Axialkolbenmaschine mit Mitteldrucköffnung in der Steuerscheibe

Abstract

 Eine Axialkolbenmaschine (1) weist eine Zylindertrommel (3) auf, in welcher Zylinderbohrungen (4) zur Aufnahme von Kolben (5) vorgesehen sind. Die Zylinderbohrungen (4) stehen über Zylinderöffnungen (15) mit einer Steuerscheibe (8) in Verbindung. In der Steuerscheibe (8) sind eine Niederdrucköffnung (19), eine Hochdrucköffnung (18) und eine Mitteldrucköffnung (23) vorgesehen. Die Mitteldrucköffnung (23) ist in Drehrichtung (38) der Zylindertrommel (3) in bezug auf die Steuerscheibe (8) zwischen einer ersten Totpunktlage (21), an welcher sich die axiale Bewegungsrichtung der Kolben (5) umkehrt, und der Hochdrucköffnung (18) angeordnet. Ferner ist eine Regeleinrichtung (24, 32) vorgesehen, die den Druck an der Mitteldrucköffnung (23) auf einen vorgegebenen Mitteldruck (MD) zwischen dem an der Niederdrucköffnung (19) herrschenden Niederdruck (ND) und dem an der Hochdrucköffnung (18) herrschenden Hochdruck (HD) einregelt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Axialkolbenmaschinen haben üblicherweise eine Zylindertrommel mit Zylinderbohrungen, in welchen Kolben axial verschiebbar angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen münden über Zylinderöffnungen an einer Steuerscheibe aus, welche zur Verbindung der Zylinderbohrungen mit einem Niederdruckanschluß und einem Hochdruckanschluß dient. Dazu weist die Steuerscheibe üblicherweise zumindest eine in etwa nierenförmige Niederdrucköffnung und eine ebenfalls etwa nierenförmige Hochdrucköffnung auf.

[0002] Im Bereich der Umsteuerung zwischen der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung im Bereich des oberen und unteren Totpunkts kommt es aufgrund des Druckanstiegs zu einer Geräuschentwicklung. Ferner treten Kavitationsprobleme auf. Aus der DE 42 29 544 A1 ist es bekannt, einen Vorkompressionsbehälter über eine Verbindungsleitung mit der Hochdrucköffnung gedrosselt zu verbinden und an der Steuerscheibe im Bereich der Totpunktlage zwischen der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung eine weitere Öffnung vorzusehen, die über einen Verbindungskanal mit dem Vorkompressionsbehälter verbunden ist. Die Zylinderöffnungen weisen jeweils eine radial nach außen gerichtete Kerbe auf, die diese weitere Öffnung der Steuerscheibe im Bereich der Totpunktlage kurzzeitig überstreicht. Dadurch werden die Zylinderbohrungen kurzzeitig mit einem Vorkompressionsdruck beaufschlagt und die Geräuschentwicklung wird etwas vermindert. Nachteilig bei dieser Ausbildung ist jedoch, daß die weitere Öffnung exakt im Bereich der Totpunktlage angeordnet ist. Die zusätzliche Injektion von Druckmittel bewirkt hier einen Druckimpuls, der eine zusätzliche Geräuschentwicklung hervorruft. Der Druck in dem Vorkompressionsbehälter befindet sich ferner nicht auf einem definierten Niveau sondern hängt von der Häufigkeit der Entleerung des Vorkompressionsbehälters und somit von der Drehzahl der Axialkolbenmaschine und ferner von der Nachfließgeschwindigkeit des Druckfluids aus der Hochdruckleitung und somit von dem Drosselquerschnitt der Zuführleitung ab.

[0003] Aus der DE 23 33 380 C2 ist es ebenfalls bekannt, exakt in der Totpunktlage in Drehrichtung sowohl zwischen der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung als auch zwischen der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung jeweils eine weitere Öffnung vorzusehen. Die beiden weiteren Öffnungen dienen als Akkumulationskammern und sind über einen Druckausgleichskanal verbunden. Dadurch tritt wie auch bei der DE 42 29 544 A1 zwar eine gewisse Dämpfungswirkung auf, die jedoch die Geräuschentwicklung und das Kavitationsproblem nicht wirkungsvoll verringert.

[0004] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialkolbenmaschine anzugeben, die nur geringe Betriebsgeräusche verursacht, bei welcher eine Kavitation an der Steuerscheibe vermindert ist und die sich auch für sehr hohe Betriebsdrücke eignet.

[0005] Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

[0006] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sowohl eine Geräuschentwicklung als auch eine Kavitationsschädigung wirkungsvoll dadurch vermindert werden kann, daß zwischen der Totpunktlage und der Hochdrucköffnung eine Mitteldrucköffnung vorgesehen wird, deren Druck durch eine geeignete Regeleinrichtung auf einen vorgegebenen Mitteldruck eingeregelt ist, der geringer als der an der Hochdrucköffnung herrschende Hochdruck ist. Durch dieses Mitteldruckniveau wird sichergestellt, daß der Druckwechsel im Bereich der Umsteuerung nicht schlagartig von dem Niederdruckniveau zu dem Hochdruckniveau hin erfolgt, sondern in zumindest zwei Stufen zunächst von dem Niederdruckniveau auf das Mitteldruckniveau und dann von dem Mitteldruckniveau zu dem Hochdruckniveau. Die auftretenden Drucksprünge sind daher geringer und somit sind auch die Geräuschentwicklung und die Kavitationsschädigung vermindert. Durch einen definierten, vorgegebenen Mitteldruck an der Mitteldrucköffnung wird sichergestellt, daß der Druck an der Mitteldrucköffnung von Leckageverlusten, der Drehzahl der Axialkolbenmaschine und dergleichen weitgehend unabhängig ist.

[0007] In den Ansprüchen 2 bis 12 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Entsprechend Anspruch 2 beträgt der Mitteldruck vorzugsweise das arithmetische Mittel aus dem Hochdruck und Niederdruck. Dadurch wird sichergestellt, daß der Sprung von dem Niederdruckniveau zu dem Mitteldruckniveau gleich groß ist wie der Sprung von dem Mitteldruckniveau zu dem Hochdruckniveau und die auftretenden Drucksprünge somit so niedrig wie möglich sind.

[0008] Entsprechend Anspruch 3 ist es auch möglich, zwischen der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung mehrere Mitteldrucköffnungen vorzusehen, die in Drehrichtung der Zylindertrommel versetzt zueinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß der Wechsel von der Niederdrucköffnung zu der Hochdrucköffnung in mehr als zwei Drucksprüngen vollzogen wird. Die Höhe der einzelnen Drucksprünge ist noch geringer und einer Geräuschentwicklung und Kavitationsschädigung wird noch besser entgegengewirkt. Bei Verwendung von mehreren Mitteldrucköffnungen ist es entsprechend Anspruch 4 vorteilhaft, wenn die Drücke an den Mitteldrucköffnungen in Drehrichtung von der Totpunktlage zu der Hochdrucköffnung hin ansteigen. Die Druckdifferenz zwischen den einzelnen Mitteldrucköffnungen ist dabei entsprechend Anspruch 5 vorzugsweise konstant, so daß äquidistante Mitteldruck-Niveaus entstehen.

[0009] Der Mitteldruck kann entsprechend Anspruch 6 von dem in der Hochdrucköffnung herrschenden Hochdruck abgeleitet werden, indem ein Druckregelventil zwischen der Hochdrucköffnung und der zumindest einen Mitteldrucköffnung angeordnet ist. Wenn der Druck an der Mitteldrucköffnung das vorgegebene Mitteldruck-Niveau überschreitet, schließt das Druckregelventil bis der Druck wieder unter dem vorgegebenen Mitteldruck abfällt. Auf diese Weise wird der Mitteldruck exakt auf das vorgegebene Druckniveau eingeregelt. Das Verhältnis zwischen dem Hochdruck und dem Mitteldruck ist durch das Flächenverhältnis an einem Ventilschieber des Druckregelventils in einfacher Weise vorgebbar.

[0010] Alternativ kann der Druck in der Mitteldrucköffnung jedoch auch durch einen Fördervorgang der Axialkolbenmaschine gewonnen werden, da jede Zylinderbohrung im Bereich der zwischen der Totpunktlage und der Hochdrucköffnung angeordnete Mitteldrucköffnung einen Teilvolumenstrom an die Mitteldrucköffnung abgibt und somit an der Mitteldrucköffnung ein Druckniveau aufbaut. Dieses Druckniveau ist dann entsprechend Anspruch 8 durch ein geeignetes Druckbegrenzungsventil auf den vorgegebenen Mitteldruck zu begrenzen. Zudem kann entsprechend Anspruch 7 ein Druckregelventil vorgesehen sein, um eine Verbindung zwischen der Mitteldrucköffnung und einem hydraulischen Aggregat, insbesondere einer Verstellvorrichtung zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine, dann zu unterbrechen, wenn der Druck an der Mitteldrucköffnung ein vorgegebenes Druckniveau überschreitet.

[0011] Entsprechend Anspruch 9 ist es vorteilhaft, wenn auf zwischen der zweiten, der ersten Totpunktlage gegenüberliegenden Totpunktlage und der Niederdrucköffnung eine weitere Mitteldrucköffnung vorgesehen ist. Dann erfolgt auch der Wechsel von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite in zumindest zwei Stufen, wodurch der Geräuschentwicklung und Kavitationsschädigung weiter entgegengewirkt wird. Die Mitteldrucköffnung zwischen der ersten Totpunktlage und der Hochdrucköffnung einerseits und zwischen der zweiten Totpunktlage und der Niederdrucköffnung andererseits sind dann vorzugsweise entsprechend Anspruch 10 mittels einer gedrosselten Verbindungsleitung miteinander verbunden. An den Mitteldrucköffnungen können entsprechend Anspruch 11 Druckausgleichsbehälter bzw. Druckfluidspeicher angeordnet sein. Diese Druckfluidspeicher bilden zusammen mit Leitungsdrosseln, insbesondere mit einer in der Verbindungsleitung angeordneten Drossel geeignete Dämpfungsglieder.

[0012] Entsprechend Anspruch 12 ist es vorteilhaft, die Mitteldrucköffnungen gegenüber der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung radial versetzt anzuordnen. Die Länge der Zylinderöffnungen im Überlappungsbereich mit den Mitteldrucköffnungen bestimmt dann das Zeitintervall, währenddessen der jeweilige Mitteldruck an den Zylinderöffnungen gehalten wird. Aus der DE 42 29 544 A1 ist es bekannt, eine radiale Erweiterung der Zylinderbohrungen zum Füllen eines Vorkompressionsbehälters zu verwenden. Bei der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz dazu eine Verbindung mit dem Mitteldruckkreis hergestellt und durch diese Anordnung der für die mehrstufige Umsteuerung in Umfangsrichtung erforderliche Bauraum reduziert.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine;

Fig. 2

ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerscheibe und der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung;

Fig. 3

ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerscheibe und der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung;

Fig. 4

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe mit einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung;

Fig. 5

ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe; und

Fig. 6

ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Erfindung.

[0014] Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt Fig. 1 den typischen Aufbau einer Axialkolbenmaschine, bei welcher die erfindungsgemäße Weiterbildung verwirklichbar ist.

[0015] Die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene Axialkolbenmaschine umfaßt ein Gehäuse 13, in welchem eine Zylindertrommel 3 drehbar gelagert ist. In der Zylindertrommel 3 sind sich im wesentlichen axial erstreckende Zylinderbohrungen 4 ausgebildet, in welchen Kolben 5 bewegbar sind, die sich über Gleitschuhe 6 an einer in ihrem Neigungswinkel verstellbaren Schrägscheibe 7 abstützen. In einem Anschlußblock ist ein Niederdruckanschluß 16 und ein Hochdruckanschluß 17 ausgebildet. Zwischen dem Anschlußblock 9 und der Zylindertrommel 3 ist eine Steuerscheibe 8 angeordnet, in welcher eine im wesentlichen nierenförmige Hochdrucköffnung 18 und eine ebenfalls im wesentlichen nierenförmige Niederdrucköffnung 19 ausgebildet sind. Die Zylindertrommel 3 ist mit einer Welle 10 drehfest verbunden. Die Welle 10 ist mittels eines ersten Lagers 11 und eines zweiten Lagers 14 in dem Gehäuse 13 bzw. dem Anschlußblock 9 drehbar gelagert. Eine Verstellvorrichtung 12 dient zum Verstellen des Neigungswinkels der Schrägscheibe 7 und somit zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine 1.

[0016] Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung an der Steuerscheibe 8. Die Drehrichtung der Zylinderöffnungen 15 ist durch den Pfeil 38 veranschaulicht.

[0017] Die Steuerscheibe 8 ist entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform in Fig. 2 in einer Draufsicht mit der hydraulischen Beschaltung nochmals dargestellt. Die strichpunktierte Linie 20 in Fig. 2 markiert die erste Totpunktlage und die zweite Totpunktlage 22 der Kolben 5. Die Kolben 5 kehren an den Totpunktlagen 21 und 22 jeweils ihre Bewegungsrichtung um. Bei Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe erreichen die Kolben 5 an der ersten Totpunktlage 21 jeweils ihren maximalen Kolbenhub mit dem maximalen Volumen der Zylinderbohrungen 4. Nach Überschreiten der ersten Totpunktlage wird das Druckfluid aus den Zylinderbohrungen 4 über die in Fig. 1 dargestellten Zylinderöffnungen 15 und die Öffnungen der Steuerscheibe 8 herausgedrückt. An der zweiten Totpunktlage 22 kehrt sich die Bewegung der Kolben 5 wiederum um und die Kolben 5 beginnen mit einer Saugbewegung.

[0018] Erfindungsgemäß ist zumindest zwischen der ersten Totpunktlage 21 und der mit dem Hochdruckanschluß 17 verbundenen Hochdrucköffnung 18 eine weitere Öffnung in Form einer sogenannten Mitteldrucköffnung 23 vorgesehen. Ferner ist erfindungsgemäß eine Regeleinrichtung vorgesehen, die den Druck an der Mitteldrucköffnung 23 auf einen vorgegebenen Mitteldruck MD zwischen dem an der mit dem Niederdruckanschluß 16 verbundenen Niederdrucköffnung 19 herrschenden Niederdruck ND und dem an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdruck HD einregelt. Vorzugsweise beträgt der an der Mitteldrucköffnung 23 herrschende Mitteldruck MD etwa das arithmetische Mittel aus dem an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdruck HD und dem an der Niederdrucköffnung 19 herrschenden Niederdruck ND bzw. etwa die Hälfte des an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdrucks HD.

[0019] Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung umfaßt im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Druckregelventil, um den Mitteldruck MD von dem Hochdruck HD abzuleiten. Das Druckregelventil 24 ist dazu über eine eine Drosselstelle 25 aufweisende erste Verbindungsleitung 26 mit der Hochdrucköffnung 18 bzw. dem Hochdruckanschluß 17 und über eine zweite Verbindungsleitung 27 mit der Mitteldrucköffnung 23 verbunden. Zwischen der ersten Verbindungsleitung 26 und der zweiten Verbindungsleitung 27 befindet sich ein Ventilschieber 28, der in seiner rechten Anschlagstellung die Verbindung zwischen der ersten Verbindungsleitung 26 und der zweiten Verbindungsleitung 27 schließt und bei einer Verschiebung nach links diese Verbindung freigibt.

[0020] Die Lage des Ventilschiebers 28 wird bestimmt durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck in einer ersten Ventilkammer 29 und dem Druck in einer zweiten Ventilkammer 30. Die erste Ventilkammer 29 ist über eine dritte Verbindungsleitung 31 mit der Mitteldrucköffnung 23 verbunden, während die zweite Ventilkammer 30 über die erste Verbindungsleitung 26 mit der Hochdrucköffnung 18 bzw. dem Hochdruckanschluß 17 in Verbindung steht. Der Ventilschieber 28 sperrt die Verbindung zwischen der Hochdrucköffnung 18 und der Mitteldrucköffnung 23, wenn der an der Mitteldrucköffnung herrschende Mitteldruck multipliziert mit der Fläche A1 des Ventilschiebers 28 an der ersten Ventilkammer 29 größer ist als der an der Hochdrucköffnung 18 herrschende Hochdruck HD multipliziert mit der Fläche A2 des Ventilschiebers 28 an der zweiten Ventilkammer 30. Umgekehrt öffnet der Ventilschieber 28 diese Verbindung, wenn der Mitteldruck MD geringer ist. Das Verhältnis des sich an der Mitteldrucköffnung 23 einstellende Mitteldruck MD zu dem an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdruck HD ist daher umgekehrt proportional zu dem Verhältnis der Flächen A1 und A2.

[0021] Vorzugsweise wird die Fläche A2 doppelt so groß bemessen wie die Fläche A1, so daß der Mitteldruck MD die Hälfte des an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdrucks HD beträgt. Die Regeleinrichtung umfaßt in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ferner ein Druckbegrenzungsventil 32 zur Absicherung des an der Mitteldrucköffnung 23 herrschenden Mitteldrucks gegenüber einem durch die verstellbare Feder 33 vorgebbaren Maximaldruck. Überschreitet der Mitteldruck MD diesen vorgegebenen Maximaldruck, steigt der Mitteldruck MD auch dann nicht weiter an, wenn sich der Hochdruck HD an der Hochdrucköffnung 18 weiter erhöht. Das Druckbegrenzungsventil 32 kann das Druckfluid in einen Druckfluidtank 34 und/oder über eine Verbindungsleitung 35 in die Niederdrucköffnung 19 bzw. den Niederdruckanschluß 16 ablassen.

[0022] Die Funktion der erfindungsgemäß weitergebildeten Steuerplatte 8 zusammen mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 24, 32 ist folgende:

[0023] Überschreiten die Zylinderöffnungen 15 die Totpunktlage 21, so werden sie nicht sofort mit der Hochdrucköffnung 18 verbunden, sondern zunächst mit der Mitteldrucköffnung 23, an welcher ein vorgegebenes Mitteldruckniveau herrscht, das ein Druckniveau zwischen dem Niederdruck ND und dem Hochdruck HD hat und vorzugsweise als arithmetisches Mittel zwischen dem Hochdruck HD und dem Niederdruck ND bzw. auf die Hälfte des Hochdrucks HD bemessen ist. Der Wechsel von der Niederdruckseite zu der Hochdruckseite hin erfolgt daher für die Zylinderöffnungen 15 in zwei Drucksprüngen zunächst von dem Niederdruckniveau auf das Mitteldruckniveau und dann von dem Mitteldruckniveau auf das Hochdruckniveau. Durch die Abstufung dieses Druckwechsels werden die auftretenden Druckpulsationen verringert und es tritt eine geringere Geräuschentwicklung auf. Ferner wird möglichen Kavitationsschädigungen entgegengewirkt. Der Mitteldruck ist dabei der Höhe nach durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung 24, 32 in Abhängigkeit von dem Hochdruck exakt festgelegt und von Leckageverlusten sowie der Drehzahl der Axialkolbenmaschine 1 weitgehend unabhängig. Die Höhe des Mitteldruckniveaus kann daher durch geeignete Dimensionierung des Druckregelventils 24 optimiert werden. Ferner kann das Zeitintervall, währenddessen der Mitteldruck MD auf die Zylinderöffnungen 15 einwirkt, durch geeignete Bemessung der Länge der Mitteldrucköffnung 23 optimiert werden.

[0024] Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, anstatt nur einer Mitteldrucköffnung 23 mehrere zwischen der ersten Totpunktlage 21 und der Hochdrucköffnung 18 versetzt zueinander angeordnete Mitteldrucköffnungen vorzusehen, die sich jeweils auf einem anderen Mitteldruckniveau befinden. Das Mitteldruckniveau der einzelnen Mitteldrucköffnungen nimmt aber in Drehrichtung von der ersten Totpunktlage 21 zu der Hochdrucköffnung 18 hin stetig zu. Vorzugsweise ist die Differenz der Mitteldrücke MD der einzelnen Mitteldrucköffnungen untereinander und die Differenz zwischen dem Niederdruck und dem Druck der ersten Mitteldrucköffnung sowie zwischen dem Hochdruck und dem Druck der letzten Mitteldrucköffnung jeweils gleich, so daß die Drucksprünge äquidistant sind. Dabei kann jeder Mitteldrucköffnung ein Druckregelventil 24 zugeordnet sein. Eine Vereinfachung kann darin bestehen, daß nur das Mitteldruckniveau der der Hochdrucköffnung 18 benachbarten Mitteldrucköffnung durch ein Druckregelventil 24 vorgegeben wird und die Druckniveaus der anderen Mitteldrucköffnungen jeweils durch eine Drosselstrecke in Abhängigkeit zu dem höchsten Mitteldruckniveau eingestellt wird.

[0025] Der mittels des Regelventils 24 gewonnene Mitteldruck MD kann entsprechend einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig zur Versorgung weiterer hydraulischer Aggregate verwendet werden, die aufgrund ihrer konstruktiven Auslegung nicht zum unmittelbaren Anschluß an den Hochdruckanschluß 17 geeignet sind. Dies ist insbesondere für Axialkolbenmaschinen 1 mit sehr hohen Arbeitsdrücken vorteilhaft, da dann der Hochdruck in einem Bereich liegt, der zur Versorgung für die hydraulischen Aggregate, insbesondere der Verstellvorrichtung 12 zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine 1, nicht unmittelbar verwendet werden kann. Die Aufgabe der Erzeugung des Mitteldrucks MD für die Mitteldrucköffnung 23 und der Erzeugung eines geeigneten reduzierten Drucks zur Versorgung der hydraulischen Aggregate wird dann durch ein einziges Druckregelventil 24 gleichzeitig erfüllt. Die Anschlußleitung für diese hydraulischen Aggregate, insbesondere für die Verstellvorrichtung 12 der Axialkolbenmaschine 1 ist in Fig. 2 durch die Leitung 36 veranschaulicht.

[0026] Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Mitteldruck MD über das Druckregelventil 24 aus dem Hochdruck HD gewonnen. Es ist jedoch auch möglich, den Mitteldruck MD durch einen Fördervorgang aufzubauen. Dies ist in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In Fig. 3 sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

[0027] Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ausgenutzt, daß bei Verwendung der Axialkolbenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe die Kolben 5 bei Überschreiten der ersten Totpunktlage 21 einen Teil des Druckfluids in die Mitteldrucköffnung 23 drücken. Durch diesen Fördervorgang wird in der Mitteldrucköffnung 23 ein Druck aufgebaut, der durch das Druckbegrenzungsventil 32 auf den vorgegebenen Mitteldruck reguliert wird. Sobald der Druck an der Mitteldrucköffnung 23 den vorgegebenen Mitteldruck MD überschreitet, öffnet das Druckbegrenzungsventil 32 und läßt solange Druckfluid zu dem Druckfluidtank 34 oder zu der Niederdrucköffnung 19 hin ab, bis das Druckniveau an der Mitteldrucköffnung 23 sich wieder auf den vorgegebenen Mitteldruck MD einstellt.

[0028] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann der erzeugte Mitteldruck MD gleichzeitig zur Versorgung von weiteren hydraulischen Aggregaten, insbesondere der Verstellvorrichtung 12 der Axialkolbenmaschine 1 dienen. Zur weiteren Absicherung dieser hydraulischen Aggregate ist in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das Druckregelventil 24 vorgesehen, das den an der Mitteldrucköffnung 23 herrschenden Mitteldruck MD mit dem an der Hochdrucköffnung 18 herrschenden Hochdruck HD vergleicht. Überschreitet der Mitteldruck MD eine vorgegebene Schwelle, die durch das Flächenverhältnis der beiden Flächen A1 und A2 vorgegeben ist, so schließt der Ventilschieber 28 und die zu den versorgenden hydraulischen Aggregaten führende Verbindungsleitung 36.

[0029] Fig. 4 zeigt eine weitere Weiterbildung der Erfindung. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit wurde bei dieser Darstellung die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in Form des Druckregelventils 24 und des Druckbegrenzungsventils 32 der Einfachheit halber weggelassen. Im übrigen sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.

[0030] Im Unterschied zu dem bereits anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist neben der zwischen der ersten Totpunktlage 21 und der Hochdrucköffnung 18 angeordneten Mitteldrucköffnung 23 eine zweite Mitteldrucköffnung 40 vorgesehen, die zwischen der zweiten, der ersten Totpunktlage 21 gegenüberliegenden Totpunktlage 22 und der Niederdrucköffnung 19 angeordnet ist. Das Druckniveau an dieser zweiten Mitteldrucköffnung 40 wird vorzugsweise ebenfalls auf den arithmetischen Mittelwert zwischen dem Hochdruck HD und dem Niederdruck ND bzw. auf den halben Hochdruck HD durch eine nicht dargestellte Regeleinrichtung eingeregelt. Der Druckwechsel in Richtung von dem Hochdruck HD auf den Niederdruck ND erfolgt dabei ebenfalls in zwei Stufen, so daß auch einer Geräuschentwicklung im Bereich dieser Umsteuerung entgegengewirkt wird.

[0031] Entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Weiterbildung sind die beiden Mitteldrucköffnungen 23 und 40 durch eine Verbindungsleitung 41, die vorzugsweise eine Drosselstelle 42 aufweist, miteinander verbunden. Ferner ist an jeder Mitteldrucköffnung 23 bzw. 40 ein Druckausgleichsbehälter oder Druckfluidspeicher 43 bzw. 44 angeschlossen. Durch die Drossel 42 der Verbindungsleitung 41 und die Druckausgleichsbehälter 43 und 44 wird eine Dämpfüngseinrichtung gebildet, wobei die Zeitkonstante der Dämpfüngseinrichtung durch das Produkt aus der Speicherkapazität der Druckausgleichsbehälter bzw. Druckfluidspeicherbehälter 43 und 44 und dem Drosselwiderstand der Drossel 42 festgelegt ist. Diese Zeitkonstante wird vorzugsweise so ausgelegt, daß eine schnelle Dämpfung der Druckpulsationen erfolgt.

[0032] Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuerscheibe 8. Auch hier sind bereits beschriebene Element mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

[0033] Zunächst ist zu bemerken, daß die Hochdrucköffnung 18 durch mehrere Gitterstege 50 unterteilt ist, um die Festigkeit der Hochdrucköffnung 18 zu erhöhen. Ferner weist sowohl die Hochdrucköffnung 18 als auch die Niederdrucköffnung 19 eine entgegen der Drehrichtung 38 angeordnete schnabelartige Nut 51 bzw. 52 auf. Diese Nut 51 bzw. 52 dient ebenfalls zur Verringerung der Geräuschentwicklung und wirkt einer Kavitationsschädigung entgegen.

[0034] Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besteht die in Fig. 5 dargestellte Weiterbildung darin, daß sowohl die zwischen der ersten Totpunktlage 21 und der Hochdrucköffnung 18 angeordnete Mitteldrucköffnung 23 als auch die zwischen der zweiten Totpunktlage 22 und der Niederdrucköffnung 19 angeordnete Mitteldrucköffnung 40 gegenüber der Hochdrucköffnung 18 und der Mitteldrucköffnung 19 radial nach außen versetzt sind. In entsprechender Weise ist es selbstverständlich auch möglich, die Mitteldrucköffnungen 23 und 40 radial nach innen zu versetzen. In Fig. 5 ist die Form einer der Zylinderöffnungen 15 in einer Drehposition gestrichelt eingezeichnet.

[0035] Die Zylinderöffnungen 15 sind bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt in etwa L-förmig ausgebildet. Die Zylinderöffnungen 15 weisen einen ersten Bereich 53, der in geeigneter Drehstellung mit der Hochdrucköffnung 18 bzw. der Niederdrucköffnung 19 überlappt und einen zweiten Bereich 54 auf, der bei geeigneter Drehstellung mit den Mitteldrucköffnungen 23 und 40 überlappt.

[0036] Die beiden Bereiche 53 und 54 sind in ihrer Länge und ihrer Drehwinkelposition unterschiedlich ausgelegt. Die Länge l des Bereichs 54 ist daher unabhängig von der Länge L des Abschnitts 53. Das Zeitintervall, in welchem der Bereich 54 der Zylinderöffnung 15 mit den Mitteldrucköffnungen 23 und 40 überlappt, ist daher unabhängig von dem Öffnungsquerschnitt der Zylinderöffnungen 15, wie er im Überlappungsbereich der Hochdrucköffnung 18 und der Niederdrucköffnung 19 benötigt wird, dimensionierbar. Durch geeignete Dimensionierung der Länge l kann die Haltezeit, während der an den Zylinderöffnungen 15 der Mitteldruck MD herrscht, vorgegeben werden und im Hinblick auf die Geräuschentwicklung und die Kavitationsschädigung optimiert werden.

[0037] Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung zeigt Fig. 6 ein Diagramm, bei welchem der Druck an der Zylinderöffnung 15 beim Wechseln von Niederdruck ND auf Hochdruck HD als Funktion der Zeit t wiedergegeben ist. Die Kurve 60 kennzeichnet dabei den konventionellen Wechsel von der Niederdruckseite zu der Hochdruckseite ohne das erfindungsgemäße Mitteldruckniveau MD während des Zeitintervalls Δt ND - HD. Erkennbar sind relativ große Druckpulsationen nach dem Umsteuern auf den Hochdruck.

[0038] Der Druckverlauf an der Zylinderöffnung 15 entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterbildung ist durch die Kurve 61 veranschaulicht. Nach einer Umsteuerzeit Δt ND-MD wird das Mitteldruckniveau MD erreicht. Während des Zeitintervalls Δt MD wird der Druck auf dem Mitteldruckniveau MD gehalten. Während des Zeitintervalls Δt MD - HD erfolgt die Umsteuerung von dem Mitteldruckniveau MD auf den Hochdruck HD. Wie aus Fig. 6 erkennbar, ist die Druckpulsation aufgrund der Kleineren Schrittweite bei der in zwei Schritten vorgenommenen Umsteuerung wesentlich geringer. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung kann daher die Geräuschentwicklung und die Kavitationsschädigung wesentlich verringert werden und die Axialkolbenmaschine ist auch für sehr hohe Arbeitsdrücke geeignet.

Ansprüche

1. Axialkolbenmaschine (1) mit einer Zylindertrommel (3), in welcher Zylinderbohrungen (4) zur Aufnahme von Kolben (5) vorgesehen sind, wobei die Zylinderbohrungen (4) über Zylinderöffnungen (15) mit einer Steuerscheibe (8) in Verbindung stehen und in der Steuerscheibe (8) eine Niederdrucköffnung (19), eine Hochdrucköffnung (18) und zumindest eine weitere Öffnung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,

daß die weitere Öffnung eine Mitteldrucköffnung (23) ist, die in Drehrichtung (38) der Zylindertrommel (3) in bezug auf die Steuerscheibe (8) zwischen einer ersten Totpunktlage (21), an welcher sich die axiale Bewegungsrichtung der Kolben (5) umkehrt, und der Hochdrucköffnung (18) angeordnet ist, und

daß eine Regeleinrichtung (24, 32) vorgesehen ist, die den Druck an der Mitteldrucköffnung (23) auf einen vorgegebenen Mitteldruck (MD) zwischen dem an der Niederdrucköffnung (19) herrschenden Niederdruck (ND) und dem an der Hochdrucköffnung (18) herrschenden Hochdruck (HD) einregelt.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Höhe des Mitteldrucks (MD) etwa das arithmetische Mittel aus dem Hochdruck (HD) und dem Niederdruck (ND) beträgt.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Mitteldrucköffnungen (23) vorgesehen sind, die in Drehrichtung (38) der Zylindertrommel (3) in bezug auf die Steuerscheibe (8) zwischen der ersten Totpunktlage (21) und der Hochdrucköffnung (18) versetzt zueinander angeordnet sind.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Regeleinrichtung (24, 32) die Drücke an den Mitteldrucköffnungen (23) auf vorgegebene Mitteldrücke (MD) zwischen dem Niederdruck (ND) und dem Hochdruck (HD) einregelt, die in Drehrichtung (38) der Höhe nach ansteigenden.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Druckdifferenzen zwischen den Mitteldrücken (MD) der Mitteldrucköffnungen (23) konstant sind.

6. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Regeleinrichtung (24, 32) für jede Mitteldrucköffnung (23) ein Druckregelventil (24) aufweist, das von der Druckdiffenz zwischen dem Hochdruck (HD) und dem Mitteldruck (MD) der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) angesteuert ist und eine Verbindung zwischen der Hochdrucköffnung (18) und der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) schließt, wenn der Druck an der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) den für diese Mitteldrucköffnung (23) vorgegebenen Mitteldruck (MD) übersteigt.

7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Regeleinrichtung (24, 32) für jede Mitteldrucköffnung (23) ein Druckregelventil (24) aufweist, das von der Druckdiffenz zwischen dem Hochdruck (HD) und dem Mitteldruck (MD) der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) angesteuert ist und eine Verbindung zwischen der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) und einem hydraulischen Aggregat, insbesondere einer Verstellvorrichtung (12) zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine (1), schließt, wenn der Druck an der zugeordneten Mitteldrucköffnung (23) den für diese Mitteldrucköffnung (23) vorgegebenen Mitteldruck (MD) übersteigt.

8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Regeleinrichtung (24, 32) für jede Mitteldrucköffnung (23) ein Druckbegrenzungsventil (32) aufweist, das den zugeordneten Mitteldruck (MD) begrenzt.

9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß in Drehrichtung (38) der Zylindertrommel (3) in bezug auf die Steuerscheibe (8) zwischen der zweiten Totpunktlage (22), an welcher sich die axiale Bewegungsrichtung der Kolben (5) umkehrt, und der Niederdrucköffnung (19) zumindest eine weitere Mitteldrucköffnung (40) angeordnet ist.

10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mitteldrucköffnung (23) zwischen der ersten Totpunktlage (21) und der Hochdrucköffnung (18) und die Mitteldrucköffnung (40) zwischen der zweiten Totpunktlage (22) und der Niederdrucköffnung (19) durch eine gedrosselte Verbindungsleitung (41) miteinander verbunden sind.

11. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß an den Mitteldrucköffnungen (23, 40) Druckausgleichsbehälter (43, 44) angeschlossen sind.

12. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mitteldrucköffnungen (23, 40) gegenüber der Niederdrucköffnung (19) und der Hochdrucköffnung (18) radial versetzt angeordnet sind und

daß die Länge (l) der Zylinderöffnungen (15) im Überlappungsbereich (54) mit den Mitteldrucköffnungen (23, 40) so bemessen ist, daß der Mitteldruck (MD) jeder Mitteldrucköffnung (23, 40) für ein vorgegebenes Zeitintervall (Δt MD) an der jeweiligen Zylinderöffnung (15) ansteht.

Zeichnung