DE102012215238A1

DE102012215238A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102012215238A1
Application number: DE201210215238
Authority: DE
Inventors: Kai Bauckhage; Alfons Schoetz; Matthias Greiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-03-06
Also published as: WO2014032848A1

Abstract

Schrägscheibenmaschine (1) als Axialkolbenpumpe (2) und/oder Axialkolbenmotor (3), umfassend eine um eine Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), in den Kolbenbohrungen (6) beweglich gelagerte Kolben (7), eine mit der Zylindertrommel (5) zumindest drehfest verbundene Antriebswelle (9), welche um die Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse (15) verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege (14), eine Wiegenlagerung (20) für die Schwenkwiege (14), eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen (6), eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen (6), wobei die Schrägscheibenmaschine (1) ein Zylindertrommellager (35) aufweist zur Lagerung der Zylindertrommel (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
Schrägscheibenmaschinen dienen als Axialkolbenpumpen zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und als Axialkolbenmotor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie. Eine Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen ist drehbar bzw. rotierend gelagert und in den Kolbenbohrungen sind Kolben angeordnet. Die Zylindertrommel ist fest mit einer Antriebswelle verbunden und auf einen ersten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und auf einen zweiten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Eine Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert und auf der Schwenkwiege liegt eine Rückhaltescheibe mit Gleitschuhen auf. An den Gleitschuhen sind die Kolben befestigt. Die Rückhaltescheibe mit den Gleitschuhen führt zusammen mit der Zylindertrommel eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse aus und eine ebene Auflagefläche der Schwenkwiege ist dabei in einem spitzen Winkel, zum Beispiel zwischen 0° und +20° und zwischen 0° und –20°, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet. Bei einer Ausrichtung der Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse, d. h. mit einem Schwenkwinkel von 0°, kann von der Schrägscheibenmaschine keine mechanische in hydraulische Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Mit zwei Schwenkeinrichtungen kann der Schwenkwinkel der Auflagefläche bezüglich der Rotationsachse beispielsweise zwischen –20° und +20° verändert werden und die Schwenkeinrichtungen bringen dabei eine Druckkraft auf die Schwenkwiege auf. Die Schwenkwiege ist an zwei Lagerschalen eines Gehäuses der Schrägscheibenmaschine gelagert. Das Gehäuse weist an einer ersten Seite eine Öffnung zur Durchführung des Gehäuses auf und an dieser Öffnung ist ein erstes Lager als Wälzlager zur Lagerung der Antriebswelle ausgebildet. Eine Ventilscheibe weist eine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle auf und im Bereich eines axialen Endes der Antriebswelle innerhalb des Gehäuses ist die Antriebswelle mit einem zweiten Lager als Wälzlager gelagert. Das zweite Lager zur Lagerung der Antriebswelle ist im Allgemeinen an einer zweite Seite des Gehäuses, welches der ersten Seite gegenüber liegt, ausgebildet und vorzugsweise in einer Aussparung an der zweiten Seite des Gehäuses angeordnet. Gleitschuhe und die Zylindertrommel bringen auf die Antriebswelle Querkräfte als Triebwerkskräfte auf. Die beiden Lager weisen in nachteiliger Weise einen großen axialen Abstand zu diesen auf die Antriebswelle wirkenden Querkräfte auf, so dass dadurch auf die Antriebswelle ein großes Biegemoment einwirkt. Ferner ist an der zweiten Seite des Gehäuses die Antriebswelle gelagert, so dass diese Seite nur teilweise für hydraulische Verbindungen und hydraulische Einrichtungen genutzt werden kann.
Die EP 1 013 928 A2 zeigt eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer angetriebenen umlaufenden und eine Mehrzahl von darin angeordneten Kolbenbohrungen aufweisenden Zylindertrommel, wobei in den jeweils durch Stege voneinander getrennten Kolbenbohrungen linear zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegliche Kolben angeordnet sind und eine Niederdruckanschlussniere und eine Hochdruckanschlussniere aufweisende Steuerscheibe vorgesehen ist.
Die CH 405 934 zeigt eine Schrägscheibenaxialkolbenpumpe, deren nicht umlaufender Zylinderblock zum Verändern der Fördermenge in Abhängigkeit vom Förderdruck längs verschiebbar ist, wobei an dem durch eine Feder in Richtung der Erhöhung der Fördermenge gedrückten Zylinderblock eine Steuerschiebereinheit mit einem Schieberkolben befestigt ist.
Die DE 27 33 870 C2 zeigt eine Steuereinrichtung für eine Schrägenscheibenaxialkolbenpumpe, bei der an beiden Seiten der Wiege zur Verschwenkung der Schrägscheibe je ein hydraulisch beaufschlagter Schwenkflügel am Motor angreift, wobei beide Motoren mittels eines um die Schwenkachse der Wiege verschwenkbar angeordneten plattenförmigen Steuerventilschiebers steuerbar sind und zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe dienen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, eine mit der Zylindertrommel zumindest drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen, eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen, wobei die Schrägscheibenmaschine ein Zylindertrommellager aufweist zur Lagerung der Zylindertrommel. Das Zylindertrommellager dient zur Lagerung der Zylindertrommel, so dass dadurch das Zylindertrommellager in der axialen Ausrichtung näher an den in die Antriebswelle von dem Triebwerk eingeleiteten Querkräften ausgebildet werden kann, so dass von der Antriebswelle dadurch weniger Biegemomente aufgenommen werden müssen. Die Antriebswelle kann damit kleiner bemessen werden, so dass Kosten und Bauraum eingespart werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Zylindertrommellager keinen unmittelbaren Kontakt zu der Antriebswelle auf und/oder das Zylindertrommellager dient unmittelbar nur zur Lagerung der Zylindertrommel und vorzugsweise mittelbar zur Lagerung der Antriebswelle.
In einer weiteren Variante ist der Abstand des Zylindertrommellagers zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel größer als der Radius der Antriebswelle, insbesondere ist der Abstand um wenigstens 0,5 cm, 1 cm, 3 cm oder 5 cm größer als der Radius der Antriebswelle und/oder die Schrägscheibenmaschine umfasst ein Gehäuse. Das Zylindertrommellager ist somit in einem radialen Abstand zu der Antriebswelle ausgebildet und dient zur Lagerung der Zylindertrommel.
In einer zusätzlichen Ausführungsform entspricht der minimale radiale Abstand des Zylindertrommellagers zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel im Wesentlichen dem, vorzugsweise maximalen, radialen Abstand eines äußeren radialen Endes der Zylindertrommel zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel und/oder das Zylindertrommellager steht in unmittelbarem Kontakt mit der Zylindertrommel und/oder das Zylindertrommellager dient zur unmittelbaren Lagerung der Zylindertrommel und zur mittelbaren Lagerung der Antriebswelle.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Zylindertrommellager ein Radiallager und vorzugsweise ein Axiallager und/oder das Zylindertrommellager ist ein Wälzlager, insbesondere ein Nadellager.
In einer ergänzenden Variante ist die Zylindertrommel in axialer Richtung fest mit der Antriebswelle verbunden und/oder die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind einteilig ausgebildet oder die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind als getrennte Bauteile ausgebildet. Bei einer getrennten Ausbildung der Zylindertrommel und der Antriebswelle sind dies mit Verbindungsmitteln drehfest und in axialer Richtung fest miteinander verbunden, z. B. mit einem Presssitz oder Verbindungsbolzen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Zylindertrommellager tangential vollständig umlaufend an dem äußeren oder inneren radialen Ende der Zylindertrommel angeordnet oder das Zylindertrommellager ist nur an wenigstens drei tangentialen Abschnitten des äußeren oder inneren radialen Endes der Zylindertrommel angeordnet. Bei einer tangential vollständig umlaufenden Ausbildung des Zylindertrommellagers ist dieses als ein vollständig umlaufender Lagerring an der Zylindertrommel ausgebildet. Bei nur drei tangentialen Abschnitten des Zylindertrommellagers bilden diese eine radiale Dreipunktlagerung für die Zylindertrommel.
Zweckmäßig ist das Zylindertrommellager mit dem Gehäuse, insbesondere mittels eines Presssitzes, verbunden zur Befestigung des Zylindertrommellagers.
In einer weiteren Ausgestaltung liegt das Zylindertrommellager an dem äußeren oder inneren radiale Ende der Zylindertrommel auf der Zylindertrommel auf. Das äußere oder innere Ende der Zylindertrommel zur Auflage des Zylindertrommellagers ist parallel zu der Rotationsachse der Zylindertrommel und der Antriebswelle ausgebildet.
Zweckmäßig weist die Zylindertrommel einen Kragring auf und der Kragring ist von einer fiktiven ersten Schnittebene geschnitten und/oder das Zylindertrommellager ist von der fiktiven ersten Schnittebene geschnitten und die fiktive erste Schnittebene ist dahingehend ausgerichtet, dass die fiktive ersten Schnittebene senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel und der Antriebswelle ausgerichtet ist und eine Kolbenverbindungsstelle zwischen einem Gleitschuh und dem Kolben von der fiktiven ersten Schnittebene geschnitten ist und/oder die Zylindertrommel einen Kragring aufweist und der Kragring von einer fiktiven zweiten Schnittebene geschnitten ist und/oder das Zylindertrommellager von der fiktiven zweiten Schnittebene geschnitten ist und die fiktive zweite Schnittebene dahingehend ausgerichtet ist, dass die fiktive zweite Schnittebene senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel ausgerichtet ist und die fiktive zweiten Schnittebene mit einem Abstand von weniger als 3 cm, 2 cm oder 1 cm zu einer Schwenkachse der Schwenkwiege ausgerichtet ist, insbesondere die Schwenkachse in der fiktiven zweiten Schnittebene liegt. Aufgrund des Kragrings bzw. Stützringes an der Zylindertrommel, welcher einteilig mit der Zylindertrommel oder als gesondertes Bauteil zu der übrigen Zylindertrommel ausgebildet ist, erfolgt die radiale Lagerung der Zylindertrommel mit dem Zylindertrommellager in der axialen Ausrichtung an der Einleitung der Querkräfte aufgrund des Triebwerkes in die Antriebswelle und die Zylindertrommel.
In einer weiteren Ausführungsform liegt das Zylindertrommellager auf dem Kragring, insbesondere an einem äußeren oder inneren radialen Ende des Kragringes, mittelbar oder unmittelbar auf.
In einer ergänzenden Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Lagerung, insbesondere nur eine Lagerung, zur radialen Lagerung der Antriebswelle und vorzugsweise steht die Lagerung in unmittelbarem Kontakt zu der Antriebswelle und vorzugsweise weist die Lagerung keinen unmittelbarem Kontakt zu der Zylindertrommel auf und vorzugsweise liegt die Lagerung außerhalb der ersten und/oder zweiten fiktiven Schnittebene und vorzugsweise ist die Lagerung ein Axiallager. Die Lagerung dient insbesondere zur zusätzlichen Aufnahme von außerhalb des Gehäuses auf die Antriebswelle wirkenden Kräfte, insbesondere Querkräften.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung weist das Gehäuse oder ein Flansch des Gehäuses an einer ersten Seite eine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle auf und das Gehäuse an einer der Öffnung gegenüberliegenden zweiten Seite keine Öffnung oder Aussparung zur Durchführung oder Lagerung der Antriebswelle auf und vorzugsweise ist an der Öffnung die Lagerung zur radialen Lagerung der Antriebswelle angeordnet und/oder die Schrägscheibenmaschine weist eine Ventilscheibe mit der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung auf und ein axiales Ende der Antriebswelle endet an der Ventilscheibe und/oder im Bereich, z. B. in einem Abstand von weniger als dem 2-, 1- oder 0,5-Fachen des Durchmessers der Antriebswelle, eines innerhalb des Gehäuses liegendes axiales Endes der Antriebswelle ist keine Lagerung für die Antriebswelle ausgebildet und/oder die Schrägscheibenmaschine umfasst wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege. An der zweiten Seite des Gehäuses oder einer Wandung des Gehäuses an der zweiten Seite sind somit keine Mittel zur Lagerung der Antriebswelle vorhanden, so dass diese Seite des Gehäuses im Wesentlichen vollständig für hydraulische Verbindungen, z. B. Steck- oder Schraubverbindungen, und hydraulische Einrichtungen, z. B. Ventile, Drucksensoren oder Volumenstromsensoren, genutzt werden kann. Damit kann die Schrägscheibenmaschine in besonders einfacher Weise mit unterschiedlichen hydraulischen Verbindungen und Einrichtungen an der zweiten Seite ausgestattet werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Ventilscheibe mit der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung und die Ventilscheibe liegt auf der Zylindertrommel auf und vorzugsweise sind die Hochdrucköffnung und Niederdrucköffnung nierenförmig ausgebildet. Die Ventilscheibe ist feststehend und führt keine Rotationsbewegung aus und liegt auf der rotierenden Zylindertrommel mittelbar oder unmittelbar auf. Dadurch können die in der Zylindertrommel ausgebildeten Kolbenbohrungen abwechselnd temporär mit der Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck oder Niederdruck beaufschlagt werden.
In einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Schrägscheibenmaschine eine Rückhaltescheibe auf und an der Rückhaltescheibe sind Gleitschuhe befestigt, auf welchen jeweils ein Kolben befestigt ist, so dass die Rückhaltescheibe zusammen mit den Gleitschuhen die Rotationsbewegung der Zylindertrommel mit den Kolben mit ausführt und die Rückhaltescheibe auf der Schwenkwiege mittelbar oder unmittelbar aufliegt. Ferner liegt die rotierende Rückhaltescheibe auf der Antriebswelle auf und von der Rückhaltescheibe werden Querkräfte auf die Antriebswelle übertragen.
In einer Variante ist die Schwenkachse der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel ausgerichtet.
Zweckmäßig ist der minimale Durchmesser der Zylindertrommel größer als der maximale Durchmesser der Antriebswelle.
In einer weiteren Variante sind die Lagerung und das Zylindertrommellager getrennte Einrichtungen und/oder Bauteil, welche in einem Abstand zueinander ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schrägscheibenmaschine nur eine Lagerung auf.
Erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Schrägscheibenmaschine zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt, wenigstens einen Druckspeicher, wobei die Schrägscheibenmaschine als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Schrägscheibenmaschine ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst der Antriebsstrang zwei Schrägscheibenmaschinen, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe fungieren und/oder der Antriebsstrang umfasst zwei Druckspeicher als Hochdruckspeicher und Niederdruckspeicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege und
3 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine in 1 in einem Längsschnitt dargestellte Schrägscheibenmaschine 1 dient als Axialkolbenpumpe 2 zur Umsetzung bzw. Umwandlung mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als Axialkolbenmotor 3 zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl). Eine Antriebswelle 9 ist mittels einer Lagerung 10 an einem Flansch 21 eines- oder mehrteiligen Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert (1). Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest und in axialer Richtung verbunden, wobei die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 einteilig ausgebildet sind und die Grenze zwischen der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 in 1 strichliert dargestellt ist, sodass dadurch die Zylindertrommel 5 die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit ausführt. In die Zylindertrommel 5 sind eine Vielzahl von Kolbenbohrungen 6 mit einem beliebigen Querschnitt, zum Beispiel quadratisch oder kreisförmig, eingearbeitet. Die Längsachsen der Kolbenbohrungen 6 sind dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. In den Kolbenbohrungen 6 ist jeweils ein Kolben 7 beweglich gelagert. Eine Schwenkwiege 14 ist um eine Schwenkachse 15 verschwenkbar an dem Gehäuse 4 gelagert. Die Schwenkachse 15 ist senkrecht zu der Zeichenebene von 1 und parallel zu der Zeichenebene von 2 ausgerichtet. Die Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ist parallel zur und in der Zeichenebene von 1 angeordnet und senkrecht auf der Zeichenebene von 2.
Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plante Auflagefläche 18 zur mittelbaren Auflage einer Rückhaltescheibe 37 auf, da zwischen der Rückhaltescheibe 37 und der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 eine Zwischenscheibe 38 angeordnet ist. Die Rückhaltescheibe 37 ist mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 versehen und jeder Gleitschuh 39 ist dabei mit jeweils einem Kolben 7 verbunden. Hierzu weist der Gleitschuh 39 eine Lagerkugel 40 (1) auf, welcher in einer Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 befestigt ist, sodass eine Kolbenverbindungsstelle 22 als mittlere Kolbenverbindungsstelle bzw. Kolbenverbindungspunkt zwischen der Lagerkugel 40 und der Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 ausgebildet ist. Die teilweise sphärisch ausgebildete Lagerkugel 40 und Lagerpfanne 59 sind beide komplementär bzw. sphärisch ausgebildet, sodass dadurch bei einer entsprechenden Bewegungsmöglichkeit zueinander zwischen der Lagerkugel 40 und der Lagerpfanne 59 an den Kolben 7 eine ständige Verbindung zwischen dem Kolben 7 und dem Gleitschuh 39 vorhanden ist. Die Zwischenscheibe 38 dient dazu, um Reibungskräfte zwischen der rotierenden Rückhaltescheibe 37 und der drehfest und nicht rotierend um die Rotationsachse 8 gelagerten Schwenkwiege 14 zu reduzieren. Aufgrund der Verbindung der Kolben 7 mit der rotierenden Zylindertrommel 5 und der Verbindung der Lagerpfannen 59 mit den Gleitschuhen 39 führen die Gleitschuhe 39 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 mit aus und aufgrund der festen Verbindung bzw. Anordnung der Gleitschuhe 39 auf der Rückhaltescheibe 37 führt auch die Rückhaltescheibe 37 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 mit aus. Damit die Rückhaltescheibe 37 in ständigem mittelbarem Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 steht, wird diese von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft auf die Auflagefläche 18 gedrückt.
Die Schwenkwiege 14 ist – wie bereits erwähnt – um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert und weist ferner eine Öffnung 42 (1) zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf. Am Gehäuse 4 ist eine Wiegenlagerung 20 ausgebildet. Dabei sind an der Schwenkwiege 14 zwei Lagerabschnitte 17 ausgebildet. Die beiden Lagerabschnitte 17 der Schwenkwiege 14 liegen auf der Wiegenlagerung 20 auf. Die Schwenkwiege 14 ist damit mittels einer Gleitlagerung an der Wiegenlagerung 20 bzw. dem Gehäuse 4 um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert. In der Darstellung in 1 weist die Auflagefläche 18 gemäß der Schnittbildung in 1 einen Schwenkwinkel α von ungefähr +20° auf. Der Schwenkwinkel α ist zwischen einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 8 und einer von der ebenen Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 aufgespannten Ebene vorhanden gemäß der Schnittbildung in 1. Die Schwenkwiege 14 kann dabei zwischen einem Schwenkwinkel α zwischen +20° und –20° mittels zweier Schwenkeinrichtungen 24 verschwenkt werden.
Die erste und zweite Schwenkeinrichtung 25, 26 als Schwenkeinrichtungen 24 weist eine Verbindungsstelle 32 als mittlere Verbindungsstelle 32 zwischen der Schwenkeinrichtung 24 und der Schwenkwiege 14 auf. Die beiden Schwenkeinrichtungen 24 weisen jeweils einen Verstellkolben 29 auf, welcher in einem Verstellzylinder 30 beweglich gelagert ist. Der Verstellkolben 29 bzw. eine Achse des Verstellzylinders 30 ist dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. An einem in 1 links dargestellten Endbereich des Verstellkolbens 29 weist dieser eine Lagerpfanne 31 auf, in welche eine Lagerkugel 19 gelagert ist. Dabei ist die Lagerkugel 19 an einem Schwenkarm 16 (1 bis 2) der Schwenkwiege 14 vorhanden. Die erste und zweite Schwenkeinrichtung 25, 26 ist somit mit jeweils einer Lagerkugel 19 an jeweils einem Schwenkarm 16 mit der Schwenkwiege 14 verbunden. Durch Öffnen eines der beiden Ventile 27, 28 als erstes Ventil 27 an der ersten Schwenkeinrichtung 25 und dem zweiten Ventil 28 an der zweiten Schenkeinrichtung 26 gemäß der Darstellung in 1 kann die Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 verschwenkt werden, da dadurch auf den Verstellkolben 29 an dem geöffneten Ventil 27, 28 eine Kraft aufgebracht wird. Dabei führt nicht nur die Schwenkwiege 14, sondern auch die Rückhaltescheibe 37 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit der Druckfeder 41 diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 ist bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle 9 der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom umso größer, je größer der Betrag des Schwenkwinkels α ist und umgekehrt. Hierzu liegt an dem in 1 rechts dargestellten Ende der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 auf, mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung 13. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine beispielsweise als Axialkolbenpumpe 2, wird trotz einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 keine Hydraulikflüssigkeit von der Axialkolbenpumpe 2 gefördert, da die Kolben 7 keine Hubbewegungen in den Kolbenbohrungen 6 ausführen. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 sowohl als Axialkolbenpumpe 2 als auch als Axialkolbenmotor 3 weisen die temporär in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehenden Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Kolbenbohrungen 6, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen.
An der Zylindertrommel 5 ist ein vollständig umlaufender Kragring 23 als Stützring 23 ausgebildet und der Kragring 23 weist ein äußeres radiales Ende 33 und inneres radiales Ende 34 auf. Das äußere radiale Ende 33 des Kragringes 23 stellt auch ein äußeres radiales Ende 67 der Zylindertrommel 5 dar. An dem Gehäuse 4 sind neben den beiden Schwenkeinrichtungen 24 drei Nadellager 36, d. h. Wälzlager 44, als Zylindertrommellager 35 tangential gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass die drei Nadellager 36 als Radiallager eine radiale Dreipunktlagerung für die Zylindertrommel 5 bilden. Die drei Nadellager 36 lagern damit unmittelbar die rotierende Zylindertrommel 5 und mittelbar die rotierende Antriebswelle 9. Die Lagerung 10 an dem Flansch 21 des Gehäuses 4 bzw. an einer Öffnung 63 des Gehäuses 4 zur Durchführung der Antriebswelle 9 ist als eine Wälzlagerung 43, d. h. eine Kugellagerung, ausgebildet zur axialen und radialen Lagerung der Antriebswelle 9. Der resultierende Kraftangriffspunkt der von dem Triebwerk, d. h. der Zylindertrommel 5, den Kolben 5, den Gleitschuhen 39 und der Rückhaltescheibe 37, auf die Antriebswelle 9 aufgebrachten Kräfte, insbesondere Querkräfte, entspricht in der axialen Ausdehnung der Antriebswelle 9 im Wesentlichen der axialen Position der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14. Eine erste fiktive Schnittebene 61 ist senkrecht zu der Rotationsachse 8 ausgerichtet und schneidet sowohl die Kolbenverbindungsstelle 22 als auch den Kragring 23 und das Zylindertrommellager 35. Eine zweite fiktive Schnittebene 62 ist senkrecht zu der Rotationsachse 8 ausgerichtet und liegt in der Schwenkachse 15 und schneidet den Kragring 23 und das Zylindertrommellager 35. Die von dem Triebwerk auf die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 aufgebrachten Querkräfte werden damit in der axialen Ausdehnung der Antriebswelle 9 im Wesentlichen am gleichen axialen Bereich von der Zylindertrommel 5 aufgenommen, so dass dadurch in vorteilhafter Weise von der Antriebswelle 9 nur sehr geringe Biegemomente aufgrund von Querkräften aufzunehmen sind. Die Antriebswelle 9 kann damit kleiner dimensioniert werden, sodass Kosten und Bauraum eingespart werden kann. Dier Lagerung 10 als Wellenlagerung 10 dient auch zur Aufnahme der von dem Triebwerk auf die Antriebswelle 9 bzw. die Zylindertrommel 5 aufgebrachten Kräfte, jedoch überwiegend zur Aufnahme von Kräften, welche von außerhalb des Gehäuses 4 auf die Antriebswelle 9, z. B. ein Zahnrad, aufgebracht werden.
Ein axiales Ende 66 der Antriebswelle 9 liegt auf der Ventilscheibe 9 auf, d. h. die Antriebswelle 9 endet bereits an der Ventilscheibe 11 und ist nicht durch eine Öffnung an der Ventilscheibe 11 zu dem Gehäuse 4 geführt. An einer ersten Seite 64 des Gehäuses 4 bzw. dem Flansch 21 des Gehäuses 4 ist die Öffnung 63 mit der Lagerung 10 ausgebildet und eine zweite Seite 65 weist keine Aussparung oder ein Mittel zur Lagerung der Antriebswelle 9 auf. Die zweite Seite 65 oder wenigstens eine Wandung des Gehäuses 4 an der zweiten Seite 65 kann damit im Wesentlichen vollständig für hydraulische Verbindungen, z. B. Steck- oder Schraubverbindungen, und hydraulische Einrichtungen, z. B. Ventile, Drucksensoren oder Volumenstromsensoren, (nicht dargestellt) genutzt werden. Damit kann die Schrägscheibenmaschine 1 an der zweiten Seite 65 in einfacher Weise mit verschiedenen hydraulischen Verbindungen und Einrichtungen ausgestattet werden, sodass bei einem ansonsten identischen Aufbau diesbezüglich eine große Varianz kostengünstig ausgeführt werden kann.
In 3 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 45 dargestellt. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang 45 weist einen Verbrennungsmotor 46 auf, welcher mittels einer Welle 47 ein Planetengetriebe 48 antreibt. Mit dem Planetengetriebe 48 werden zwei Wellen 47 angetrieben, wobei eine erste Welle 47 mit einer Kupplung 49 mit einem Differentialgetriebe 56 verbunden ist. Eine zweite bzw. andere Welle, welche von dem Planetengetriebe 48 angetrieben ist, treibt durch eine Kupplung 49 eine erste Schrägscheibenmaschine 50 an und die erste Schrägscheibenmaschine 50 ist mittels zweier Hydraulikleitungen 52 mit einer zweiten Schrägscheibenmaschine 51 hydraulisch verbunden. Die erste und zweite Schrägscheibenmaschine 50, 51 bilden dadurch ein hydraulisches Getriebe 60 und von der zweiten Schrägscheibenmaschine 51 kann mittels einer Welle 47 auch das Differentialgetriebe 56 angetrieben werden. Das Differentialgetriebe 56 treibt mit den Radwellen 58 die Räder 57 an. Ferner weist der Antriebsstrang 45 zwei Druckspeicher 53 als Hochdruckspeicher 54 und als Niederdruckspeicher 55 auf. Die beiden Druckspeicher 53 sind dabei mittels nicht dargestellter Hydraulikleitungen auch mit den beiden Schrägscheibenmaschinen 50, 51 hydraulisch verbunden, sodass dadurch mechanische Energie des Verbrennungsmotors 46 in dem Hochdruckspeicher 54 hydraulisch gespeichert werden kann und ferner in einem Rekuperationsbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit dem Antriebsstrang 45 ebenfalls kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in dem Hochdruckspeicher 54 hydraulisch gespeichert werden kann. Mittels der in dem Hochdruckspeicher 54 gespeicherten hydraulischen Energie kann mit einer Schrägscheibenmaschine 50, 51 zusätzlich das Differentialgetriebe 56 angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die von dem Triebwerk auf die Antriebswelle 9 bzw. die Zylindertrommel 5 aufgebrachten Querkräfte werden von dem Zylindertrommellager 35 im Wesentlichen in axialer Richtung am gleichen Bereich aufgenommen, an welchem die Querkräfte aufgebracht werden. Dadurch treten an der Antriebswelle 9 geringe Biegemomente auf. Das axiale Ende 66 der Antriebswelle 9 endet bereits an der Ventilscheibe 11 und weist im Bereich des axialen Endes 66 auch keine Lagerung 10 auf, so dass die zweite 65 des Gehäuses 4 im Wesentlichen vollständig für hydraulische Verbindungen und Einrichtungen zur Verfügung steht für eine hohe Varianz der Schrägscheibenmaschine 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1013928 A2 [0003]
CH 405934 [0004]
DE 2733870 C2 [0005]

Claims

Schrägscheibenmaschine (1) als Axialkolbenpumpe (2) und/oder Axialkolbenmotor (3), umfassend – eine um eine Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), – in den Kolbenbohrungen (6) beweglich gelagerte Kolben (7), – eine mit der Zylindertrommel (5) zumindest drehfest verbundene Antriebswelle (9), welche um die Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagert ist, – eine um eine Schwenkachse (15) verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege (14), – eine Wiegenlagerung (20) für die Schwenkwiege (14), – eine Niederdrucköffnung (13) zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen (6), – eine Hochdrucköffnung (12) zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) ein Zylindertrommellager (35) aufweist zur Lagerung der Zylindertrommel (5).
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) keinen unmittelbaren Kontakt zu der Antriebswelle (9) aufweist und/oder das Zylindertrommellager (35) unmittelbar nur zur Lagerung der Zylindertrommel (5) dient und vorzugsweise mittelbar zur Lagerung der Antriebswelle (9).
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Zylindertrommellagers (35) zu der Rotationsachse (8) der Antriebswelle (9) und der Zylindertrommel (5) größer ist als der Radius der Antriebswelle (9), insbesondere der Abstand um wenigstens 0,5 cm, 1 cm, 3 cm oder 5 cm größer ist als der Radius der Antriebswelle (9) und/oder die Schrägscheibenmaschine (1) ein Gehäuse (4) umfasst.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale radiale Abstand des Zylindertrommellagers (35) zu der Rotationsachse (8) der Antriebswelle (9) und der Zylindertrommel (5) im Wesentlichen dem, vorzugsweise maximalen, radialen Abstand eines äußeren radialen Endes (33, 67) der Zylindertrommel (5) zu der Rotationsachse (8) der Antriebswelle (9) und der Zylindertrommel (5) entspricht und/oder das Zylindertrommellager (35) in unmittelbarem Kontakt mit der Zylindertrommel (5) steht und/oder das Zylindertrommellager (35) zur unmittelbaren Lagerung der Zylindertrommel (5) und zur mittelbaren Lagerung der Antriebswelle (9) dient.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) ein Radiallager und vorzugsweise ein Axiallager ist und/oder das Zylindertrommellager (35) ein Wälzlager (44), insbesondere ein Nadellager (36), ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertrommel (5) in axialer Richtung fest mit der Antriebswelle (9) verbunden ist und/oder die Zylindertrommel (5) und die Antriebswelle (9) einteilig ausgebildet sind oder die Zylindertrommel (5) und die Antriebswelle (9) als getrennte Bauteile (5, 9) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) tangential vollständig umlaufend an dem äußeren oder inneres radialen Ende (33, 34, 67) der Zylindertrommel (5) angeordnet ist oder das Zylindertrommellager (35) nur an wenigstens drei tangentialen Abschnitten des äußeren oder radialen Endes (33, 34, 67) der Zylindertrommel (5) angeordnet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) mit dem Gehäuse (4), insbesondere mittels eines Presssitzes, verbunden ist zur Befestigung des Zylindertrommellagers (35).
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) an dem äußeren oder inneren radialen Ende (33, 34, 67) der Zylindertrommel (5) auf der Zylindertrommel (5) aufliegt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertrommel (5) einen Kragring (23) aufweist und der Kragring (23) von einer fiktiven ersten Schnittebene (61) geschnitten ist und/oder das Zylindertrommellager (35) von der fiktiven ersten Schnittebene (61) geschnitten ist und die fiktive erste Schnittebene (61) dahingehend ausgerichtet ist, dass die fiktive ersten Schnittebene (61) senkrecht zu der Rotationsachse (8) der Zylindertrommel (5) und der Antriebswelle (9) ausgerichtet ist und eine Kolbenverbindungsstelle (22) zwischen einem Gleitschuh (39) und dem Kolben (7) von der fiktiven ersten Schnittebene (61) geschnitten ist und/oder die Zylindertrommel (5) einen Kragring (23) aufweist und der Kragring (23) von einer fiktiven zweiten Schnittebene (62) geschnitten ist und/oder das Zylindertrommellager (35) von der fiktiven zweiten Schnittebene (62) geschnitten ist und die fiktive zweite Schnittebene (62) dahingehend ausgerichtet ist, dass die fiktive zweite Schnittebene (62) senkrecht zu der Rotationsachse (8) der Antriebswelle (9) und der Zylindertrommel (5) ausgerichtet ist und die fiktive zweiten Schnittebene (62) mit einem Abstand von weniger als 3 cm, 2 cm oder 1 cm zu einer Schwenkachse (15) der Schwenkwiege (14) ausgerichtet ist, insbesondere die Schwenkachse (15) in der fiktiven zweiten Schnittebene (62) liegt.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindertrommellager (35) auf dem Kragring (23), insbesondere an einem äußeren oder inneren radialen Ende (33, 34) des Kragringes (23), mittelbar oder unmittelbar aufliegt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) eine Lagerung (10), insbesondere nur eine Lagerung (10), zur radialen Lagerung der Antriebswelle (9) umfasst und vorzugsweise die Lagerung (10) in unmittelbarem Kontakt zu der Antriebswelle (9) steht und vorzugsweise die Lagerung (10) keinen unmittelbarem Kontakt zu der Zylindertrommel (5) aufweist und vorzugsweise die Lagerung (10) außerhalb der ersten und/oder zweiten fiktiven Schnittebene (61, 62) liegt und vorzugsweise die Lagerung (10) ein Axiallager.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) oder ein Flansch (21) des Gehäuses (4) an einer ersten Seite (64) eine Öffnung (63) zur Durchführung der Antriebswelle (9) aufweist und das Gehäuse (4) an einer der Öffnung (63) gegenüberliegenden zweiten Seite (65) keine Öffnung oder Aussparung zur Durchführung oder Lagerung der Antriebswelle (9) aufweist und vorzugsweise an der Öffnung (63) die Lagerung (10) zur radialen Lagerung der Antriebswelle (9) angeordnet ist und/oder die Schrägscheibenmaschine (1) eine Ventilscheibe (11) mit der Hochdrucköffnung (12) und der Niederdrucköffnung (13) aufweist und ein axiales Ende (66) der Antriebswelle (9) an der Ventilscheibe (11) endet und/oder im Bereich, z. B. in einem Abstand von weniger als dem 2-, 1- oder 0,5-Fachen des Durchmessers der Antriebswelle (9), eines innerhalb des Gehäuses (4) liegendes axiales Endes (66) der Antriebswelle (9) keine Lagerung (10) für die Antriebswelle (9) ausgebildet ist und/oder die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) zum Verschwenken der Schwenkwiege (14) umfasst.
Antriebsstrang (45) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – wenigstens eine Schrägscheibenmaschine (1) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt, – wenigstens einen Druckspeicher (53), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (45) zwei Schrägscheibenmaschinen (1) umfasst, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe (60) fungieren und/oder der Antriebsstrang (45) zwei Druckspeicher (53) als Hochdruckspeicher (54) und Niederdruckspeicher (55) umfasst.