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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ein ventilgesteuerten
hydrostatischen Verdrängermaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Bei
herkömmlichen Verdrängermaschinen, die z. B. als
Radialkoben- oder als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein
können, erfolgt die Steuerung des Zulaufes und des Ablaufes
der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten mechanisch. Im Falle einer
Axialkolbenpumpe z. B. werden zwei Drucknieren eingesetzt, über
die die Verbindungen zur Hochdruckseite und zur Niederdruckseite
während eines gewissen Bereiches der Kreisbahn und somit
während eines gewissen Hubabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheiten öffnen.
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Bei
Radialkolbenpumpen sind pro Zylinder-Kolben-Einheit ein Hochdruck-
und eine Niederdruckventil vorgesehen, wobei die Ventile mechanisch
gesteuert werden. Das Hochdruckventil jeder Einheit z. B. öffnet
immer bei Überschreiten eines gewissen aufgebauten Drucks
im jeweiligen Zylinder der Einheit, so dass das druckerhöhte
Druckmittel zur Hochdruckseite der Pumpe abströmen kann.
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Nachteilig
an derartigen hydrostatischen Verdrängermaschinen ist,
dass immer alle Zylinder-Kolben-Einheiten aktiv sind.
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Die
Druckschrift
WO
2008/012558 A2 offenbart ventilgesteuerte Verdränger
maschinen, so genannten Digital-Displacement-Units (DDU's), bei
denen jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch betätigtes
Niederdruckventil und ein elektrisch betätigtes Hochdruckventil
zugeordnet sind.
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Somit
sind die Einheiten über die beiden Ventile getrennt im
Pumpenmodus, Motormodus und in einem so genannten Idle-Modus ansteuerbar. Durch
den Idle-Modus können einzelne Einheiten durch entsprechende
Betätigung der beiden Ventile deaktiviert bzw. kraftlos
geschaltet werden. So kann der Volumenstrom bzw. die Drehzahl der
Verdrängermaschinen reduziert werden.
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Nachteilig
an derartigen ventilgesteuerten Verdrängermaschinen (DDU's)
sind die Druckstöße (Pulsation), die sich durch
den Wechsel von aktiven und nicht aktiven Zylinder-Kolben-Einheiten
ergeben. Diese Pulsation kann z. B. im Falle einer Pumpe ein daran
angeschlossenes hydraulisches System zu einer ungewünschten
Schwingung anregen, insbesondere wenn durch die Pulsation eine Resonanzfrequenz
des Systems getroffen wird.
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Dem
gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine
ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine (DDU)
bzw. ein Verfahren zu ihrer Steuerung zu schaffen, wobei die Schwingungsanregung
eines angeschlossenen hydraulischen Systems (bei einer Pumpe) oder
einer angeschlossenen Abtriebswelle (bei einem Motor) durch die
Pulsation der Verdrängermaschine verringert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer
ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und durch eine entsprechende Verdrängermaschine
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung
einer ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine
mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten, die über elektrisch
oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile und über
Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes
der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden,
erfolgt bei einem im Wesentlichen unveränderten Volumenstrom
die Aktivierung und Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten
gemäß einem von mehreren für den jeweiligen Volumenstrom
gültigen Aktivierungsmustern. Dadurch kann die Pulsation
im Betriebszustand mit deaktivierten Einheiten verändert
oder verringert werden, und die Schwingungsanregung eines angeschlossenen
hydraulischen Systems (bei einer Pumpe) oder einer angeschlossenen
Abtriebswelle (bei einem Motor) verringert werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten
gemäß einem Aktivierungsmuster, das für
eine Umdrehung einer Welle der Verdrängermaschine gilt, so
dass während der Umdrehung zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit
aktiviert und eine andere Zylinder-Kolben-Einheit deaktiviert wird.
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Bei
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten
gemäß einem Aktivierungsmuster, das für
mehrere Umdrehungen einer Welle der Verdrängermaschine
gilt, und gemäß dem zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit
bei einer Umdrehung der Welle aktiviert und bei einer anderen Umdrehung
der Welle deaktiviert wird. Damit ist eine feinere Abstufung des
Volumenstroms der Verdränger maschine möglich,
als die Anzahl der Zylinder prinzipiell ermöglicht. So
ist z. B. bei einer Maschine mit sechs Zylinder-Kolben-Einheiten
auch ein Volumenstrom von 25% des Hubvolumens aller Zylinder möglich,
wenn sich das entsprechende Aktivierungsmuster über zwei
Umdrehungen der Welle erstreckt. Bei der ersten Umdrehung wird dazu
eine Einheit (17%) und bei der darauffolgenden Umdrehung werden zwei
Einheiten (33%) aktiviert.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die Zylinder-Kolben-Einheiten über elektrisch
oder elektrohydraulisch betätigte Hochdruckventile zur
Einstellung eines Förder- oder Schluckvolumenstromes der
Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert. Damit ist
auch ein Motorbetrieb der Verdrängermaschine möglich.
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Dabei
wird es bevorzugt, wenn die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten
gemäß einem Mischmodus-Aktivierungsmuster erfolgt,
gemäß dem zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit
in einem Pumpenmodus und zumindest eine andere Zylinder-Kolben-Einheit
in einem Motormodus aktiviert wird. Damit kann der Volumenstrom der
Verdrängermaschine verändert werden. Somit entstehen
weiter mögliche Aktivierungsmuster zu einem vorbestimmten
Volumenstrom, wodurch die Auswahlmöglichkeit der Aktivierungsmuster
erhöht ist, und die Schwingungsanregung weiter vermindert werden
kann.
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Z.
B. erfolgt die Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit
im Pumpenmodus während einer Umdrehung der Welle, und die
Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit im Motormodus
erfolgt während einer anderen Umdrehung der Welle. Somit
entstehen weiter mögliche Aktivierungsmuster zu einem vorbestimmten
Volumenstrom, wodurch die Auswahlmöglichkeit der Aktivierungsmuster
erhöht ist, und die Schwingungsanregung weiter vermindert
werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem
Vergleichmäßigungs-Aktivierungsmuster, gemäß dem
während einer Umdrehung der Welle die Zylinder-Kolben-Einheiten
einer erste Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl Zylinder-Kolben-Einheiten
und während einer anderen Umdrehung der Welle eine zweite
Gruppe mit anderen Zylinder-Kolben-Einheiten aktiviert werden. Damit
wird die Abnutzung bzw. der Verschleiß der Verdrängermaschine
gleichmäßig auf die Einheiten verteilt, wodurch
die Lebensdauer der Verdrängermaschine verlängert
wird.
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Dabei
kann je nach Auslegung eine Pulsation eines angeschlossenen hydraulischen
Systems (bei einer Pumpe) oder eine Schwingung einer Abtriebswelle
(bei einem Motor) offline berechnet und das Aktivierungsmuster danach
ausgewählt werden. Damit entfallen Sensoren zur Ermittlung
der Pulsation oder der Schwingung. Diese Variante ist z. B. bei einer
Fertigung der Verdrängermaschine und ggf. des hydraulischen
Systems in größeren Stückzahlen vorteilhaft.
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Oder
die Pulsation des angeschlossenen hydraulischen Systems oder die
Schwingung einer Abtriebswelle wird online von Sensoren ermittelt,
und das optimale Aktivierungsmuster wird danach online ausgewählt.
Dadurch ist eine bessere Kompensation von Fertigungsunterschieden
der Verdrängermaschine und ggf. des hydraulischen Systems
und im Einzelfall eine besserer Pulsations- bzw. Schwingungsunterdrückung
möglich. Diese Variante ist z. B. bei einer Fertigung in
kleineren Stückzahlen vorteilhaft.
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Die
erfindungsgemäße ventilgesteuerte hydrostatische
Verdrängermaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten,
die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte
Niederdruckventile und über Hochdruckventile zur Einstellung
eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine
aktivierbar oder deaktivierbar sind, hat verschiedene Aktivierungsmuster,
gemäß denen bei einem unveränderten durchschnittlichen
Volumenstrom der Verdrängermaschine die Zylinder-Kolben-Einheiten
aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dadurch kann die Pulsation
in Betriebszuständen mit deaktivierten Einheiten verändert
oder verringert werden, und die Schwingungsanregung eines angeschlossenes
hydraulisches Systems (bei einer Pumpe) oder einer angeschlossenen
Abtriebswelle (bei einem Motor) wird verringert.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um
eine Radialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse umlaufenden
Hubkurve, wobei die Hubkurve an der Innenseite eines Hubringes oder
an der Außenseite eines Exzenters angeordnet ist. Die Kolben
jeder Zylinder-Kolben-Einheiten stützen sich an der Hubkurve
ab, wobei an der Hubkurve mehrere Nockenabschnitte angeordnet sind.
Dadurch wird die Anzahl der Arbeitshübe jedes Kolbens währen
einer Umdrehung der Hubkurve vervielfacht (z. B. bei zwei Nockenabschnitten
von einem Arbeitshub auf zwei Arbeitshübe verdoppelt). Dadurch
wird auch der Volumenstrom der Verdrängermaschine entsprechend
vervielfacht.
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Dabei
wird es besonders bevorzugt, wenn zumindest zwei Nockenabschnitte
an der Hubkurve mit Bezug zur Drehachse paarweise gegenüber
liegend angeordnet sind. Dadurch können die von ebenfalls
paarweise gegenüber liegenden und gleichzeitig aktivierten
Kolben Kräfte auf die Hubkurve bzw. auf die damit verbundene
Welle ausgeübt werden, die gegeneinander gerichtet sind
und sich somit kompensieren.
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Bei
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Verdrängermaschine
neben einer primären Scheibe noch eine oder mehrere sekundäre
Scheiben, die entlang der Drehachse beabstandet voneinander angeordnet
sind. Dabei hat jede Scheibe mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten und
eine Hubkurve, und die Zylinder der sekundären Scheibe(n)
können mit den jeweiligen Zylindern der primären
Scheibe verbunden werden. Damit kann der Volumenstrom der Verdrängermaschine
erhöht werden.
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Dabei
wird es besonders bevorzugt, wenn jeweils ein Nockenabschnitt der
Hubkurve der primären Scheibe mit Bezug zur Drehachse gegenüber
einem Nockenabschnitt der Hubkurve der einen oder mehreren sekundären
Scheiben angeordnet ist. Dadurch können die von ebenfalls
paarweise gegenüber liegenden und gleichzeitig aktivierten
Kolben Kräfte auf die beiden Hubkurven bzw. auf die damit verbundene
Welle ausgeübt werden, die gegeneinander gerichtet sind
und sich somit kompensieren.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Verdrängermaschine ist als Pumpe und/oder als Motor betreibbar,
wobei jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch oder elektrohydraulisch
betätigtes Hochdruckventil zur Einstellung eines Schluck-Volumenstromes
zugeordnet ist.
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Bei
der üblichen Variante der erfindungsgemäß über
Ventile steuerbaren Verdrängermaschine sind jeder Zylinder-Kolben-Einheit
genau ein elektrisch bzw. elektrohydraulisch betätigtes
Niederdruckventil und genau ein passives bzw. mechanisches oder
elektrisch bzw. elektrohydraulisch betätigtes Hochdruckventil
zugeordnet.
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Im
Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe in einer geschnittenen Ansicht;
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2a ein
Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe gemäß einem ersten Aktivierungsmuster;
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2b ein
Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe gemäß dem ersten Aktivierungsmuster;
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3a ein
Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe gemäß einem zweiten Aktivierungsmuster; und
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3b ein
Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe (Digital-Displacement-Unit)
in einer geschnittenen Ansicht. Sie hat ein Gehäuse 1,
in dem ein fest stehender Zylinderkörper 2 aufgenommen
ist. In diesem sind bezogen auf eine Drehachse 4 sechs
radiale Ausnehmungen angeordnet, in denen jeweils eine Zylinder-Kolben-Einheit
angeordnet ist. Die sechs Zylinder-Kolben-Einheiten erstrecken sich ebenfalls
etwa radial von der Drehachse 4 weg. Dabei sind die buchsenartig
ausgebildeten Zylinder 6 an ihren radial äußeren
Endabschnitten schwenkbar am Zylinderkörper 2 befestigt,
und die Kolben 8 stützen sich mit ihren radial
inneren Endabschnitten an einem Exzenter 10 bzw. an dessen äußeren
Mantelfläche ab. Der Exzenter 10 ist drehbar um
die Drehachse 4 gelagert und mit einer (nicht gezeigten)
Antriebswelle der Radialkolbenpumpe verbunden.
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Jede
Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 ist über
ein Niederdruckventil 12 mit einem (nicht gezeigten) Niederdruckanschluss
und über ein Hochdruckventil 14 mit einem (ebenfalls
nicht gezeigten) Hochdruckanschluss der Radialkolbenpumpe verbunden.
Die sechs Niederdruckventile 12 und die sechs Hochdruckventile 14 sind
als Sitzventile ausgebildet, wobei ihre Ventilkörper 12a, 14a jeweils über
einen elektrischen Hubmagneten 12b, 14b betätigt
werden. Somit ist die Radialkolbenpumpe als Digital-Displacement-Unit
(DDU) ausgeführt, bei der jeder der sechs Zylinder 6 über
ein Niederdruckventil 12 und über ein Hochdruckventil 14 unabhängig
von den anderen Zylindern 6 gesteuert werden kann.
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Bei
einer Umdrehung des Exzenters 10 führt jeder Kolben 8 in
den zugehörigen Zylinder 6 eine Arbeitshub aus,
der aus mit einer Kraft beaufschlagt Verdrängerhub und aus
einem Rückhub besteht. Bei der in 1 dargestellten
Position des Exzenters 10 ist z. B. der Kolben 8 der
in 1 oben angeordneten Zylinder-Kolben-Einheit 8, 6 nach
der Ausführung des Verdrängerhubes an seinem oberen
Totpunkt gezeigt, nachdem das Druckmittel dieser Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 über
das Hochdruckventil 14 abgeströmt ist.
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Statt
der vorbeschriebenen Aktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 über
die Ventile 12, 14 im Pumpenmodus können
einzelne Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 auch durch
den sogenannten Idle-Modus während des Verdrängerhubs
ihres Kolbens 8 deaktiviert werden. Dazu wird während
des Verdrängerhubes des Kolbens 8 statt dem Hochdruckventil 14 das
Niederdruckventil 12 geöffnet, so dass das entsprechende
Druckmittel ohne Gegendruck zurück zur Niederdruck- bzw.
Saugseite der Radialkolbenpumpe abströmen kann. Auf diese
Weise können z. B. drei der gezeigten sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 während
einer Umdrehung des Exzenters 10 deaktiviert werden, so
dass das Fördervolumen der Radialkolbenpumpe halbiert wird.
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2a zeigt
ein Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen
ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem
ersten Aktivierungsmuster ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8.
Die Radialkolbenpumpe hat zwei Scheiben mit jeweils sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8,
wobei 30 Grad Verschiebung zwischen den Scheiben besteht. Jede Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 hat
16 cm3 (192 cm3 insgesamt).
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Dieses
Aktivierungsmuster sieht vor, dass pro Umdrehung der Antriebswelle
und des Exzenters 10 (vgl. 1) die erste
Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 aktiviert wird, woraufhin
zwei darauf folgende Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 inaktiv
geschaltet werden. Danach wird die vierte Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 wieder
aktiv geschaltet, und die beiden letzten Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 werden
wieder deaktiviert. Es ergibt sich ein Aktivierungsmuster „1
und 4 aus 6”. Auf diese Weise sind zwei voneinander beabstandete
der insgesamt sechs Einheiten 6, 8 aktiviert,
wodurch die Radialkolbenpumpe pro Umdrehung ein Drittel des maximalen
Volumens verdrängt.
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Das
Diagramm der 2a zeigt den Volumen- bzw. Förderstrom
Q [in Liter pro Sekunde] der Radialkolbenpumpe über der
Zeit gemäß dem ersten Aktivierungsmuster.
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Dabei
läuft die Radialkolbenpumpe mit 1500 Umdrehungen/Minute.
Es ergibt sich ein Pulsieren des Förderstroms Q in der
dargestellten Weise.
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2b zeigt
ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe bei einer Aktivierung gemäß dem
ersten Aktivierungsmuster, bei dem pro Umdrehung die erste und die
vierte der insgesamt sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 aktiviert
sind. Dabei ist der Förderstrom Q [in l/sec] über
den verschiedenen möglichen Pulsationsfrequenzen [in Hertz]
aufgetragen.
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Es
zeigen sich im Wesentlichen zwei Peaks 16, 18,
von denen der erste Peak 16 bei einer Pulsationsfrequenz
von 0 Hertz den mittleren Förderstrom von 1,6 l/sec anzeigt
und schwingungstechnisch nicht relevant ist.
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Der
für das erste Aktivierungsmuster charakteristische Peak 18 ist
bei 50 Hertz zu finden und weist eine Pulsations-Intensität
von ca. 0,5 l/s auf.
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3a zeigt
ein Förderstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen
ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem
zweiten Aktivierungsmuster. Dabei wird die vorbeschriebene Radialkolbenpumpe (wie
bei dem ersten Aktivierungsmuster) ebenfalls mit zwei aktiven und
vier inaktiven Zylindern betrieben. Anders als beim ersten Aktivierungsmuster
sind beim zweiten Aktivierungsmuster zwei nebeneinander liegende
Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 aktiviert, während
vier ebenfalls nebeneinander liegende Einheiten 6, 8 deaktiviert
sind. Damit ergibt sich das zweite Aktivierungsmuster als „1
und 2 aus 6”.
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Die
so betriebene Radialkolbenpumpe zeigt den in 3a dargestellten
Volumen- bzw. Förderstrom Q [l/s] über der Zeit
[s]. Der Förderstrom zeigt deutlich höhere Spitzenwerte,
als bei dem ersten Aktivierungsmuster (vgl. 2a), wobei
zwischen den einzelnen Druckmittelstößen die Fördermenge
auf 0 l/s abfällt. Da nur ein (von zwei Einheiten 6, 8 gemeinsam
erzeugter) Druckmittelstoß pro Umdrehung entsteht, sind
die Maximalwerte weiter voneinander beabstandet, als beim ersten
Aktivierungsmuster (vgl. 2a).
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3b zeigt
ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten
Radialkolbenpumpe gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster.
Dabei ist wiederum der Volumen- bzw. Förderstrom Q [l/s] über
den verschiedenen Pulsationsfrequenzen [Hz] aufgetragen. Der Peak 20,
der bei einer Pulsationsfrequenz von 0 Hertz aufgezeigt ist, gibt
den mittleren Förderstrom der Radialkolbenpumpe bei der Aktivierung
gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster an. Dieser
entspricht erwartungsgemäß demjenigen des ersten
Aktivierungsmusters (vgl. 2b).
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Weiterhin
wurden ein Peak 22 bei 25 Hertz und ein Peak 24 bei
50 Hertz gemessen. Beim Vergleich dieses Frequenz-Diagramms mit
demjenigen des ersten Aktivierungsmusters ergibt sich ein zusätzlicher
vergleichsweise hoher Peak 22, während bei der
Peak bei 50 Hertz deutlich verringert ist.
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Dieser
Vergleich zweier Aktivierungsmuster („1 und 4 aus 6” bzw. „1
und 2 aus 6”) zeigt nur einen kleinen Ausschnitt aus den
vielfältigen Möglichkeiten, die sich erfindungsgemäß durch
die Variation von Aktivierungsmustern ergeben. Im hier gewählten
Beispiel einer Radialkolbenpumpe mit sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 und
einem Förderstrom von einem Drittel des maximalen Förderstroms
ergeben sich z. B. als wietere Aktivierungsmuster „1 und 3
aus 6”. Weiterhin kann das Aktivierungsmuster auch auf
mehrere Umdrehungen der Antriebswelle bzw. des Exzenters 10 ausgedehnt
werden. So können z. B. bei einer ersten Umdrehung einer
von sechs Zylindern und bei einer zweiten Umdrehung drei von sechs
Zylindern aktiviert werden. Es ergibt sich also eine Vielzahl von
möglichen Aktivierungsmustern, aus denen für den
jeweiligen Einsatzfall das optimale Aktivierungsmuster ausgewählt
werden kann.
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Mit
Bezug auf die beiden erläuterten Aktivierungsmuster gemäß den 2b und 3b wird
im Folgenden beispielhaft die erfindungsgemäße
Auswahl des optimalen Aktivierungsmusters erläutert.
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Wenn
das von der Radialkolbenpumpe versorgte hydraulische System z. B.
eine Eigenfrequenz im Bereich von 25 Hertz aufweist, wird das erste
Aktivierungsmuster gemäß 2b ausgewählt,
da in diesem Frequenzbereich durch die Radialkolbenpumpe keine Pulsation
und damit keine Schwingungsanregung erfolgt.
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Wenn
das hydraulische System eine Eigenfrequenz im Bereich von 50 Hertz
aufweist, wird die Radialkolbenpumpe gemäß dem
zweiten Aktivierungsmuster betrieben, da mit diesem die Schwingungsanregung
durch die Radialkolbenpumpe gegenüber dem ersten Aktivierungsmuster
deutlich verringert ist. Dies ergibt sich bei einem Vergleich des Peaks 18 der 2b mit
dem Peak 24 der 3b.
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Im
Falle eines Radialkolbenmotors erfolgt die Auswahl des optimalen
Aktivierungsmusters auf die gleiche Weise, wobei statt dem angeschlossenen hydraulischen
System die Abtriebswelle des Motors betrachtet wird.
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Neben
dem Ziel einer minimierten Schwingungsanregung können auch
andere Ziele durch die erfindungsgemäße Variation
von Aktivierungsmustern verfolgt werden. So ist die Erzeugung eines möglichst
gleichmäßigen Verschleißes der vorhandenen
Zylinder-Kolben-Kombinationen der Maschine möglich. Dies
wird über ein regelmäßiges „Auswechseln” der
aktivierten Einheiten erreicht. So kann z. B. bei einer Maschine
mit sechs Einheiten und einem gewünschten Förderstrom
von 50% folgendes Aktivierungsmuster gewählt werden: Bei
einer ersten Umdrehung werden die Einheiten Nr. 1, 3 und 5 aktiviert,
und bei der darauf folgenden Umdrehung werden die Einheiten Nr.
2, 4 und 6 aktiviert. Gemäß einem anderen Aktivierungsmuster
können während eines ersten Betriebszyklus' (z.
B. ein Tag) bei jeder Umdrehung die Einheiten Nr. 1, 3 und 5 aktiviert
werden, während bei einem darauffolgenden Betriebszyklus
bei jeder Um drehung die Einheiten Nr. 2, 4 und 6 aktiviert werden.
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Außerdem
können mit der erfindungsgemäßen Variation
der Aktivierungsmuster die Biegekräfte verringert werden,
die auf die An- bzw. Abtriebswelle der Maschine wirken. Erfindungsgemäß werden
dabei die Einheiten einer Maschine, die statt des Exzenters 10 eine
Kurvenscheibe mit paarweise gegenüber liegenden Nocken
hat, immer gegenüber liegend aktiviert. Dabei kompensieren
sich die aufeinander gerichteten Stützkräfte der
Kolben paarweise.
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Weiterhin
lassen sich die Stützkräfte der Kolben auch bei
Radialkolbenmaschinen kompensieren, die zwei Scheiben mit jeweils
sternförmig angeordneten Einheiten haben. Jede Scheibe
ist dabei nach dem in 1 gezeigten Prinzip aufgebaut
und hat einen Exzenter 10 mit einer Nocke. Die beiden Nocken der
beiden Scheiben werden mit Bezug zur Drehachse 4 bzw. zur
Welle gegenüber liegend angeordnet. Bei einer derartigen
Maschine ist ebenfalls eine Kompensation der Stützkraft
eines Kolbens mit der Stützkraft eines zur anderen Scheibe
gehörenden und (bezogen auf die Drehachse 4) gegenüber
liegenden Kolbens möglich.
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Offenbart
ist eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine
und ein Verfahren zu ihrer Steuerung, wobei die Verdrängermaschine
mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten hat, die über elektrisch oder
elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile und über
Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes
der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden.
Erfindungsgemäß erfolgt bei einem im Wesentlichen
unveränderten Volumenstrom die Aktivierung und Deaktivierung
der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem von
mehreren für den jeweiligen Volumenstrom gültigen
Aktivierungsmustern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zylinderkörper
- 4
- Drehachse
- 6
- Zylinder
- 8
- Kolben
- 10
- Exzenter
- 12
- Niederdruckventil
- 14
- Hochdruckventil
- 12a
- Ventilkörper
- 14a
- Ventilkörper
- 12b
- Hubmagnet
- 14b
- Hubmagnet
- 16
- Peak
- 18
- Peak
- 20
- Peak
- 22
- Peak
- 24
- Peak
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A2 [0005]