Titel

Fluidische Verdrängermaschine Die Erfindung betrifft eine fluidische Verdrängermaschine mit auf einem Kreis angeordneten Verdrängerquerschnitten, denen Umsteuerquerschnitte zugeordnet sind, die den Durchtritt von Fluid zwischen einem der

Verdrängerquerschnitte und dem zugeordneten Umsteuerquerschnitt ermöglichen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer derartigen Verdrängermaschine. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer

Brennkraftmaschine und mindestens einer vorab beschriebenen fluidischen Verdrängermaschine. Stand der Technik

Aus der deutschen Patentschrift DE 196 41 779 C1 ist eine hydraulische

Arbeitsmaschine mit einem Gehäuse bekannt, das einen Innenraum begrenzt, in den ein ortsfester Steuerkörper hineinragt, der voneinander getrennte und mit einem Zu- beziehungsweise Ablaufanschluss verbundene Kanäle aufweist, mit einem drehbar auf dem Steuerkörper gelagerten und mit einer Welle gekoppelten Rotor, in dem Zylinder bildende Ausnehmungen mit darin gleitend geführten Hubelementen angeordnet sind, und mit einer den Rotor ringförmig

umschließenden Hubeinrichtung, an der sich die Hubelemente mit ihren vom Steuerkörper abgewandt liegenden Enden abstützen, wobei die

zylinderbildenden Ausnehmungen des Rotors zwischen sich unterschiedlich große Winkelsegmente einschließen. Aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2006 037 593 A1 und DE 10 2006 041 395 A1 sind verschiedene

Maßnahmen bekannt, um eine unerwünschte Ausbreitung von Körperschall bei Axialkolbenmaschinen zu reduzieren. Aus dem US Patent 5,35 8,388 ist eine Axialkolbenpumpe mit Zylinderausgängen bekannt, deren Vorderkanten relativ zu einer imaginären Achse zufällig angeordnet sind. Aus der japanischen

Veröffentlichung JP 2004 116 455 A ist eine Radialkolbenmaschine bekannt, bei welcher zur Verbesserung einer Tonalität Zylinderbohrungen und

Zylinderseitenausgänge in Umfangsrichtung in ungleichen Abständen

angeordnet sind.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, die Tonalität im Betrieb einer fluidischen

Verdrängermaschine mit auf einem Kreis angeordneten

Verdrängerquerschnitten, denen Umsteuerquerschnitte zugeordnet sind, die den Durchtritt von Fluid zwischen einem der Verdrängerquerschnitte und dem zugeordneten Umsteuerquerschnitt ermöglichen, zu reduzieren.

Die Aufgabe ist bei einer fluidischen Verdrängermaschine mit auf einem Kreis angeordneten Verdrängerquerschnitten, denen Umsteuerquerschnitte

zugeordnet sind, die den Durchtritt von Fluid zwischen einem der

Verdrängerquerschnitte und dem zugeordneten Umsteuerquerschnitt

ermöglichen, dadurch gelöst, dass die Umsteuerquerschnitte in einem definierten

Zufallsmuster relativ zu den Verdrängerquerschnitten in Umfangsrichtung nichtperiodisch so versetzt angeordnet sind, dass eine Tonalität im Betrieb der Verdrängermaschine bei einer relativ geringen Variationsbreite wirksam reduziert wird. Die Umsteuerquerschnitte und Verdrängerquerschnitte sind vorzugsweise auf dem gleichen Kreis angeordnet. Die Verdrängerquerschnitte haben vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, dessen Mittelpunkt auf dem Kreis liegt. Die Umsteuerquerschnitte haben vorzugsweise eine im Wesentlichen nierenförmige Gestalt und stellen Durchtrittskanäle für das Fluid dar. Wegen ihrer nierenförmigen Gestalt werden diese Kanäle auch als Nieren bezeichnet. Jedem Verdrängerquerschnitt ist vorzugsweise genau ein Umsteuerquerschnitt zugeordnet. Der Begriff Umfangsrichtung bezieht sich auf den vorab genannten Kreis, dessen Mittelpunkt vorzugsweise mit einer Drehachse der fluidischen Verdrängermaschine zusammenfällt. Als Variationsbreite wird der Abstand oder das Delta zwischen einem minimalen und einem maximalen Versatz in

Umfangsrichtung bezeichnet. Der Begriff Tonalität steht für eine Bezogenheit aller Töne auf einen Grundton. Durch die erfindungsgemäß versetzte Anordnung der Umsteuerquerschnitte in dem definierten Zufallsmuster relativ zu den Verdrängerquerschnitten kann im Betrieb der fluidischen Verdrängermaschine ein flaches, rauschartiges Geräuschspektrum erreicht werden, welches bereits bei niedrigen Harmonischen wirksam ist. Dabei können besonders vorteilhaft unerwünschte Effekte, wie eine Erhöhung der Modulation, vermieden werden. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die fluidische Verdrängermaschine als Axialkolbenmaschine ausgeführt, wie sie zum Beispiel in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2006 037 593 A1 und DE 10 2006 041 359 A1 offenbart ist. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen wurde bei

Axialkolbenmaschinen mit der erfindungsgemäßen versetzten Anordnung der Umsteuerquerschnitte in dem definierten Zufallsmuster relativ zu den

Verdrängerquerschnitten sehr gute Ergebnisse erzielt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das definierte Zufallsmuster eine Variationsbreite von maximal 6 Grad aufweist. Das bedeutet, dass die versetzte Anordnung eine Winkelausdehnung von plus/minus 3 Grad in Umfangsrichtung aufweisen kann. Durch diese sehr geringe Variationsbreite können ungünstige Auswirkungen der versetzten Anordnung der Umsteuerquerschnitte auf die Funktion und die Lebensdauer der Verdrängermaschine begrenzt werden. So kann mit dem definierten Zufallsmuster zum Beispiel eine ausreichende Stabilität der

Triebwerksdynamik aufrechterhalten werden. Des Weiteren kann ein

unerwünschtes Zylinderabheben vermieden werden. Darüber hinaus werden niederfrequente Torsionsschwingungen einer Antriebswelle oder einer

Abtriebswelle der fluidischen Verdrängermaschine vermieden. Die Gefahr von Kavitation kann ebenfalls gering gehalten werden. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Versatz von plus/minus 2 Grad, insbesondere von plus/minus 1,5 Grad, in Umfangsrichtung. Das entspricht einer Variationsbreite von 4 Grad, insbesondere 3 Grad.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in einer positiven als auch in einer negativen Richtung jeweils mindestens zwei Verdrängerquerschnitte um mehr als eine Hälfte eines maximalen

Winkelversatzbetrages versetzt angeordnet sind. Als positive Richtung wird zum Beispiel der Uhrzeigersinn definiert. Dann wird als negative Richtung der Gegenuhrzeigersinn definiert. Als maximaler Winkelversatz wird die maximale Winkelausdehnung des Versatzes in Umfangsrichtung aus einer Mittellage bezeichnet. Als Winkelversatzbetrag wird der absolute Betrag des

Winkelversatzes im mathematischen Sinne verstanden. Bei

Verdrängermaschinen mit nur fünf Verdrängern und einem Versatzdelta, das größer als 5 Grad ist, genügt es, wenn mindestens zwei Verdränger in positiver und ein Verdränger in negativer Richtung um mehr als die Hälfte des maximalen

Winkelversatzbetrages von der Mittellage abweicht, oder umgekehrt. Als

Versatzdelta wird die Differenz zwischen einem maximalen Winkelversatz und einem minimalen Winkelversatz bezeichnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer direkten Folge von drei Verdrängern zwei Verdränger das gleiche Vorzeichen und einen Winkelversatzbetrag aufweisen, der größer als der halbe Winkelversatzbetrag ist, wobei der dritte Verdränger ein anderes Vorzeichen oder einen

Winkelversatzbetrag aufweist, der kleiner als der halbe Winkelversatzbetrag ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer direkten Folge von vier Verdrängen mindestens zwei Verdränger unterschiedliche

Vorzeichen und einen Winkelversatzbetrag aufweisen, der größer als der halbe Winkelversatzbetrag ist. Mit dieser Teilfolge wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen an fluidischen

Verdrängermaschinen mit mehr als vier Verdrängern sehr gute Ergebnisse erreicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine fünf Verdränger mit einer der folgenden Versatzfolgen mal dem maximalen Winkelversatzbetrag aufweist: [-1,1,-1,1,0], [-1,0.5,-0.5,1,0], [0,-0.5,0,1,0.5]. In den eckigen Klammern sind Zahlen ohne Dimension angegeben. Die fünf durch Kommata getrennten Zahlen sind den einzelnen Verdrängern zugeordnet. Die Zahl minus 1 steht zum Beispiel für einen maximalen negativen Winkelversatz. Analog steht die Zahl plus 1 für einen maximalen Winkelversatz in positiver Richtung. Die Zahl Null steht für keinen Winkelversatz. Die Zahl 0,5 steht für einen fünfzigprozentigen Winkelversatz, bezogen auf den maximalen

Winkelversatzbetrag. Die Zahlen in den eckigen Klammern werden als

Versatzfolge bezeichnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine sieben Verdränger mit einer Versatzfolge [0.2,-1,0.25,1,-0.4,-1,1] mal den maximalen Winkelversatzbetrag aufweist. Die Zahl 0,2 steht für einen

zwanzigprozentigen Winkelversatz. Analog stehen die Zahlen 0,25 und 0,4 für fünfundzwanzigprozentigen und einen vierzigprozentigen Winkelversatz. Die positiven oder negativen Vorzeichen stehen für eine Versatzrichtung im

Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine neun bis elf Verdränger mit einer Versatzfolge [-1,0.6,1,-1,0.6,-1] als Teilfolge mal dem maximalen Winkelversatzbetrag aufweist. Der Wert 0,6 bedeutet einen sechzigprozentigen Winkelversatz.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine neun Verdränger mit einer der folgenden Versatzfolgen mal dem maximalen Winkelversatzbetrag aufweist: [0.6,-1,-1,1,1,-1,0.6,-1,1], [1,0,-1,0.4,1,-0.2,0.2,-1,- 1], [1,0,-1,1,-0.5,0.8,-1,0.5,-1]. Damit konnten bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen gute Ergebnisse erzielt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine elf Verdränger mit einer der folgenden Versatzfolgen mal dem maximalen Winkelversatzbetrag aufweist: [1,-1,0,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1], [-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,- 1], [0,1,1,-1,0,-1,1,1,-1,0.6,-1]. Damit konnten bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen gute Ergebnisse erzielt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der fluidischen Verdrängermaschine sind dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine mindestens eine der vorab genannten Versatzfolgen oder Teilfolgen in umgekehrter oder spiegelbildlicher Reihenfolge aufweist. Der Begriff spiegelbildlich bezieht sich auf Verschiebungen um die Mittelachse oder Mittellage.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen

Verdrängermaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung von plus/minus dem halben Winkelversatzbetrag zulässig ist. Dadurch werden die vorab beschriebenen Versatzfolgen praktisch um die Hälfte des halben

Winkelversatzbetrages erweitert.

Bei einem Verfahren zum Auslegen und/oder Herstellen einer fluidischen Verdrängermaschine mit auf einem Kreis angeordneten

Verdrängerquerschnitten, denen Umsteuerquerschnitte zugeordnet sind, die den Durchtritt von Fluid zwischen einem der Verdrängerquerschnitte und dem zugeordneten Umsteuerquerschnitt ermöglichen, insbesondere einer vorab beschriebenen fluidischen Verdrängermaschine, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die

Umsteuerquerschnitte in einem definierten Zufallsmuster relativ zu den

Verdrängerquerschnitten in Umfangsrichtung nicht periodisch so versetzt angeordnet werden, dass eine Tonalität im Betrieb der Verdrängermaschine bei einer relativ geringen Variationsbreite wirksam reduziert wird. Dabei werden je nach Anzahl die vorab beschriebenen Versatzfolgen verwendet. Bei einer größeren Anzahl von Verdrängen kann eine der vorab beschriebenen

Versatzfolgen auch als Teilfolge verwendet werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch

gekennzeichnet, dass für eine Verdrängermaschine mit einer Anzahl von N gleich zwei hoch n minus 1 Verdrängern eine Maximalfolge zur Darstellung des definierten Zufallsmusters verwendet wird. Eine Maximalfolge oder Folge maximaler Länge wird im englischen auch als Maximum Length Sequence bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine pseudozufällige, binäre Folge, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Darstellung des definierten

Zufallsmusters verwendet wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass für eine Verdrängermaschine mit einer Anzahl von N ungleich zwei hoch n minus 1 Verdrängern eine Maximalfolge als Teilfolge zur Darstellung des definierten Zufallsmusters verwendet wird. Damit konnten bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen gute Ergebnisse erzielt werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und mindestens einer vorab beschriebenen fluidischen Verdrängermaschine, die insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren ausgelegt und/oder hergestellt worden ist. Durch die

erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Tonalität der fluidischen

Verdrängermaschine besonders vorteilhaft an die Geräuschcharakteristik eines Verbrennungsmotors angenähert werden. Dadurch kann eine unerwünschte Geräuschentwicklung durch die Verdrängermaschine im Betrieb des

Hydraulikhybridantriebsstrangs reduziert oder ganz unterbunden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Hydraulikhybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen fluidischen Verdrängermaschine;

Figur 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße fluidische

Verdrängermaschine; Figur 3 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einem

Schalldruckpegelverlauf eines Hydrostaten mit neuen Verdrängern als

Ordnungsspektrum dargestellt;

Figur 4 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem drei Versatzfolgen für fünf Verdränger grafisch dargestellt sind;

Figur 5 eine ähnliche Darstellung wie in Figur vier mit einer Versatzfolge für sieben Verdränger;

Figur 6 eine grafische Darstellung von drei Versatzfolgen für neun Verdränger; Figur 7 eine grafische Darstellung von drei Versatzfolgen für elf Verdränger und Figur 8 eine grafische Darstellung einer Versatzfolge für sieben Verdränger. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der beiliegenden Figur 1 ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang 1 eines

Kraftfahrzeugs mit einem angetriebenen Rad 2 vereinfacht dargestellt. Das angetriebene Rad 2 ist zum Beispiel über ein Differenzial 3 antriebsmäßig an den Hydraulikhybridantriebsstrang 1 angebunden. Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst einen primären Antrieb 4, der zum Beispiel eine Brennkraftmaschine 6 aufweist, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Das Rad 2 kann alleine durch den primären Antrieb 4 angetrieben werden.

Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst des Weiteren einen sekundären Antrieb 10. Der sekundäre Antrieb 10 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 1 1 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden. Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit

Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist.

Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 hydraulisch mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen

Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist. Durch insgesamt sechs Rechtecke 18 sind Ventileinrichtungen bezeichnet, die in bekannter Art und Weise den Betrieb des sekundären Antriebs 10 mit den beiden Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 ermöglichen. Ein Getriebe 20 ist zwischen den primären Antrieb 4 und den sekundären Antrieb

10 geschaltet. Das Getriebe 20 ist als Planetengetriebe mit einem Hohlrad 30, einem Sonnenrad 32 und Planetenrädern 34 ausgeführt. Die Planetenräder 34 sind an einem Planetenträger 35 drehbar angebracht. Eine erste Welle 21 ist über eine Zahnradstufe drehfest mit dem Planetenträger

35 verbunden. Die erste Welle 21 ist an ihrem in der Figur 1 rechten Ende über eine weitere Zahnradstufe drehfest mit dem Differenzial 3 verbunden.

Eine zweite Welle 22 ist drehfest mit dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 verbunden. Die zweite Welle 22 ist antriebsmäßig mit dem primären Antrieb 4 verbindbar. Eine dritte Welle 23 ist drehfest mit dem Sonnenrad 32 des

Planetengetriebes 20 verbunden.

Eine Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 ist auf der Abtriebsseite antriebsmäßig zwischen die zweite Hydraulikmaschine 12 des sekundären Antriebs 10 und das Differenzial 3 mit dem angetriebenen Rad 2 geschaltet. Dabei können zur Darstellung von Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel einem Rückwärtsgang, weitere Getriebestufen zwischen die Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 und das Differenzial 3 geschaltet sein.

Bei dem Hydraulikhybridantriebsstrang 1 handelt es sich um einen mechanischhydraulisch leistungsverzweigten Antriebsstrang. Je nach Betriebspunkt kann die Leistung des Hydraulikhybridantriebsstrangs 1 über den auch als mechanischen Antrieb bezeichneten primären Antrieb 4 oder über den auch als hydraulischen Antrieb bezeichneten sekundären Antrieb 10 geführt werden. Darüber hinaus kann die Leistung auch gleichzeitig über die beiden Antriebe 4, 10

beziehungsweise Systemzweige geführt werden. Es können Betriebszustände eintreten, in denen einzelne Systemteile inaktiv sind oder deaktiviert werden müssen. Die in Figur 1 nur symbolisch dargestellten Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 werden auch als Hydrostaten bezeichnet und sind vorzugsweise als

Axialkolbenmaschinen ausgeführt. Der Aufbau und die Funktion von

Axialkolbenmaschinen sind zum Beispiel in den deutschen Offenlegungsschrift in DE 10 2006 037 593 A1 und DE 10 2006 041 359 A1 beschrieben.

In Figur 2 ist ein als Axialkolbenmaschine ausgeführter Hydrostat in einem Querschnitt durch einen Zylinder 40 dargestellt. Der Zylinder 40 umfasst insgesamt neun Kolbenbohrungen 41 bis 49, die zur Führung von (nicht dargestellten) Kolben in axialer Richtung dienen. Die axiale Richtung verläuft in

Figur 2 senkrecht zur Zeichenebene.

Jede Kolbenbohrung 41 bis 49 stellt einen kreisrunden Verdrängerquerschnitt 50 dar. Die Mittelpunkte der kreisrunden Verdrängerquerschnitte 50 sind auf einem Kreis 52 angeordnet und in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Jedem Verdrängerquerschnitt 50 ist eine Umsteuerniere 53 zugeordnet, die einen Durchtritt von Fluid aus einem Saugbereich in die jeweils zugeordnete Kolbenbohrung beziehungsweise aus der jeweils zugeordneten Kolbenbohrung in einen Druckbereich der Verdrängungsmaschine ermöglicht.

Die Hälfte der Umsteuerquerschnitte 55 und Verdrängerquerschnitte 50 ist dem Druckbereich zugeordnet, der auch als Druckniere bezeichnet wird. Die andere Hälfte der Umsteuerquerschnitte 55 und Verdrängerquerschnitte 50 ist dem Saugbereich zugeordnet, der auch als Saugniere bezeichnet wird. Die

Druckniere und die Saugniere sind zum Beispiel in einer (nicht dargestellten) ortsfesten Steuerplatte vorgesehen.

In Figur 2 ist durch einen Pfeil 56 angedeutet, dass sich der Zylinder 40 im Betrieb der Verdrängermaschine im Uhrzeigersinn dreht. Durch einen Doppelpfeil 57 ist ein Teilungswinkel zwischen den Kolbenbohrungen 41 und 42 bezeichnet.

Die Teilungswinkel zwischen den Kolbenbohrungen 41 bis 49 sind gleich. Durch die Zylinderrotration werden die Verdrängerräume 50 über die

Umsteuerquerschnitte 55 wechselweise mit der Druck- beziehungsweise

Saugniere kommutiert. Durch Pfeile 58 und 59 ist jeweils ein Winkelversatz angedeutet, um den die Umsteuerquerschnitte 55 gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung relativ zu dem jeweils zugehörigen Verdrängerquerschnitt 50 in Umfangsrichtung versetzt sind. Die versetzte Anordnung der Umsteuerquerschnitte 55 relativ zu den Verdrängerquerschnitten 50 wird wegen der im Wesentlichen nierenformigen Gestalt der Umsteuerquerschnitte 55 im englischen auch als„kidney-shifting" bezeichnet. Der relative Versatz der Umsteuerquerschnitte 55 in einem definierten Zufallsmuster erzeugt eine zeitlich nicht-periodische Kommutierung zu der Druck- beziehungsweise Saugniere.

Die Umsteuerquerschnitte 55 können aus ihrer durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Mittellage 60 entweder im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 59 in Figur 2 angedeutet ist, oder im Gegenuhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 58 in Figur 2 angedeutet ist, in Umfangsrichtung versetzt angeordnet werden.

Die versetzte Anordnung der Umsteuerquerschnitte relativ zu den

Verdrängerquerschnitten wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung so ausgeführt, dass eine Tonalität im Betrieb der Verdrängermaschine reduziert wird. In Figur 3 sind in einem kartesischen Koordinatendiagramm auf einer x- Achse die Hydrostatordnungen in ganzen Zahlen von 0 bis 99 aufgetragen. Der Begriff Ordnung bezieht sich auf das Vielfache der Drehfrequenz. Auf der y- Achse ist in Figur 3 ein Schalldruckpegel in Dezibel aufgetragen. Die y-Achse ist in Stufen von fünf Dezibel unterteilt.

Durch punktierte Linien 63 mit einem Punkt 64 am Ende sind in Figur 3

Referenzwerte ohne kidney-shifting dargestellt. Im Vergleich dazu ist ein

Schalldruckpegelverlauf 65 mit kidney-shifting dargestellt. Ohne kidney-shifting sind die Umsteuerquerschnitte gleichmäßig periodisch verteilt. In Figur 3 sieht man, dass ohne kidney-shifting nur die Vielfachen der Grundordnung auftreten, die durch die Zahl der Verdränger festgelegt ist. Im dargestellten Beispiel hat die untersuchte fluidische Verdrängermaschine neun Verdränger.

Als Verdränger werden zum Beispiel die axial bewegbaren Kolben der

Axialkolbenmaschine bezeichnet. Bereits durch eine geringe Variation der Teilung der Umsteuerquerschnitte um wenige Grad kann, wie man in Figur 3 sieht, die siebenundzwanzigste Ordnung um drei, die sechsunddreißigste Ordnung um fünf Dezibel reduziert werden. Ab der fünfundvierzigsten Ordnung liegen die Kolbenfrequenzen in derselben Größenordnung wie die

Nebenharmonischen. Dies kommt einem rauschartigen Spektrum sehr nah, so dass die Tonalität, insbesondere bei Überlagerung mit anderen Geräuschquellen, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine beziehungsweise einem

Verbrennungsmotor, deutlich unauffälliger und damit angenehmer

wahrgenommen wird. Das kidney-shifting wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet, um ein definiertes Zufallsmuster zu erzeugen, wie die Umsteuerquerschnitte besonders vorteilhaft relativ zu den Verdrängerquerschnitten in Umfangsrichtung nicht periodisch so versetzt angeordnet werden können, dass eine Tonalität im Betrieb der Verdrängermaschine bei einer relativ geringen Variationsbreite wirksam reduziert wird. Ein derartiges Zufallsmuster wird auch als kidney-shifting

Muster bezeichnet. Im Folgenden wird die Nomenklatur zu den nachfolgenden allgemeinen Regeln und speziellen, vorteilhaften Folgen aus der

erfindungsgemäßen Optimierung erläutert. Nomenklatur:

N Einzel-Ereignisse innerhalb einer Perioder (entspricht Anzahl

Verdränger)

Teilungswinkel Winkel zwischen zwei Kolbenbohrungen bei gleichverteilter Anordnung (3607N)

KS Kidney-Shifting-Winkel (Verschiebung der Zylinderniere von der

Mittellage entgegen der Drehrichtung gegenüber der Kolbenbohrung)

KS-grenze untere bzw. obere Grenze des größten

auftretenden KS-winkels

KS-breite obere KS-grenze minus untere KS-grenze

Allgemeine Festlegungen:

Die Mittellage wird so festgelegt, dass gilt . Üblicherweise stimmt die Mittellage mit der Bohrungsachse überein.

Aufgrund der Periodizität kann das Muster nach dem letzten Verdränger beim ersten wieder fortgesetzt werden:

• Es versteht sich, dass die beschriebenen Muster bzw. Teilfolgen auch in umgekehrter Anordnung sowie in

spiegelbildlicher Anordnung der Verschiebungen um die Mittelachse

ohne Nachteile hinsichtlich der Wirksamkeit ausführen

lassen. Auf eine Beschreibung der entsprechenden modifizierten

Mustervarianten zu der ursprünglichen Anordnung wird daher verzichtet.

• Robustheitsuntersuchungen haben gezeigt, dass die Musterfolgen auch bei Abweichungen noch eine gute bis sehr gute Wirksamkeit aufzeigen. Daher sind in den erfindungsgemäßen Musterfolgen auch Varianten innerhalb einer bestimmten Toleranzabweichung beinhaltet, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es können Einzelabweichungen von und eine mittlere Abweichung von innerhalb der dargelegten

(Teil-)Folge zugelassen werden ohne die erfindungsgemäße Wirksamkeit zu reduzieren.

Allgemeine Regeln für das Vorteilhafte Ausgestaltungen für das Kidney Shifting

1 . Von allen Verdrängern werden die Verschiebungen so ausgewählt, dass sowohl in pos. als auch in neg. Richtung je mind. 2 Verdränger um mehr als die Hälfte des max. KS-Betrages von der Mittellage abweichen. Die Position und

Reihenfolge von i, j, k, I innerhalb der Gesamtfolge ist unerheblich.

Bei Einheiten mit nur 5 Verdrängern und genügt es, wenn mind. 2 Verdränger i,j in pos., und ein Verdränger k in neg. Richtung um mehr als die Hälfte des max. KS-Betrages von der Mittellage abweicht (bzw. umgekehrt).

2. Wird innerhalb einer direkten Folge von 3 Verdrängern i,j,k folgende

Konstellation gewählt: 2 Verdrängern i, j mit gleichem Vorzeichen und großer Amplitude, so muss der dritte Verdränger k eine kleine Amplitude oder ein anderes Vorzeichen aufweisen. Die Reihenfolge von i,j,k innerhalb der 3er- Folge ist unerheblich. muss gelten

3. Innerhalb einer direkten Folge von 4 Verdrängern i,j,k,l muss mindestens für einen Verdränger gelten und für mindestens einen Verdränger . D h es muss mindestens zwei Verdränger i und j mit großer Amplitude und unterschiedlichem Vorzeichen geben. Die Reihenfolge von i,j,k,l innerhalb der 4er Folge ist unerheblich. Spezielle, vorteilhafte Folgen (aus der Optimierung): 4. Für N=5: Die Folge lautet , wobei für jedes eine

Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

5. Für N=5: die Folge lautet , wobei für jedes eine

Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

6. Für N=5: die Folge lautet , wobei auch hier für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

7. Für N=7: Die Folge lautet , wobei für jedes eine

Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt. Speziell für zeigte die Robustheitsuntersuchung ein besonders breites Toleranzfeld mit

8. Für N=9-1 1 : Die Folge enthält eine Teilfolge , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt. 9. Für N=9: Die Folge lautet , wobei fur jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

10. Für N=9: Die Folge lautet , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

1 1. Für N=9: Die Folge lautet , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

12. Für N=1 1 : Die Folge lautet , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

13. Für N=1 1 : Die Folge lautet , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt.

14. Für N=1 1 : Die Folge lautet , wobei für jedes eine Abweichung von noch im Rahmen der Erfindung liegt. 15. Verwendung einer der o.g. Folgen als Teilfolge in Anwendungen mit größerer Anzahl N.

16. Verwendung einer Maximum Length Sequence als Folge in hydrostatischen

Anwendungen mit einer Anzahl Verdränger . Insbesondere lautet für Ν = 7 die Folge

17. Verwendung einer Maximum Length Sequence als Teilfolge in Anwendungen mit größerer Anzahl Ν für

In den Figuren 3 bis 8 sind zu den vorab beschriebenen allgemeinen Regeln 4 bis 7, 9 bis 14 und 16 die zugehörigen Folgen, die auch als Versatzfolgen bezeichnet werden, grafisch mithilfe von kartesischen Koordinatendiagrammen dargestellt.

Auf der x-Achse der Koordinatendiagramme sind die Verdrängernummern aufgetragen. Auf der y-Achse der Koordinatendiagramme ist der Versatz beziehungsweise das kidney-shifting dimensionslos aufgetragen. Dabei steht plus eins für einen maximalen positiven Versatz und minus eins für einen maximalen negativen Versatz. Die null bedeutet, dass kein Versatz

beziehungsweise kein kidney-shifting auftritt.

In Figur 4 sind Folgen 74 bis 76 zu den allgemeinen Regeln 4 bis 6 für eine Verdrängermaschine mit fünf Verdrängern grafisch dargestellt.

In Figur 5 ist eine Versatzfolge 77 zu der allgemeinen Regel 7 mit sieben Kolben oder Verdrängern grafisch dargestellt.

In Figur 6 sind Versatzfolgen 79 bis 81 zu den Regeln 9 bis 1 1 für eine

Verdrängermaschine mit neun Verdrängern grafisch dargestellt.

In Figur 7 sind Versatzfolgen 82 bis 84 zu den allgemeinen Regeln 12 bis 14 für eine Verdrängermaschine mit elf Kolben grafisch dargestellt.

In Figur 8 ist eine Versatzfolge 85 zu Regel 16 für eine Verdrängermaschine mit sieben Verdrängern grafisch dargestellt.