流体静力学式のピストン機械に用いられる流れ最適化されたシリンダドラム
本発明は、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラム（１’）であって、少なくとも１つの制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が設けられており、該制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔（２，２’ａ）に開口している形式のものに関する。本発明によれば、制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラムであって、少なくとも１つの制御キドニポート／シリンダ孔移行部が設けられており、該制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔に開口している形式のものに関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第４３４１８４６号明細書に基づき、流体静力学式のピストン機械が公知である。この公知のピストン機械はシリンダドラムを有している。このシリンダドラムには、少なくとも１つのシリンダ孔が形成されている。このシリンダ孔内では、ピストンが昇降運動可能である。このピストンの運動は斜板を介して制御される。この斜板には、ピストンが滑動シューによって支持されている。シリンダドラムは、ピストンが突出しない端面側に接触面を有している。この接触面でシリンダドラムは制御板に接触している。この制御板には、２つの制御キドニポート、つまり、腎臓形の制御開口が形成されている。一方の制御キドニポートが流入開口として形成されているのに対して、他方の制御キドニポートは流出開口として形成されている。シリンダドラム内では、シリンダ孔と、シリンダドラムの、ピストンが突出しない端面側に設けられた接触面との間にキドニポート／シリンダ孔移行部が形成されている。シリンダドラムがその回転軸線を中心として回転する場合には、シリンダドラムの接触面が、制御板の、向かい合って位置する接触面にわたって滑動する。この場合、キドニポート／シリンダ孔移行部がシリンダ孔を、ポンプの事例で吸込み接続部に接続された流入開口と、同じくポンプの事例で吐出し接続部に接続された流出開口とに交互に接続する。シリンダ孔内でのピストンの下降運動時には、ハイドロリック液がキドニポート／シリンダ孔移行部を介してシリンダ孔の内部に圧送される。これに対して、上昇運動の間には、ハイドロリック液がシリンダ孔からキドニポート／シリンダ孔移行部を介してシリンダ孔の外部に圧送される。開示されたシリンダドラムは、シリンダ孔内でのピストンの１回の下降運動時に比較的少ないハイドロリック液しかシリンダ孔内に圧送されないという欠点を有している。したがって、斜板に付与された旋回角では、シリンダドラム１回転あたり、比較的少ないハイドロリック液しか一方の制御キドニポートから他方の制御キドニポートに圧送することができない。
【０００３】
したがって、本発明の課題は、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラムを改良して、より高い容積効率が得られるようにすることである。
【０００４】
この課題を解決するために本発明に係るシリンダドラムでは、制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されているようにした。
【０００５】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、シリンダドラムが焼結されている。
【０００６】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、制御キドニポート／シリンダ孔移行部と、シリンダ孔軸線を含む平面との第１の交線および第２の交線が、それぞれ第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有しており、両曲率半径の中心点が、交線の互いに異なる側に形成されており、両曲率半径の移行部が、それぞれ反転点を形成している。
【０００７】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、それぞれ１つの交線の第１の曲率半径と第２の曲率半径とが、同じ大きさに設定されている。
【０００８】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、交線が、シリンダドラムの端面に近い方に位置する曲率半径に続いて、該曲率半径に対する、シリンダ孔軸線に対して平行に延びる接線として延びている。
【０００９】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、交線の接線が、腎臓形の開口区分によって形成されており、該腎臓形の開口区分が、シリンダドラム軸線を中心とした１つの周円に沿って延びており、該周円の方向における開口区分の長さが、該開口区分の端部において曲率半径が無限であるように寸法設定されている。
【００１０】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、種々異なるジオメトリの複数の区分から成っている。
【００１１】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、円錐区分として形成されている。
【００１２】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、楕円面区分として形成されている。
【００１３】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、球区分として形成されている。
【００１４】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、放物面区分として形成されている。
【００１５】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、双曲面区分として形成されている。
【００１６】
流体静力学式のピストン機械に用いられる本発明に係るシリンダドラムは、少なくとも１つのキドニポート／シリンダ孔移行部を有している。このキドニポート／シリンダ孔移行部は、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔に開口している。本発明に係るシリンダドラムでは、キドニポート／シリンダ孔移行部が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されている。これによって、キドニポート／シリンダ孔移行部の流れ抵抗が特に僅かとなる。これにより流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部によって、このキドニポート／シリンダ孔移行部での一層迅速なかつエネルギをほとんど消費しない一層有利なハイドロリック液通流もしくは圧力媒体通流が可能となる。圧力媒体搬送時の減少させられたエネルギ消費によって、本発明に係るシリンダドラムを使用する流体静力学式のピストン機械のエネルギ効率が高められている。これによって、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部を介したシリンダ孔への圧力媒体搬送もしくはシリンダ孔からの圧力媒体搬送が容易になっている。こうして、特にシリンダ孔内への圧力媒体の充填時、たとえば吸込み時に、より高い充填度が達成される。これによって、シリンダ孔の充填プロセスの容積効率もしくは本発明に係るシリンダドラムを使用する流体静力学式のピストン機械の容積効率が有利に高められている。
【００１７】
従属請求項には、本発明に係るシリンダドラムの有利な態様が記載してある。
【００１８】
有利には、シリンダドラムが焼結されている。この焼結によって、たとえば製造後の高い圧力の再度の使用を通じて、高い寸法安定性または、たとえば技術的な公差もしくは形状公差の維持が可能となる。これによって、流れ最適化された制御キドニポート／シリンダ孔移行部の高い品質および特に有利な幾何学的な形状を簡単に得ることができる。この場合、シリンダ孔から流入開口／流出開口への移行部の領域での切削加工は省略することができる。
【００１９】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部のジオメトリは、有利には、仕切り面の曲率が最小になるように選択されている。特に平らな面領域は存在していない。このためには、制御キドニポート／シリンダ孔移行部と、シリンダ孔軸線を含む平面との第１の交線および第２の交線が、それぞれ第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有しているようにジオメトリが選択されている。両曲率半径の中心点は、各交線の互いに異なる側に形成されている。さらに、この場合、両曲率半径が直接的に互いに移行し合っている。すなわち、両曲率半径の間に交線の直線的な線分が存在しておらず、第１の曲率半径から第２の曲率半径への移行部が交線の反転点を形成している。また、特に有利には、１つの交線の両曲率半径が、それぞれ同じ大きさに設定されている。この構成によって、面の曲率を最小にして、特にシリンダドラムが焼結されている場合には、製作を簡略化することができるだけでなく、流れ抵抗を減少させることもできる。
【００２０】
シリンダドラムの、制御プレートに向かって方向付けられた一方の端面に向かって、各交線の、この端面の近くに方向付けられた曲率半径が、この曲率半径に対する、シリンダ孔軸線に対して平行に延びる接線に移行している。すなわち、曲率半径が、シリンダドラムの、制御プレートに当て付けられた端面から幾分間隔を置いて始まっている。このような真っ直ぐな区分は、シリンダドラムの開口と制御プレートの制御キドニポートとの間の流れ移行部を改善する。
【００２１】
この場合、シリンダドラムに設けられた開口が同じく腎臓形であり、ひいては、シリンダ孔と制御プレートの制御キドニポートとの間でシリンダドラムに腎臓形の開口区分が形成されると特に有利である。この腎臓形の開口区分は、シリンダドラム軸線を中心とした、有利にはシリンダ孔が配置された周円と同一である周円に沿って延びている。したがって、半径方向では、腎臓形の開口区分がシリンダ孔に対してほぼ中心に配置されている。周円の周方向では、腎臓形の開口区分の延在長さが、ここでは、開口区分とシリンダ孔との間に直線的な移行部が形成されているように選択されている。したがって、この領域では、第１の半径と第２の半径とが無限となっている。
【００２２】
有利には、キドニポート／シリンダ孔移行部は、軸方向でそれぞれ異なるジオメトリの複数の区分から成っている。各区分は、それぞれキドニポート／シリンダ孔移行部の流れ最適化のために幾何学的に有利に形成することができる。区分は、有利には流れ最適化のために互いに調和される。
【００２３】
有利には、少なくとも１つの区分が、円錐区分または楕円面区分または特に球区分または放物面区分または双曲面区分として形成されている。区分の提案した幾何学的な形状によって、流れ最適化のために、区分の構成に多種多様な有利な可能性が与えられている。このような特に流れ最適化された複数の区分の組合せによって、流れ横断面を徐々に適合させて、特に流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部を得ることができる。たとえば、１つの区分および／またはキドニポート／シリンダ孔移行部全体の正確な幾何学的な形状は、流入開口もしくは流出開口の形状に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】公知先行技術に基づくシリンダドラムの横断面図である。
【図２】公知先行技術に基づくシリンダドラムの斜視図である。
【図３】本発明に係るシリンダドラムの横断面図である。
【図４】本発明に係るシリンダドラムの斜視図である。
【図５】充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づくシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図６】充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づく別のシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図７】充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係るシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図８】充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係る別のシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図９】本発明に係る別のシリンダドラムの領域の別の横断面図を斜視的に示す図である。
【図１０】開口区分のジオメトリを明示するためのシリンダドラムの、制御プレートに向けられた端面を示す図である。
【００２５】
流体静力学式のピストン機械に用いられる本発明に係るシリンダドラムの有利な実施の形態を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００２６】
図１には、公知先行技術に基づくシリンダドラム１の横断面図が示してある。図示の公知のシリンダドラム１は、ベースボディ１０と、ネック９と、このネック９をベースボディ１０に接続するネック／ベースボディ移行部１１とを有している。駆動軸（図示せず）を収容するためには、ベースボディ１０に回転対称的な中心の切欠き６が形成されていて、ネック９にハブ７が形成されている。切欠き６とハブ７とは、共通のシリンダドラム軸線８に沿って同軸的にかつ相前後して配置されている。さらに、ベースボディ１０には、腎臓形に形成されていてよい開口区分４と、第２の区分５０と、シリンダ孔２とが、共通のシリンダ孔軸線３に沿って同軸的にかつ列挙した順序で連続して配置されている。この場合、シリンダ孔軸線３とシリンダドラム軸線８とは平行に配置されている。
【００２７】
キドニポート／シリンダ孔移行部５が、キドニポート、つまり、腎臓形の開口区分４をシリンダ孔２に接続している。この場合、このシリンダ孔２の横断面は開口区分４の横断面よりも大きく設定されている。シリンダ孔２はピストン（図示せず）を収容するために働く。このピストンはシリンダ孔２内でシリンダ孔軸線３に沿って軸方向に摺動可能である。この場合、ピストンは滑動シュー（図示せず）に支持されている。さらに、この滑動シューは斜板（図示せず）に滑動可能に支持されている。シリンダ孔２内でのピストンの軸方向の運動時には、このピストンの軸方向の運動の向きに応じて、圧力媒体が第１の区分４とキドニポート／シリンダ孔移行部５とを通ってシリンダ孔２の内部に圧送されるかまたはシリンダ孔２の外部に圧送される。開口区分４と第２の区分５０との間だけでなく、この第２の区分５０とシリンダ孔２との間にも、それぞれ流れ方向に対して垂直に段部もしくは縁部が形成されている。縁部として、この明細書では、折り目もしくは０または少なくとも極めて０に近い曲率半径を備えた面領域が考えられる。段部と縁部とは、鋳造されたシリンダドラム中間製品の切削加工の結果、形成される。
【００２８】
図示の公知のシリンダドラム１は、キドニポート／シリンダ孔移行部５が流れ最適化されていないという欠点を有している。すなわち、キドニポート／シリンダ孔移行部５での圧力媒体通流時の流れ状況が、段部と縁部とを備えた幾何学的な構成に基づき不利となる。キドニポート／シリンダ孔移行部５は、特に流れ方向に対して垂直に延びる段部に基づき不利な絞り特性を有している。段部もしくは縁部によって、図示の形態では、キドニポート／シリンダ孔移行部５とシリンダ孔２との間に急激な移行部が形成される。流入した圧力媒体は、シリンダ孔２が圧力媒体で完全にかつ均一に充填されるように拡張することができない。圧力媒体で充填されていない第１の真空容積１４が残される（図５参照）。したがって、シリンダ孔２の充填度が圧力媒体流入の終了後に比較的僅かとなる。シリンダ孔２の排出時には、キドニポート／シリンダ孔移行部５での急激な移行によって圧力媒体に特別な障害が与えられている。この障害はキドニポート／シリンダ孔移行部５の絞り抵抗に繋がる。さらに、このキドニポート／シリンダ孔移行部５の絞り作用によって、相応の発熱が生じる。したがって、シリンダ孔２の充填プロセスの容積効率だけでなく、圧力媒体変換プロセスのエネルギ効率にも、全体的にまだ改善の余地が残されている。
【００２９】
便宜上、それぞれ１つのシリンダ孔２および相応の移行部５しか説明していない。しかし、当然ながら、公知先行技術によるシリンダドラム１だけでなく、本発明に係るシリンダドラム１にも、１つの周円に沿って全周にわたって分配された複数のこのような配置形態が設けられている。
【００３０】
図２には、公知先行技術に基づくシリンダドラム１の斜視図が示してある。図示のシリンダドラム１は、図１に示した公知のシリンダドラム１に相当している。図２には、ベースボディ１０と、ネック９と、このネック９内に形成されたハブ７と、シリンダ孔２の出口とを特に良好に認めることができる。ネック／ベースボディ移行部１１も同じく明確に認めることができる。
【００３１】
図３には、本発明に係るシリンダドラム１’の横断面図が示してある。この本発明に係るシリンダドラム１’は基本的に公知のシリンダドラム１に類似して形成されている。本発明に係るシリンダドラム１’は、本発明におけるベースボディ１０’と、同じく、このベースボディ１０’に、改善されたネック／ベースボディ移行部１１’を介して接続されたネック９とを有している。本発明におけるベースボディ１０’には、たとえば腎臓形の開口区分４’と、本発明により流れ最適化された第２の区分５０’と、第１のシリンダ孔区分２’ａおよび第２のシリンダ孔区分２’ｂを有するシリンダ孔２’とが、共通の軸線３に沿って同軸的にかつ列挙した順序で配置されている。第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとは切削により形成される。特にこの第２のシリンダ孔区分２’ｂには、高価値の表面が形成される。なぜならば、この表面がピストンと密に協働するからである。まず、シリンダドラム中間製品が焼結され、その後、このシリンダドラム中間製品が切削加工される。
【００３２】
本発明に係るシリンダドラム１’にも、本発明におけるベースボディ１０’に設けられた回転対称的な中心の切欠き６と、ネック９に設けられた、駆動軸（図示せず）を収容するためのハブ７とが形成されていて、シリンダ孔軸線３に対して平行に配置された共通のシリンダドラム軸線８に沿って同軸的に配置されている。シリンダ孔２’はピストン（図示せず）を収容するために働く。このピストンはシリンダ孔２’内でシリンダ孔軸線３に沿って軸方向に摺動可能である。圧力媒体を収容するために提供されるシリンダ孔２’内の容積は、ピストンの運動によって変化させられる。ピストンは滑動シュー（図示せず）を介して斜板（図示せず）に支持されている。シリンダ孔２’内でのピストンの軸方向の摺動時には、軸方向の運動の向きに相応して、圧力媒体が、本発明における流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’を介してシリンダ孔２’の内部に圧送されるかまたはシリンダ孔２’の外部に圧送される。本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部５’は腎臓形の開口区分４’を、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’を介して第１のシリンダ孔区分２’ａに接続している。腎臓形の開口区分４と、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’と、第１のシリンダ孔区分２’ａとは、シリンダ孔軸線３に沿って同軸的にこの順序で配置されている。腎臓形の開口区分４’は半径方向においてシリンダ孔２’の第１のシリンダ孔区分２’ａよりも小さな延在長さを有している。流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’は、このキドニポート／シリンダ孔移行部５’がその幾何学的な構成に基づきキドニポート／シリンダ孔移行部５’での圧力媒体通流時に有利な流れ状況を確保するという利点を有している。渦流形成に繋がる、段部もしくは縁部による急激な移行部は形成されていない。したがって、公知のシリンダドラム１に対して説明した欠点は生じない。改善されたジオメトリによって、１つには、シリンダ孔２’内への圧力媒体の流入時のシリンダ孔２’の高められた充填度が達成され、もう１つには、より僅かな絞り抵抗によるキドニポート／シリンダ孔移行部５’でのより僅かな発熱が達成される。こうして、本発明に係るシリンダドラム１’の運転時の容積効率だけでなく、圧力媒体変換プロセスのエネルギ効率も高められる。これによって、本発明に係るシリンダドラム１’を使用する流体静力学式のピストン機械の総効率が全体的に高められている。
【００３３】
図４には、本発明に係るシリンダドラム１’の斜視図が示してある。図４に示した本発明に係るシリンダドラム１’は、図３に示した本発明に係るシリンダドラム１’に相当している。図４には、本発明におけるベースボディ１０’が示してある。このベースボディ１０’には、ネック９が形成されている。このネック９には、ハブ７が形成されている。この場合、択一的なネック／ベースボディ移行部１１’が形成されており、このネック／ベースボディ移行部１１’をシリンダ孔２’が貫通しないようになっている。このためには、択一的なネック／ベースボディ移行部１１’に切欠き１１０が形成されている。この切欠き１１０によって、シリンダ孔２’が、シリンダ孔軸線３に対して垂直に延びる平らな面に開口している。このことは、あとで図９に相俟って詳しく説明する。
【００３４】
図５には、充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づくシリンダドラム１の所定の領域の横断面図が示してある。図示の領域は、公知のシリンダドラム１のキドニポート／シリンダ孔移行部５に相当している。粒子軌跡１２につき、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入時に生じる第１の圧力媒体流れ１３の様子が図示してある。開口区分４と第２の区分５０との幾何学的な構成もしくは開口区分４と第２の区分５０とにより形成された、第１の開口区分４からシリンダ孔２への流れ方向に対して垂直な縁部と段部とを備えた急激な移行部によって、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入時に第２の区分５０のシリンダ孔側の端部において第１の圧力媒体流れ１３に狭幅の圧力媒体噴流しか形成されない。シリンダ孔２内に流入した狭幅の圧力媒体噴流はシリンダ孔２の内部において、流体静力学式のピストン機械の通常運転中に生じるような高い圧力媒体速度の場合に緩速にしか拡張しない。すなわち、第１の圧力媒体流れ１３の著しい拡張はシリンダ孔２内の深いところで初めて生じる。これによって、シリンダ孔２内に第１の真空容積１４が形成される。この第１の真空容積１４は、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入後にも存在している。これによって、シリンダ孔２が部分的にしか圧力媒体で充填されていない。これによって、シリンダ孔２の充填度だけでなく、シリンダ孔２の充填プロセスの容積効率も比較的僅かとなる。特に流れ方向に対して垂直に形成された段部もしくは縁部によって生じる絞り効果は、すでに図１に対して説明してある。
【００３５】
図６には、充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づく別のシリンダドラム１の所定の領域の横断面図が示してある。図示の領域は、シリンダドラム１の周方向に細長い開口区分４’を有している。この開口区分４’は、制御プレートに設けられた制御キドニポートのジオメトリに適合されている。非回転対称的な第２の区分５０’’が、別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’において、細長い開口区分４’をシリンダ孔２’’に接続している。細長い開口区分４’と非回転対称的な第２の区分５０’’との幾何学的な構成によって、流入した圧力媒体が第２の圧力媒体流れ１３’に狭幅にひいては迅速に保たれる。ここでも、圧力媒体噴流が相応に高い速度でピストン（図示せず）に到達する。ここでも、無視することができない第２の真空容積１４’が形成される。この第２の真空容積１４’は、僅かな充填度と、僅かな容積効率とに繋がる。別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’の絞り作用は、この別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’の形態でも、高い発熱ひいては圧力媒体変換プロセス時の僅かなエネルギ効率に繋がる。
【００３６】
図７には、充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係るシリンダドラム１’の所定の領域の横断面図が示してある。本発明に係るシリンダドラム１’の図示のキドニポート／シリンダ孔移行部５’は流れ最適化されて形成されている。このためには、第２の区分５０’が段部および縁部なしに形成されている。シリンダ孔２’内への圧力媒体の流入時に、本発明におけるキドニポート／中空シリンダ移行部５’の、段部および縁部なしの流れ最適化された幾何学的な構成に基づき形成される最適化された第３の圧力媒体流れ１３’’が、粒子軌跡１２につき図示してある。第２の区分５０’の流れ最適化された構成によって、腎臓形の開口区分４から本発明における第２の区分５０’と、次いで、シリンダ孔２’とに流入した圧力媒体が、図５に示した事例よりも迅速に拡張することができる。これによって、シリンダ孔２’内に極めて小さな第３の真空容積１４’’しか形成されない。これによって、シリンダ孔２’が少なくともほぼ完全に圧力媒体で充填されている。したがって、シリンダ孔２’の充填度が特に高くなり、これによって、シリンダ孔２’の充填プロセスの容積効率も同じく相応に高められている。噴流が迅速に拡張するので、第３の圧力媒体流れ１３’’の広幅の領域における圧力媒体速度も低下する。これによって、圧力媒体が、より僅かな速度でピストン（図示せず）に衝突する。流れ最適化された本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部５’の絞り作用は全体的に低下させられていて、したがって、より有利となる。この利点に基づき、発熱ひいてはエネルギ損失が減少させられる。これによって、エネルギ効率が高められている。
【００３７】
図８には、充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係る別のシリンダドラム１’の所定の領域の横断面図が示してある。図８に示した領域は、細長い開口区分４’と、この細長い開口区分４’をシリンダ孔２’に接続する非回転対称的な第２の区分５０’’’とを有している。この場合、細長い開口区分４’と非回転対称的な第２の区分５０’’’とは、流入した圧力媒体噴流が第４の圧力媒体流れ１３’’’で迅速に拡張するように成形されている。このことは、この第４の圧力媒体流れ１３’’’における圧力媒体の緩速化に繋がる。これによって、図７に対して説明した利点がここでも得られる。
【００３８】
図９には、図８に示した本発明に係る別のシリンダドラム１’の領域の別の横断面図が示してある。この場合、切断平面はシリンダドラム軸線８とシリンダ孔軸線３とを通って延びている。腎臓形の開口区分４’と、この腎臓形の開口区分４’をシリンダ孔２’に接続する非回転対称的な第２の区分５０’’’とを特に良好に認めることができる。腎臓形の開口区分４’は、非回転対称的な第２の区分５０’’’への段部および縁部なしの移行部を形成している。さらに、非回転対称的な第２の区分５０’’’はシリンダ孔２’への段部および縁部なしの移行部を形成している。シリンダ孔２’の第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとは、図示の形態では、この第２のシリンダ孔区分２’ｂの切削加工後、ほぼ同一の半径を有している。段部および縁部なしの移行部によって、流入した圧力媒体噴流の迅速な拡張が可能となる。この拡張は、図７および図８において説明した利点に繋がる。
【００３９】
有利には、本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部は、シリンダ孔軸線３に関して軸方向に連続した、種々異なるジオメトリの１つまたはそれ以上の区分から成っている。
【００４０】
円筒状の開口区分の事例では、個々の区分が、特に丸み付けられた区分が両側に続く円錐区分、楕円面区分、放物面区分または双曲面区分として形成されていることによって、流れ最適化のために、有利に形成された多種多様な区分または区分列を得ることができる。
【００４１】
有利には、図９に示したように、軸方向に連続した少なくとも２つの区分が形成される。これらの区分は、シリンダ孔２’の長手方向における断面図において、第１の交線２０および第２の交線２１によって形成されていて、互いに逆方向に湾曲させられた円弧区分を形成している。シリンダ孔２’の壁と、制御キドニポートに向かう開口区分４’の壁とは、有利には接線方向でこの湾曲部に移行している。したがって、第１の交線２０および第２の交線２１はその各曲率半径に対する接線Ｔ１；Ｔ２を有している。この接線Ｔ１；Ｔ２は、腎臓形の開口区分４’の仕切りによって形成される。交線２０，２１は、シリンダドラム１’と１つの平面との交差によって形成される。この場合、この平面は、図示の断面図では、シリンダドラム軸線８とシリンダ孔軸線３とを含んでいる。
【００４２】
第２の交線２１に対して、この第２の交線２１が、主として、曲率半径Ｒ１，Ｒ２を備えた２つの円弧区分によって形成されることが明瞭に図示してある。両円弧区分には、それぞれ接線方向で接線Ｔ２もしくはシリンダ孔２’が続いている。この構成は、シリンダドラム１’の焼結された図示の中間製品に適用される。切削加工後、すでに説明したように、シリンダ孔２’に第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとが形成される。
【００４３】
第２の交線２１の互いに移行し合う曲率半径Ｒ１，Ｒ２の中心点は、第２の交線２１のそれぞれ異なる側に位置している。第１の曲率半径Ｒ１から第２の曲率半径Ｒ２への移行時には、第２の交線２１の反転点が形成されている。両曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、有利には、例示したように、同じ大きさに設定されていて、たとえばシリンダドラム１’の典型的なジオメトリに対して３ミリメートルであってよい。
【００４４】
符号２２，２３で示した両線は縁部を成すものではなく、単に腎臓形の開口区分４’への第１の曲率半径Ｒ１の移行部もしくはシリンダ孔２’への第２の曲率半径Ｒ２の移行部、つまり、各曲率半径への各接線の接触点の位置を図示するために使用したものである。両線の間には、反転点の位置が破線で図示してある。
【００４５】
すでに説明したように、腎臓形の開口区分４’からシリンダ孔２’への移行部の図示の構成では、平らな面状エレメントが存在していない。特に曲率半径Ｒ１，Ｒ２を備えた両湾曲部の直接的な移行によって、可能な限り大きな曲率半径の構成が可能となる。図示の交線２０，２１を形成する平面がシリンダ孔軸線３を中心として回動させられる場合には、容易に明らかであるように、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が変化させられる。しかし、この場合、両曲率半径Ｒ１，Ｒ２が、有利には同じ大きさに設定されていることは変わらない。図９に示した腎臓形の開口区分４’の、線２２，２３が接触する後方の領域では、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が無限となり、これによって、ここで、腎臓形の開口区分４’の端部からシリンダ孔２’への直線的な移行が行われる。
【００４６】
シリンダ孔２’の、腎臓形の開口区分４’と反対の側の端部には、平らな面２５が形成されている。この平らな面２５は切削加工によってシリンダ孔２’を取り囲んで形成されている。平らな面２５は、シリンダ孔軸線に対して垂直に延びる平面に位置している。平らな面２５は、シリンダ孔２’をさらに切削加工するために使用される工具に対する当付け面として働く。
【００４７】
図１０には、腎臓形の開口区分４’の位置が明示してある。図面をより見やすくするため、ただ１つの腎臓形の開口区分４’にしか符号を付していない。この腎臓形の開口区分４’が１つの周円２６に沿って延びていることを認めることができる。この周円２６は、シリンダ孔２’が配置された周円と同一である。周方向での腎臓形の開口区分４’の細長い形状に基づき、図９に示したように、前述した非回転対称的なジオメトリが得られる。その結果、端部２７，２８の領域での移行が直線的となる。半径方向における腎臓形の開口区分４’の、この腎臓形の開口区分４’の幅に相当する延在長さは、シリンダ孔２’の直径よりも小さく設定されている。
【００４８】
本発明は、図示の実施の形態に限定されていない。むしろ、これらの実施の形態の個々の特徴を、有利には互いに組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１’ シリンダドラム
２，２’，２’’ シリンダ孔
２’ａ 第１のシリンダ孔区分
２’ｂ 第２のシリンダ孔区分
３ シリンダ孔軸線
４，４’ 開口区分
５，５’，５’’ キドニポート／シリンダ孔移行部
６ 切欠き
７ ハブ
８ シリンダドラム軸線
９ ネック
１０，１０’ ベースボディ
１１，１１’ ネック／ベースボディ移行部
１２ 粒子軌跡
１３，１３’，１３’’，１３’’’ 圧力媒体流れ
１４，１４’，１４’’ 真空容積
２０ 第１の交線
２１ 第２の交線
２２ 線
２３ 線
２５ 平らな面
２６ 周円
２７ 端部
２８ 端部
５０，５０’，５０’’，５０’’’ 第２の区分
１１０ 切欠き
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径
Ｔ１，Ｔ２ 接線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラムであって、少なくとも１つの制御キドニポート／シリンダ孔移行部が設けられており、該制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔に開口している形式のものに関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第４３４１８４６号明細書に基づき、流体静力学式のピストン機械が公知である。この公知のピストン機械はシリンダドラムを有している。このシリンダドラムには、少なくとも１つのシリンダ孔が形成されている。このシリンダ孔内では、ピストンが昇降運動可能である。このピストンの運動は斜板を介して制御される。この斜板には、ピストンが滑動シューによって支持されている。シリンダドラムは、ピストンが突出しない端面側に接触面を有している。この接触面でシリンダドラムは制御板に接触している。この制御板には、２つの制御キドニポート、つまり、腎臓形の制御開口が形成されている。一方の制御キドニポートが流入開口として形成されているのに対して、他方の制御キドニポートは流出開口として形成されている。シリンダドラム内では、シリンダ孔と、シリンダドラムの、ピストンが突出しない端面側に設けられた接触面との間にキドニポート／シリンダ孔移行部が形成されている。シリンダドラムがその回転軸線を中心として回転する場合には、シリンダドラムの接触面が、制御板の、向かい合って位置する接触面にわたって滑動する。この場合、キドニポート／シリンダ孔移行部がシリンダ孔を、ポンプの事例で吸込み接続部に接続された流入開口と、同じくポンプの事例で吐出し接続部に接続された流出開口とに交互に接続する。シリンダ孔内でのピストンの下降運動時には、ハイドロリック液がキドニポート／シリンダ孔移行部を介してシリンダ孔の内部に圧送される。これに対して、上昇運動の間には、ハイドロリック液がシリンダ孔からキドニポート／シリンダ孔移行部を介してシリンダ孔の外部に圧送される。開示されたシリンダドラムは、シリンダ孔内でのピストンの１回の下降運動時に比較的少ないハイドロリック液しかシリンダ孔内に圧送されないという欠点を有している。したがって、斜板に付与された旋回角では、シリンダドラム１回転あたり、比較的少ないハイドロリック液しか一方の制御キドニポートから他方の制御キドニポートに圧送することができない。
【０００３】
したがって、本発明の課題は、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラムを改良して、より高い容積効率が得られるようにすることである。
【０００４】
この課題を解決するために本発明に係るシリンダドラムでは、制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されているようにした。
【０００５】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、シリンダドラムが焼結されている。
【０００６】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、制御キドニポート／シリンダ孔移行部と、シリンダ孔軸線を含む平面との第１の交線および第２の交線が、それぞれ第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有しており、両曲率半径の中心点が、交線の互いに異なる側に形成されており、両曲率半径の移行部が、それぞれ反転点を形成している。
【０００７】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、それぞれ１つの交線の第１の曲率半径と第２の曲率半径とが、同じ大きさに設定されている。
【０００８】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、交線が、シリンダドラムの端面に近い方に位置する曲率半径に続いて、該曲率半径に対する、シリンダ孔軸線に対して平行に延びる接線として延びている。
【０００９】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、交線の接線が、腎臓形の開口区分によって形成されており、該腎臓形の開口区分が、シリンダドラム軸線を中心とした１つの周円に沿って延びており、該周円の方向における開口区分の長さが、該開口区分の端部において曲率半径が無限であるように寸法設定されている。
【００１０】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、制御キドニポート／シリンダ孔移行部が、種々異なるジオメトリの複数の区分から成っている。
【００１１】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、円錐区分として形成されている。
【００１２】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、楕円面区分として形成されている。
【００１３】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、球区分として形成されている。
【００１４】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、放物面区分として形成されている。
【００１５】
本発明に係るシリンダドラムの有利な態様によれば、少なくとも１つの区分が、双曲面区分として形成されている。
【００１６】
流体静力学式のピストン機械に用いられる本発明に係るシリンダドラムは、少なくとも１つのキドニポート／シリンダ孔移行部を有している。このキドニポート／シリンダ孔移行部は、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔に開口している。本発明に係るシリンダドラムでは、キドニポート／シリンダ孔移行部が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されている。これによって、キドニポート／シリンダ孔移行部の流れ抵抗が特に僅かとなる。これにより流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部によって、このキドニポート／シリンダ孔移行部での一層迅速なかつエネルギをほとんど消費しない一層有利なハイドロリック液通流もしくは圧力媒体通流が可能となる。圧力媒体搬送時の減少させられたエネルギ消費によって、本発明に係るシリンダドラムを使用する流体静力学式のピストン機械のエネルギ効率が高められている。これによって、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部を介したシリンダ孔への圧力媒体搬送もしくはシリンダ孔からの圧力媒体搬送が容易になっている。こうして、特にシリンダ孔内への圧力媒体の充填時、たとえば吸込み時に、より高い充填度が達成される。これによって、シリンダ孔の充填プロセスの容積効率もしくは本発明に係るシリンダドラムを使用する流体静力学式のピストン機械の容積効率が有利に高められている。
【００１７】
従属請求項には、本発明に係るシリンダドラムの有利な態様が記載してある。
【００１８】
有利には、シリンダドラムが焼結されている。この焼結によって、たとえば製造後の高い圧力の再度の使用を通じて、高い寸法安定性または、たとえば技術的な公差もしくは形状公差の維持が可能となる。これによって、流れ最適化された制御キドニポート／シリンダ孔移行部の高い品質および特に有利な幾何学的な形状を簡単に得ることができる。この場合、シリンダ孔から流入開口／流出開口への移行部の領域での切削加工は省略することができる。
【００１９】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部のジオメトリは、有利には、仕切り面の曲率が最小になるように選択されている。特に平らな面領域は存在していない。このためには、制御キドニポート／シリンダ孔移行部と、シリンダ孔軸線を含む平面との第１の交線および第２の交線が、それぞれ第１の曲率半径と第２の曲率半径とを有しているようにジオメトリが選択されている。両曲率半径の中心点は、各交線の互いに異なる側に形成されている。さらに、この場合、両曲率半径が直接的に互いに移行し合っている。すなわち、両曲率半径の間に交線の直線的な線分が存在しておらず、第１の曲率半径から第２の曲率半径への移行部が交線の反転点を形成している。また、特に有利には、１つの交線の両曲率半径が、それぞれ同じ大きさに設定されている。この構成によって、面の曲率を最小にして、特にシリンダドラムが焼結されている場合には、製作を簡略化することができるだけでなく、流れ抵抗を減少させることもできる。
【００２０】
シリンダドラムの、制御プレートに向かって方向付けられた一方の端面に向かって、各交線の、この端面の近くに方向付けられた曲率半径が、この曲率半径に対する、シリンダ孔軸線に対して平行に延びる接線に移行している。すなわち、曲率半径が、シリンダドラムの、制御プレートに当て付けられた端面から幾分間隔を置いて始まっている。このような真っ直ぐな区分は、シリンダドラムの開口と制御プレートの制御キドニポートとの間の流れ移行部を改善する。
【００２１】
この場合、シリンダドラムに設けられた開口が同じく腎臓形であり、ひいては、シリンダ孔と制御プレートの制御キドニポートとの間でシリンダドラムに腎臓形の開口区分が形成されると特に有利である。この腎臓形の開口区分は、シリンダドラム軸線を中心とした、有利にはシリンダ孔が配置された周円と同一である周円に沿って延びている。したがって、半径方向では、腎臓形の開口区分がシリンダ孔に対してほぼ中心に配置されている。周円の周方向では、腎臓形の開口区分の延在長さが、ここでは、開口区分とシリンダ孔との間に直線的な移行部が形成されているように選択されている。したがって、この領域では、第１の半径と第２の半径とが無限となっている。
【００２２】
有利には、キドニポート／シリンダ孔移行部は、軸方向でそれぞれ異なるジオメトリの複数の区分から成っている。各区分は、それぞれキドニポート／シリンダ孔移行部の流れ最適化のために幾何学的に有利に形成することができる。区分は、有利には流れ最適化のために互いに調和される。
【００２３】
有利には、少なくとも１つの区分が、円錐区分または楕円面区分または特に球区分または放物面区分または双曲面区分として形成されている。区分の提案した幾何学的な形状によって、流れ最適化のために、区分の構成に多種多様な有利な可能性が与えられている。このような特に流れ最適化された複数の区分の組合せによって、流れ横断面を徐々に適合させて、特に流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部を得ることができる。たとえば、１つの区分および／またはキドニポート／シリンダ孔移行部全体の正確な幾何学的な形状は、流入開口もしくは流出開口の形状に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】公知先行技術に基づくシリンダドラムの横断面図である。
【図２】公知先行技術に基づくシリンダドラムの斜視図である。
【図３】本発明に係るシリンダドラムの横断面図である。
【図４】本発明に係るシリンダドラムの斜視図である。
【図５】充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づくシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図６】充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づく別のシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図７】充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係るシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図８】充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係る別のシリンダドラムの所定の領域の横断面図である。
【図９】本発明に係る別のシリンダドラムの領域の別の横断面図を斜視的に示す図である。
【図１０】開口区分のジオメトリを明示するためのシリンダドラムの、制御プレートに向けられた端面を示す図である。
【００２５】
流体静力学式のピストン機械に用いられる本発明に係るシリンダドラムの有利な実施の形態を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００２６】
図１には、公知先行技術に基づくシリンダドラム１の横断面図が示してある。図示の公知のシリンダドラム１は、ベースボディ１０と、ネック９と、このネック９をベースボディ１０に接続するネック／ベースボディ移行部１１とを有している。駆動軸（図示せず）を収容するためには、ベースボディ１０に回転対称的な中心の切欠き６が形成されていて、ネック９にハブ７が形成されている。切欠き６とハブ７とは、共通のシリンダドラム軸線８に沿って同軸的にかつ相前後して配置されている。さらに、ベースボディ１０には、腎臓形に形成されていてよい開口区分４と、第２の区分５０と、シリンダ孔２とが、共通のシリンダ孔軸線３に沿って同軸的にかつ列挙した順序で連続して配置されている。この場合、シリンダ孔軸線３とシリンダドラム軸線８とは平行に配置されている。
【００２７】
キドニポート／シリンダ孔移行部５が、キドニポート、つまり、腎臓形の開口区分４をシリンダ孔２に接続している。この場合、このシリンダ孔２の横断面は開口区分４の横断面よりも大きく設定されている。シリンダ孔２はピストン（図示せず）を収容するために働く。このピストンはシリンダ孔２内でシリンダ孔軸線３に沿って軸方向に摺動可能である。この場合、ピストンは滑動シュー（図示せず）に支持されている。さらに、この滑動シューは斜板（図示せず）に滑動可能に支持されている。シリンダ孔２内でのピストンの軸方向の運動時には、このピストンの軸方向の運動の向きに応じて、圧力媒体が第１の区分４とキドニポート／シリンダ孔移行部５とを通ってシリンダ孔２の内部に圧送されるかまたはシリンダ孔２の外部に圧送される。開口区分４と第２の区分５０との間だけでなく、この第２の区分５０とシリンダ孔２との間にも、それぞれ流れ方向に対して垂直に段部もしくは縁部が形成されている。縁部として、この明細書では、折り目もしくは０または少なくとも極めて０に近い曲率半径を備えた面領域が考えられる。段部と縁部とは、鋳造されたシリンダドラム中間製品の切削加工の結果、形成される。
【００２８】
図示の公知のシリンダドラム１は、キドニポート／シリンダ孔移行部５が流れ最適化されていないという欠点を有している。すなわち、キドニポート／シリンダ孔移行部５での圧力媒体通流時の流れ状況が、段部と縁部とを備えた幾何学的な構成に基づき不利となる。キドニポート／シリンダ孔移行部５は、特に流れ方向に対して垂直に延びる段部に基づき不利な絞り特性を有している。段部もしくは縁部によって、図示の形態では、キドニポート／シリンダ孔移行部５とシリンダ孔２との間に急激な移行部が形成される。流入した圧力媒体は、シリンダ孔２が圧力媒体で完全にかつ均一に充填されるように拡張することができない。圧力媒体で充填されていない第１の真空容積１４が残される（図５参照）。したがって、シリンダ孔２の充填度が圧力媒体流入の終了後に比較的僅かとなる。シリンダ孔２の排出時には、キドニポート／シリンダ孔移行部５での急激な移行によって圧力媒体に特別な障害が与えられている。この障害はキドニポート／シリンダ孔移行部５の絞り抵抗に繋がる。さらに、このキドニポート／シリンダ孔移行部５の絞り作用によって、相応の発熱が生じる。したがって、シリンダ孔２の充填プロセスの容積効率だけでなく、圧力媒体変換プロセスのエネルギ効率にも、全体的にまだ改善の余地が残されている。
【００２９】
便宜上、それぞれ１つのシリンダ孔２および相応の移行部５しか説明していない。しかし、当然ながら、公知先行技術によるシリンダドラム１だけでなく、本発明に係るシリンダドラム１にも、１つの周円に沿って全周にわたって分配された複数のこのような配置形態が設けられている。
【００３０】
図２には、公知先行技術に基づくシリンダドラム１の斜視図が示してある。図示のシリンダドラム１は、図１に示した公知のシリンダドラム１に相当している。図２には、ベースボディ１０と、ネック９と、このネック９内に形成されたハブ７と、シリンダ孔２の出口とを特に良好に認めることができる。ネック／ベースボディ移行部１１も同じく明確に認めることができる。
【００３１】
図３には、本発明に係るシリンダドラム１’の横断面図が示してある。この本発明に係るシリンダドラム１’は基本的に公知のシリンダドラム１に類似して形成されている。本発明に係るシリンダドラム１’は、本発明におけるベースボディ１０’と、同じく、このベースボディ１０’に、改善されたネック／ベースボディ移行部１１’を介して接続されたネック９とを有している。本発明におけるベースボディ１０’には、たとえば腎臓形の開口区分４’と、本発明により流れ最適化された第２の区分５０’と、第１のシリンダ孔区分２’ａおよび第２のシリンダ孔区分２’ｂを有するシリンダ孔２’とが、共通の軸線３に沿って同軸的にかつ列挙した順序で配置されている。第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとは切削により形成される。特にこの第２のシリンダ孔区分２’ｂには、高価値の表面が形成される。なぜならば、この表面がピストンと密に協働するからである。まず、シリンダドラム中間製品が焼結され、その後、このシリンダドラム中間製品が切削加工される。
【００３２】
本発明に係るシリンダドラム１’にも、本発明におけるベースボディ１０’に設けられた回転対称的な中心の切欠き６と、ネック９に設けられた、駆動軸（図示せず）を収容するためのハブ７とが形成されていて、シリンダ孔軸線３に対して平行に配置された共通のシリンダドラム軸線８に沿って同軸的に配置されている。シリンダ孔２’はピストン（図示せず）を収容するために働く。このピストンはシリンダ孔２’内でシリンダ孔軸線３に沿って軸方向に摺動可能である。圧力媒体を収容するために提供されるシリンダ孔２’内の容積は、ピストンの運動によって変化させられる。ピストンは滑動シュー（図示せず）を介して斜板（図示せず）に支持されている。シリンダ孔２’内でのピストンの軸方向の摺動時には、軸方向の運動の向きに相応して、圧力媒体が、本発明における流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’を介してシリンダ孔２’の内部に圧送されるかまたはシリンダ孔２’の外部に圧送される。本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部５’は腎臓形の開口区分４’を、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’を介して第１のシリンダ孔区分２’ａに接続している。腎臓形の開口区分４と、流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’と、第１のシリンダ孔区分２’ａとは、シリンダ孔軸線３に沿って同軸的にこの順序で配置されている。腎臓形の開口区分４’は半径方向においてシリンダ孔２’の第１のシリンダ孔区分２’ａよりも小さな延在長さを有している。流れ最適化されたキドニポート／シリンダ孔移行部５’は、このキドニポート／シリンダ孔移行部５’がその幾何学的な構成に基づきキドニポート／シリンダ孔移行部５’での圧力媒体通流時に有利な流れ状況を確保するという利点を有している。渦流形成に繋がる、段部もしくは縁部による急激な移行部は形成されていない。したがって、公知のシリンダドラム１に対して説明した欠点は生じない。改善されたジオメトリによって、１つには、シリンダ孔２’内への圧力媒体の流入時のシリンダ孔２’の高められた充填度が達成され、もう１つには、より僅かな絞り抵抗によるキドニポート／シリンダ孔移行部５’でのより僅かな発熱が達成される。こうして、本発明に係るシリンダドラム１’の運転時の容積効率だけでなく、圧力媒体変換プロセスのエネルギ効率も高められる。これによって、本発明に係るシリンダドラム１’を使用する流体静力学式のピストン機械の総効率が全体的に高められている。
【００３３】
図４には、本発明に係るシリンダドラム１’の斜視図が示してある。図４に示した本発明に係るシリンダドラム１’は、図３に示した本発明に係るシリンダドラム１’に相当している。図４には、本発明におけるベースボディ１０’が示してある。このベースボディ１０’には、ネック９が形成されている。このネック９には、ハブ７が形成されている。この場合、択一的なネック／ベースボディ移行部１１’が形成されており、このネック／ベースボディ移行部１１’をシリンダ孔２’が貫通しないようになっている。このためには、択一的なネック／ベースボディ移行部１１’に切欠き１１０が形成されている。この切欠き１１０によって、シリンダ孔２’が、シリンダ孔軸線３に対して垂直に延びる平らな面に開口している。このことは、あとで図９に相俟って詳しく説明する。
【００３４】
図５には、充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づくシリンダドラム１の所定の領域の横断面図が示してある。図示の領域は、公知のシリンダドラム１のキドニポート／シリンダ孔移行部５に相当している。粒子軌跡１２につき、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入時に生じる第１の圧力媒体流れ１３の様子が図示してある。開口区分４と第２の区分５０との幾何学的な構成もしくは開口区分４と第２の区分５０とにより形成された、第１の開口区分４からシリンダ孔２への流れ方向に対して垂直な縁部と段部とを備えた急激な移行部によって、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入時に第２の区分５０のシリンダ孔側の端部において第１の圧力媒体流れ１３に狭幅の圧力媒体噴流しか形成されない。シリンダ孔２内に流入した狭幅の圧力媒体噴流はシリンダ孔２の内部において、流体静力学式のピストン機械の通常運転中に生じるような高い圧力媒体速度の場合に緩速にしか拡張しない。すなわち、第１の圧力媒体流れ１３の著しい拡張はシリンダ孔２内の深いところで初めて生じる。これによって、シリンダ孔２内に第１の真空容積１４が形成される。この第１の真空容積１４は、シリンダ孔２内への圧力媒体の流入後にも存在している。これによって、シリンダ孔２が部分的にしか圧力媒体で充填されていない。これによって、シリンダ孔２の充填度だけでなく、シリンダ孔２の充填プロセスの容積効率も比較的僅かとなる。特に流れ方向に対して垂直に形成された段部もしくは縁部によって生じる絞り効果は、すでに図１に対して説明してある。
【００３５】
図６には、充填流れの粒子軌跡を描いた公知先行技術に基づく別のシリンダドラム１の所定の領域の横断面図が示してある。図示の領域は、シリンダドラム１の周方向に細長い開口区分４’を有している。この開口区分４’は、制御プレートに設けられた制御キドニポートのジオメトリに適合されている。非回転対称的な第２の区分５０’’が、別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’において、細長い開口区分４’をシリンダ孔２’’に接続している。細長い開口区分４’と非回転対称的な第２の区分５０’’との幾何学的な構成によって、流入した圧力媒体が第２の圧力媒体流れ１３’に狭幅にひいては迅速に保たれる。ここでも、圧力媒体噴流が相応に高い速度でピストン（図示せず）に到達する。ここでも、無視することができない第２の真空容積１４’が形成される。この第２の真空容積１４’は、僅かな充填度と、僅かな容積効率とに繋がる。別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’の絞り作用は、この別のキドニポート／シリンダ孔移行部５’’の形態でも、高い発熱ひいては圧力媒体変換プロセス時の僅かなエネルギ効率に繋がる。
【００３６】
図７には、充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係るシリンダドラム１’の所定の領域の横断面図が示してある。本発明に係るシリンダドラム１’の図示のキドニポート／シリンダ孔移行部５’は流れ最適化されて形成されている。このためには、第２の区分５０’が段部および縁部なしに形成されている。シリンダ孔２’内への圧力媒体の流入時に、本発明におけるキドニポート／中空シリンダ移行部５’の、段部および縁部なしの流れ最適化された幾何学的な構成に基づき形成される最適化された第３の圧力媒体流れ１３’’が、粒子軌跡１２につき図示してある。第２の区分５０’の流れ最適化された構成によって、腎臓形の開口区分４から本発明における第２の区分５０’と、次いで、シリンダ孔２’とに流入した圧力媒体が、図５に示した事例よりも迅速に拡張することができる。これによって、シリンダ孔２’内に極めて小さな第３の真空容積１４’’しか形成されない。これによって、シリンダ孔２’が少なくともほぼ完全に圧力媒体で充填されている。したがって、シリンダ孔２’の充填度が特に高くなり、これによって、シリンダ孔２’の充填プロセスの容積効率も同じく相応に高められている。噴流が迅速に拡張するので、第３の圧力媒体流れ１３’’の広幅の領域における圧力媒体速度も低下する。これによって、圧力媒体が、より僅かな速度でピストン（図示せず）に衝突する。流れ最適化された本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部５’の絞り作用は全体的に低下させられていて、したがって、より有利となる。この利点に基づき、発熱ひいてはエネルギ損失が減少させられる。これによって、エネルギ効率が高められている。
【００３７】
図８には、充填流れの粒子軌跡を描いた本発明に係る別のシリンダドラム１’の所定の領域の横断面図が示してある。図８に示した領域は、細長い開口区分４’と、この細長い開口区分４’をシリンダ孔２’に接続する非回転対称的な第２の区分５０’’’とを有している。この場合、細長い開口区分４’と非回転対称的な第２の区分５０’’’とは、流入した圧力媒体噴流が第４の圧力媒体流れ１３’’’で迅速に拡張するように成形されている。このことは、この第４の圧力媒体流れ１３’’’における圧力媒体の緩速化に繋がる。これによって、図７に対して説明した利点がここでも得られる。
【００３８】
図９には、図８に示した本発明に係る別のシリンダドラム１’の領域の別の横断面図が示してある。この場合、切断平面はシリンダドラム軸線８とシリンダ孔軸線３とを通って延びている。腎臓形の開口区分４’と、この腎臓形の開口区分４’をシリンダ孔２’に接続する非回転対称的な第２の区分５０’’’とを特に良好に認めることができる。腎臓形の開口区分４’は、非回転対称的な第２の区分５０’’’への段部および縁部なしの移行部を形成している。さらに、非回転対称的な第２の区分５０’’’はシリンダ孔２’への段部および縁部なしの移行部を形成している。シリンダ孔２’の第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとは、図示の形態では、この第２のシリンダ孔区分２’ｂの切削加工後、ほぼ同一の半径を有している。段部および縁部なしの移行部によって、流入した圧力媒体噴流の迅速な拡張が可能となる。この拡張は、図７および図８において説明した利点に繋がる。
【００３９】
有利には、本発明におけるキドニポート／シリンダ孔移行部は、シリンダ孔軸線３に関して軸方向に連続した、種々異なるジオメトリの１つまたはそれ以上の区分から成っている。
【００４０】
円筒状の開口区分の事例では、個々の区分が、特に丸み付けられた区分が両側に続く円錐区分、楕円面区分、放物面区分または双曲面区分として形成されていることによって、流れ最適化のために、有利に形成された多種多様な区分または区分列を得ることができる。
【００４１】
有利には、図９に示したように、軸方向に連続した少なくとも２つの区分が形成される。これらの区分は、シリンダ孔２’の長手方向における断面図において、第１の交線２０および第２の交線２１によって形成されていて、互いに逆方向に湾曲させられた円弧区分を形成している。シリンダ孔２’の壁と、制御キドニポートに向かう開口区分４’の壁とは、有利には接線方向でこの湾曲部に移行している。したがって、第１の交線２０および第２の交線２１はその各曲率半径に対する接線Ｔ１；Ｔ２を有している。この接線Ｔ１；Ｔ２は、腎臓形の開口区分４’の仕切りによって形成される。交線２０，２１は、シリンダドラム１’と１つの平面との交差によって形成される。この場合、この平面は、図示の断面図では、シリンダドラム軸線８とシリンダ孔軸線３とを含んでいる。
【００４２】
第２の交線２１に対して、この第２の交線２１が、主として、曲率半径Ｒ１，Ｒ２を備えた２つの円弧区分によって形成されることが明瞭に図示してある。両円弧区分には、それぞれ接線方向で接線Ｔ２もしくはシリンダ孔２’が続いている。この構成は、シリンダドラム１’の焼結された図示の中間製品に適用される。切削加工後、すでに説明したように、シリンダ孔２’に第１のシリンダ孔区分２’ａと第２のシリンダ孔区分２’ｂとが形成される。
【００４３】
第２の交線２１の互いに移行し合う曲率半径Ｒ１，Ｒ２の中心点は、第２の交線２１のそれぞれ異なる側に位置している。第１の曲率半径Ｒ１から第２の曲率半径Ｒ２への移行時には、第２の交線２１の反転点が形成されている。両曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、有利には、例示したように、同じ大きさに設定されていて、たとえばシリンダドラム１’の典型的なジオメトリに対して３ミリメートルであってよい。
【００４４】
符号２２，２３で示した両線は縁部を成すものではなく、単に腎臓形の開口区分４’への第１の曲率半径Ｒ１の移行部もしくはシリンダ孔２’への第２の曲率半径Ｒ２の移行部、つまり、各曲率半径への各接線の接触点の位置を図示するために使用したものである。両線の間には、反転点の位置が破線で図示してある。
【００４５】
すでに説明したように、腎臓形の開口区分４’からシリンダ孔２’への移行部の図示の構成では、平らな面状エレメントが存在していない。特に曲率半径Ｒ１，Ｒ２を備えた両湾曲部の直接的な移行によって、可能な限り大きな曲率半径の構成が可能となる。図示の交線２０，２１を形成する平面がシリンダ孔軸線３を中心として回動させられる場合には、容易に明らかであるように、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が変化させられる。しかし、この場合、両曲率半径Ｒ１，Ｒ２が、有利には同じ大きさに設定されていることは変わらない。図９に示した腎臓形の開口区分４’の、線２２，２３が接触する後方の領域では、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が無限となり、これによって、ここで、腎臓形の開口区分４’の端部からシリンダ孔２’への直線的な移行が行われる。
【００４６】
シリンダ孔２’の、腎臓形の開口区分４’と反対の側の端部には、平らな面２５が形成されている。この平らな面２５は切削加工によってシリンダ孔２’を取り囲んで形成されている。平らな面２５は、シリンダ孔軸線に対して垂直に延びる平面に位置している。平らな面２５は、シリンダ孔２’をさらに切削加工するために使用される工具に対する当付け面として働く。
【００４７】
図１０には、腎臓形の開口区分４’の位置が明示してある。図面をより見やすくするため、ただ１つの腎臓形の開口区分４’にしか符号を付していない。この腎臓形の開口区分４’が１つの周円２６に沿って延びていることを認めることができる。この周円２６は、シリンダ孔２’が配置された周円と同一である。周方向での腎臓形の開口区分４’の細長い形状に基づき、図９に示したように、前述した非回転対称的なジオメトリが得られる。その結果、端部２７，２８の領域での移行が直線的となる。半径方向における腎臓形の開口区分４’の、この腎臓形の開口区分４’の幅に相当する延在長さは、シリンダ孔２’の直径よりも小さく設定されている。
【００４８】
本発明は、図示の実施の形態に限定されていない。むしろ、これらの実施の形態の個々の特徴を、有利には互いに組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１’ シリンダドラム
２，２’，２’’ シリンダ孔
２’ａ 第１のシリンダ孔区分
２’ｂ 第２のシリンダ孔区分
３ シリンダ孔軸線
４，４’ 開口区分
５，５’，５’’ キドニポート／シリンダ孔移行部
６ 切欠き
７ ハブ
８ シリンダドラム軸線
９ ネック
１０，１０’ ベースボディ
１１，１１’ ネック／ベースボディ移行部
１２ 粒子軌跡
１３，１３’，１３’’，１３’’’ 圧力媒体流れ
１４，１４’，１４’’ 真空容積
２０ 第１の交線
２１ 第２の交線
２２ 線
２３ 線
２５ 平らな面
２６ 周円
２７ 端部
２８ 端部
５０，５０’，５０’’，５０’’’ 第２の区分
１１０ 切欠き
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径
Ｔ１，Ｔ２ 接線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラム（１’）であって、少なくとも１つの制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が設けられており、該制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔（２，２’ａ）に開口している形式のものにおいて、制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されていることを特徴とする、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラム。
【請求項２】
シリンダドラム（１’）が焼結されている、請求項１記載のシリンダドラム。
【請求項３】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）と、シリンダ孔軸線（３）を含む平面との第１の交線（２０）および第２の交線（２１）が、それぞれ第１の曲率半径（Ｒ１）と第２の曲率半径（Ｒ２）とを有しており、両曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）の中心点が、交線（２０，２１）の互いに異なる側に形成されており、両曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）の移行部が、それぞれ反転点を形成している、請求項１または２記載のシリンダドラム。
【請求項４】
それぞれ１つの交線（２０，２１）の第１の曲率半径（Ｒ１）と第２の曲率半径（Ｒ２）とが、同じ大きさに設定されている、請求項３記載のシリンダドラム。
【請求項５】
交線（２０，２１）が、シリンダドラム（１’）の端面に近い方に位置する曲率半径（Ｒ１）に続いて、該曲率半径（Ｒ１）に対する、シリンダ孔軸線（３）に対して平行に延びる接線（Ｔ１，Ｔ２）として延びている、請求項３または４記載のシリンダドラム。
【請求項６】
交線（２０，２１）の接線（Ｔ１，Ｔ２）が、腎臓形の開口区分（４’）によって形成されており、該腎臓形の開口区分（４’）が、シリンダドラム軸線（８）を中心とした１つの周円（２６）に沿って延びており、該周円（２６）の方向における開口区分（４’）の長さが、該開口区分（４’）の端部（２７，２８）において曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）が無限であるように寸法設定されている、請求項５記載のシリンダドラム。
【請求項７】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、種々異なるジオメトリの複数の区分（４，４’，５０，５０’）から成っている、請求項１または２記載のシリンダドラム。
【請求項８】
少なくとも１つの区分が、円錐区分として形成されている、請求項７記載のシリンダドラム。
【請求項９】
少なくとも１つの区分が、楕円面区分として形成されている、請求項７または８記載のシリンダドラム。
【請求項１０】
少なくとも１つの区分が、球区分として形成されている、請求項７から９までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【請求項１１】
少なくとも１つの区分が、放物面区分として形成されている、請求項７から１０までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【請求項１２】
少なくとも１つの区分が、双曲面区分として形成されている、請求項７から１１までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【請求項１】
流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラム（１’）であって、少なくとも１つの制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が設けられており、該制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、軸方向に摺動可能なピストンを収容するためのシリンダ孔（２，２’ａ）に開口している形式のものにおいて、制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、流れ方向に対して垂直に段部および縁部なしに形成されていることを特徴とする、流体静力学式のピストン機械に用いられるシリンダドラム。
【請求項２】
シリンダドラム（１’）が焼結されている、請求項１記載のシリンダドラム。
【請求項３】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）と、シリンダ孔軸線（３）を含む平面との第１の交線（２０）および第２の交線（２１）が、それぞれ第１の曲率半径（Ｒ１）と第２の曲率半径（Ｒ２）とを有しており、両曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）の中心点が、交線（２０，２１）の互いに異なる側に形成されており、両曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）の移行部が、それぞれ反転点を形成している、請求項１または２記載のシリンダドラム。
【請求項４】
それぞれ１つの交線（２０，２１）の第１の曲率半径（Ｒ１）と第２の曲率半径（Ｒ２）とが、同じ大きさに設定されている、請求項３記載のシリンダドラム。
【請求項５】
交線（２０，２１）が、シリンダドラム（１’）の端面に近い方に位置する曲率半径（Ｒ１）に続いて、該曲率半径（Ｒ１）に対する、シリンダ孔軸線（３）に対して平行に延びる接線（Ｔ１，Ｔ２）として延びている、請求項３または４記載のシリンダドラム。
【請求項６】
交線（２０，２１）の接線（Ｔ１，Ｔ２）が、腎臓形の開口区分（４’）によって形成されており、該腎臓形の開口区分（４’）が、シリンダドラム軸線（８）を中心とした１つの周円（２６）に沿って延びており、該周円（２６）の方向における開口区分（４’）の長さが、該開口区分（４’）の端部（２７，２８）において曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）が無限であるように寸法設定されている、請求項５記載のシリンダドラム。
【請求項７】
制御キドニポート／シリンダ孔移行部（５’，５’’，５’’’）が、種々異なるジオメトリの複数の区分（４，４’，５０，５０’）から成っている、請求項１または２記載のシリンダドラム。
【請求項８】
少なくとも１つの区分が、円錐区分として形成されている、請求項７記載のシリンダドラム。
【請求項９】
少なくとも１つの区分が、楕円面区分として形成されている、請求項７または８記載のシリンダドラム。
【請求項１０】
少なくとも１つの区分が、球区分として形成されている、請求項７から９までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【請求項１１】
少なくとも１つの区分が、放物面区分として形成されている、請求項７から１０までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【請求項１２】
少なくとも１つの区分が、双曲面区分として形成されている、請求項７から１１までのいずれか１項記載のシリンダドラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５１６７８３（Ｐ２０１１−５１６７８３Ａ）
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０３３７９（Ｐ２０１１−５０３３７９）
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００２６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２４７４５
【国際公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００２６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２４７４５
【国際公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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