden sein, wodurch unter Umständen eine noch bessere Anpassung an den vorhandenen Bauraum möglich ist. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 in einer Draufsicht auf einen Umsteuerbereich einer Steuerplatte und in ei- nem Schnitt Zylindertrommel, Steuerplatte und Anschlussplatte einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Zylindertrommel eine bestimmte Position gegenüber einem Steuerplatte einnimmt und die Axialkolbenmaschine sich im Pumpenbetrieb befindet,
Figur 2 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in Figur 1 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
Figur 3 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in Figur 2 bei weitergedrehten Zylindertrommel,
Figur 4 dieselbe Draufsicht und denselben Schnitt wie in Figur 3 bei weitergedrehten Zylindertrommel und
Figur 5 das Ausführungsbeispiel in Ansicht mit zwei Speichervolumina in einem außen an dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine angebrachten Speichergehäuse.
In den Figuren 1 bis 4 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 längsbeweglich aufgenommen sind und die an einer Stirnseite der Zy- lindertrommel in länglichen, üblicherweise gekrümmten Zylinderraumöffnungen 27, die im Folgenden Steuerschlitze genannt werden, ausmünden. Die Breite eines Steuerschlitzes 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 die Steuerplatte 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 Hoch- drucksteueröffnung 29 und der Niederdrucksteueröffnung 30 gibt es auf der Steuerplatte zwei Umsteuerbereiche, nämlich einen Umsteuerbereich 31 , in dem die Steuerschlitze 27 von einer offenen fluidischen Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung 29 zu einer offenen fluidischen Verbindung zur Niederdrucksteueröffnung 30 wechseln, und einen nicht dargestellten Umsteuerbereich, 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 einge- taucht 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 33 eingebracht. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Vorsteuernut 33 im Umsteuerbereich 31 an der Niederdrucköffnung 30 vorhanden. Die Vorsteuernuten sind so gestaltet, dass sich ihr Querschnitt von einer Steueröffnung aus kontinuierlich verringert. Im Ausführungsbeispiel ist die Vorsteuernut33 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 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. Die Ausmündung 47 befindet sich nach einem Totpunkt der Kolben näher an der Niederdrucksteueröffnung 30 als an der Hochdrucksteueröffnung 29 und neben der Vorsteuernut 33. Nahe an der Ausmündung 47 befindet sich in der Bohrung eine Drossel 48.
In den Figuren 1 bis 4 ist der Hohlraum 45 der Einfachheit halber schematisch in die Anschlussplatte 40 der Axialkolbenmaschine eingezeichnet. Konkret befindet er sich jedoch außerhalb des Maschinengehäuses, worauf im Zusammenhang mit Figur 5 noch eingegangen wird.
Im Betrieb findet in dem Umsteuerbereich 31 eine Umsteuerung der Steuerschlitze 27 von der Hochdrucksteueroffnung 29 zu der Niederdrucksteueroffnung 30 statt. Im Pumpenbetrieb ist das freie Volumen im Zylinderraum dabei klein, da sich der entsprechende Kolben nahe an oder in seinem inneren Totpunkt befindet. In der Darstellung nach Figur 1 hat ein Steuerschlitz 27 im Pumpenbetrieb nach einem Förderhub des entsprechenden Kolbens gerade die Vorsteuernut 33 erreicht. Im Zylinder- räum 26 herrscht noch der hohe Systemdruck. Im Speichervolumen 45 herrscht Niederdruck.
Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 überstreicht der Steuerschlitz 27 die Vorsteuernut 33 und stellt zu einem geeigneten Zeitpunkt eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 26 und dem Speichervolumen über die Bohrung 46 her (siehe Figur 2). Ein Großteil der Fluidmenge des Druckabbaus im Zylinderraum 26 fließt nun nicht über die Vorsteuernut 33 ab, sondern über die Bohrung 46 in das Speichervolumen 45, so dass sich dort der Druck erhöht. Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 erreicht der Steuerschlitz 27 die Niederdrucksteueroffnung 30 (siehe Figur 3) und überdeckt diese etwas. Dabei wurde der Druckabbau abgeschlossen, ohne dass die zum Druckabbau benötigte Fluidmenge vollständig in den Niederdruckanschluss abgeflossen ist. Der Druck im Speichervolumen ist zu diesem Zeitpunkt höher als in der Niederdrucksteueroffnung 30. Der Kolben überfährt schließlich seinen inneren Totpunkt. Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 vergrößert sich durch die Kolbenbewegung der freie Zylinderraum 26. Da der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueroffnung 30 noch recht klein ist, entsteht im Zylinderraum 26 ein Unterdruck. Dieser wird durch einen Volumenstrom aus dem Spei- chervolumen 45 über die Bohrung 46 zum Teil kompensiert und dadurch minimiert. Der Druck im Zylinderraum 26 und im Speichervolumen 46 ist schließlich niedriger als in der Niederdrucksteueroffnung 30, aber höher als er ohne das Speichervolumen 46 wäre. Bei weiterer Drehung der Zylindertrommel 25 vergrößert sich die Überdeckung zwischen dem Steuerschlitz 27 und der Niederdrucksteueroffnung 30 soweit, dass sich der Druck im Zylinderraum 26 nahezu dem Druck in der Niederdrucksteueroffnung 30 angleicht (siehe Figur 4). Solange das Speichervolumen 45 über die Bohrung 46 und den Steuerschlitz 27 mit der Niederdrucksteueroffnung verbunden ist, wird auch das Speichervolumen aus der Niederdrucksteueroffnung befüllt. Dabei wird insbesondere bei höherer Drehzahl im Speichervolumen 46 das Druckniveau der Niederdrucksteueroffnung 30 nicht ganz erreicht. Diese Tatsache erhöht die Effizienz in dem Stadium gemäß Figur 2. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht somit in der Möglichkeit, im Betrieb der hydrostatischen Kolbenmaschine als Pumpe frei ansaugend, also ohne Vorladung des Niederdruckbereichs, deutlich höhere Drehzahlen als bei bekannten Kolbenmaschine ohne Saugmangel zu realisieren. Im Motorbetrieb findet ebenfalls in dem Umsteuerbereich 31 eine Umsteuerung der Steuerschlitze 27 von der Hochdrucksteueröffnung 29 zu der Niederdrucksteueroffnung 30 statt. Das freie Volumen im Zylinderraum ist nun jedoch groß, da sich der entsprechende Kolben nahe an oder in seinem äußeren Totpunkt befindet. Näher muss hier nicht auf den Motorbetrieb eingegangen werden. Eine entsprechende Anordnung von Speichervolumen, Bohrung, Drossel und Aus- mündung ist am anderen Umsteuerbereich für die Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck vorgesehen. Dabei liegt die Ausmündung näher and der Hochdrucksteu- eröffnung als an der Niederdrucksteueröffnung.
Die hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß Figur 5 besitzt die beiden angeführten zwei Speichervolumina, eines für die Umsteuerung von einer Hochdrucksteuer- öffnung zu einer Niederdrucksteueröffnung und eines für die Umsteuerung von der Niederdrucksteueröffnung zur Hochdrucksteueröffnung einer Steuerplatte. Die bei- den Speichervolumina sind in einem separaten metallischen Gehäuse 50 ausgebildet, das außerhalb des eigentlichen Gehäuses der hydrostatischen Kolbenmaschine an einer Anschlussplatte 51 befestigt ist, die ein topfartiges Gehäuseteil 52 verschließt und an dem der Hochdruckanschluss und der Niederdruckanschluss (Tank- anschluss) der Kolbenmaschine ausgebildet sind. Nur schematisch sind eine zum einen Speichervolumen führende Verbindungsleitung 53 und eine zum anderen Speichervolumen führende Verbindungsleitung 54 angedeutet. Diese Verbindungsleitungen setzen sich im Inneren der Kolbenmaschine als gegossene Kanäle oder Bohrungen bis zu den Umsteuerbereichen an einer Steuerplatte fort. Ein Drosselquerschnitt 48 in der Verbindungsleitung ist nah oder direkt an der Steuerfläche der Steuerplatte ausgebildet. Die Verbindungsleitungen können zumindest auf einem Teil ihrer Länge als ausreichend druckfeste Schlauchleitungen ausgeführt sein. Denkbar ist es jedoch auch, die Verbindungsleitungen zumindest auf einem Teil ihrer Länge als Rohre auszuführen. Beträgt der Querschnitt der Verbindungsleitung circa das Achtfache bis Fünfzehnfache des Drosselquerschnitts 48, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung bis zum Zehnfachen bis Fünfzehnfachen des hydraulischen Durchmessers der Verbindungsleitung ausgeführt sein. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei dem Speichervolumen zuzu- rechnen. Beträgt der Querschnitt der Verbindungsleitung das Zwanzigfache des Drosselquerschnitts, so kann die Länge der Verbindungsleitung zum Speichervolumen ohne Funktionsbeeinträchtigung nahezu beliebig verlängert werden. Das Füllvolumen der Verbindungsleitung ist dabei dem Speichervolumen zuzurechnen.
Bei beengtem Bauraum innerhalb von Bauteilen einer hydrostatischen Kolbenmaschine kann also ein Speichervolumen frei positioniert werden. Es ist nicht notwendig, das Speichervolumen unmittelbar in oder auch an der Anschlussplatte der hydrostatischen Kolbenmaschine anzubringen. Es kann sich zum Beispiel auch ab- seits neben der Kolbenmaschine befinden.

Claims

Patentansprüche
1 . Hydrostatische Kolbenmaschine, insbesondere hydrostatische Axialkolben- maschine, 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 Niederdrucksteueröff- nung (30) und der Hochdrucksteueröffnung (29) zwei Umsteuerbereiche befinden, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt, und wobei die Zylinderräume (26) im Bereich eines Umsteuerbereichs (31 ) über eine Verbindungsleitung (46) fluidisch mit einer Fluidkapazität (45) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkapazität (45) in einem separaten Speichergehäuse (50) ausgebildet ist.
2. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speichergehäuse (50) zwei Fluidkapazitäten ausgebildet sind.
3. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, das eine Fluidkapazität für die Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck und eine Fluidkapazität für die Umsteuerung von Hochdruck zu Niederdruck genutzt wird.
4. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1 ,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anschlussplatte (51 ) aufweist und dass das Speichergehäuse (50) außen an der Anschlussplatte (51 ) befestigt ist.
5. Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung ein Drosselquer- schnitt (48) vorgesehen ist und dass der Drosselquerschnitt (48) nahe oder direkt an der Steuerfläche der Steuerplatte ausgebildet ist.
6. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Verbindungsleitung mindestens das Achtfache bis Fünfzehnfache des Drosselquerschnitts beträgt.
7. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Verbindungsleitung mindestens das Zwanzigfache des Drosselquerschnitts beträgt.
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