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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
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Stand der Technik
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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° als Schwenkwinkel, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet.
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Die Antriebswelle ist mit zwei Kegelrollenlagern als radiale Lagerung und axiale Lagerung radial und axial an zwei Seiten eines Gehäuses der Schrägscheibenmaschine gelagert. Die Kegelrollenlager sind in nachteiliger Weise in der Herstellung teuer und es ist ferner in aufwendiger Weise ein genaues Einstellen der Lagerspiele mit Einstellscheiben erforderlich. Ferner ist an der Schwenkwiege eine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle erforderlich, so dass eine Wiegenlagerung als Gleitlager für die Schwenkwiege eine kleine Lagerfläche aufweist und deshalb hydrostatisch entlastet wird.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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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 Lagerung für die Antriebswelle, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der 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 in einem fiktiven Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle, bei welchem die Kolbenbohrungen der Zylindertrommel geschnitten sind, die Antriebswelle von dem fiktiven Schnitt in einen fiktiven ersten Teil und in einen fiktiven zweiten Teil geschnitten ist und die Lagerung für die Antriebswelle nur an dem fiktiven ersten Teil der Antriebswelle oder nur an dem fiktiven zweiten Teil der Antriebswelle ausgebildet ist und der fiktive erste Teil der Antriebswelle einen größeren Abstand zu der Schwenkwiege aufweist als der fiktive zweite Teil der Antriebswelle und die Zylindertrommel und die Antriebswelle zweiteilig ausgebildet sind. In Richtung der Rotationsachse der Zylindertrommel ist somit die Zylindertrommel nur an einer Seite mit der Antriebswelle verbunden und nur an dieser einen Seite ist eine Antriebswelle ausgebildet, welche von der Lagerung gelagert ist. Aufgrund der Verbindung der Antriebswelle mit der Zylindertrommel zur Übertragung von Biegemomenten und Querkräften dient die Lagerung für die Antriebswelle auch als Lagerung für die Zylindertrommel. Die Seite der Zylindertrommel, an welcher die Antriebswelle befestigt ist, ist dabei vorzugsweise eine zu der Schwenkwiege gegenüberliegende Seite der Zylindertrommel, sodass dadurch die Antriebswelle nicht durch die Schwenkwiege durchgeführt ist und die Schwenkwiege auch vorzugsweise keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle aufweist. Dadurch kann die Wiegenlagerung deutlich einfacher und ferner kann die Geometrie der Schwenkwiege einfacher ausgebildet werden, da zur Aufnahme der Biegekräfte keine Unterbrechung an einer Öffnung auftritt. Die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind zweiteilig aus zwei getrennten Bauteilen ausgebildet, so dass die Antriebswelle und Zylindertrommel getrennt hergestellt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Zylindertrommel und die Antriebswelle mit einer Kupplung formschlüssig, insbesondere ausschließlich formschlüssig, miteinander verbunden. Bei einer ausschließlich formschlüssigen Verbindung zwischen der Zylindertrommel und der Antriebswelle besteht keine stoffschlüssige und keine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Zylindertrommel.
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In einer Variante ist an der Antriebswelle ein Kupplungsstutzen ausgebildet und der Kupplungsstutzen ist in einer Kupplungsbohrung an der Zylindertrommel angeordnet oder umgekehrt, d. h. die Zylindertrommel weist einen Kupplungsstutzen auf und dieser ist in einer Kupplungsbohrung an der Antriebswelle angerordnet. Damit kann eine Querkraft oder ein Biegemoment von der Zylindertrommel auf die Antriebswelle übertragen werden. Die Querschnittsform der Kupplungsbohrung und des Kupplungsstutzens ist beliebig, z. B. kreisförmig oder rechteckig, z. B. quadratisch. Bei einer rechteckigen Ausbildung ist der Kupplungsstutzen auch drehfest mit der Kupplungsbohrung verbunden aufgrund einer formschlüssigen Drehverbindung, so dass die Geometrie der Kupplungsbohrung und des Kupplungsstutzens auch eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung bildet. Die Kupplungsbohrung an der Zylindertrommel ist nur teilweise oder axial vollständig durchgehend ausgebildet. Der Kupplungsstutzen an der Antriebswelle kann den gleichen, einen kleineren oder einen größeren Durchmesser aufweisen wie die Antriebswelle.
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Zweckmäßig ist an dem Kupplungsstutzen eine Außenverzahnung ausgebildet, welche in Eingriff mit einer Innenverzahnung an der Kupplungsbohrung steht zur drehfesten Verbindung der Zylindertrommel mit der Antriebswelle. Die Außen- und Innenverzahnung kann beispielsweise auch in Form einer Längsverzahnung an einer ansonsten kreisförmigen Querschnittsform des Kupplungsstutzens und der Kupplungsbohrung ausgebildet sein oder als eine Nut-Feder-Verbindung mit einer Feder, insbesondere nur einer Feder, an dem Kupplungsstutzen, welcher in eine Nut, insbesondere nur eine Nut, an der Kupplungsbohrung eingreift.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht keine axiale Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Zylindertrommel. Die Außen- und Innenverzahnung ist dahingehend ausgebildet, dass der Kupplungsstutzen in die Kupplungsbohrung ein- und ausgeschoben werden kann.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist an der Zylindertrommel keine Lagerung zur unmittelbaren Lagerung der Zylindertrommel, z. B. mit einem Nadellager, ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Lagerung für die Antriebswelle nur an dem fiktiven ersten oder zweiten Teil der Antriebswelle als eine Gleitlagerung ausgebildet.
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Zweckmäßig ist die Gleitlagerung als radiale Gleitlagerung und axiale Gleitlagerung ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Lagerung nur an dem fiktiven ersten Teil der Antriebswelle für die Antriebswelle als wenigstens ein Wälzlager, insbesondere als zwei Wälzlager, vorzugsweise zwei Kugellager, ausgebildet. Zwei Wälzlager können dabei wie eine Gleitlagerung auch die auf die Zylindertrommel in radialer Richtung wirkenden Kräfte aufnehmen.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der fiktive zweite Teil der Antriebswelle wenigstens teilweise von der Zylindertrommel gebildet. Die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind als zwei getrennte Bauteile ausgebildet und die Antriebswelle endet in ihrer axialen Ausdehnung im Bereich der Zylindertrommel. Bei einer fiktiven Verlängerung der Antriebswelle als Bauteil in die Zylindertrommel hinein, stellt diese Verlängerung der Antriebswelle den fiktiven zweiten Teil der Antriebswelle dar und dieser fiktive zweite Teil der Antriebswelle ist damit von der Zylindertrommel gebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist an der Schwenkwiege keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle ausgebildet. Das axiale Ende der Zylindertrommel und das axiale Ende des fiktiven zweiten Teils der Antriebswelle, welches der Schwenkwiege zugewandt ist, endet im Bereich der Schwenkwiege, sodass dadurch die Antriebswelle nicht durch die Schwenkwiege hindurchgeführt ist und deshalb auch keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle erforderlich ist. Dadurch kann die Schwenkwiege eine größere Lagerfläche für die Wiegenlagerung aufweisen, sodass dadurch geringe Druckkräfte an einer Wiegen-Gleitlagerung auftreten und damit eine hydrostatische Entlastung der Wiegen-Gleitlagerung nicht erforderlich ist. Ferner ist dadurch die Geometrie der Schwenkwiege einfacher ausgebildet, da diese keine Öffnung aufweist, welche keine Biegekräfte aufnehmen kann.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist ein axiales Ende des fiktiven zweiten Teils der Antriebswelle zwischen der fiktiven Ebene und der Schwenkwiege angeordnet. Das axiale Ende des fiktiven zweiten Teils der Antriebswelle ist zwischen der fiktiven Ebene und der Schwenkwiege angeordnet bzw. positioniert. Dies bedeutet, dass die Antriebswelle nicht durch die Schwenkwiege hindurchgeführt ist. Der fiktive zweite Teil der Antriebswelle ist beispielsweise von der Antriebswelle als Bauteil oder von der Zylindertrommel als Bauteil gebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist mit dem fiktiven ersten Teil der Antriebswelle eine Gleitlagerbuchse fest verbunden und/oder die Gleitlagerung ist für den fiktiven ersten Teil der Antriebswelle mit einer Schmierflüssigkeit geschmiert und ein Innenraum der Schrägscheibenmaschine ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und die Schmierflüssigkeit ist von der Hydraulikflüssigkeit gebildet. Der fiktive erste Teil der Antriebswelle ist von der Antriebswelle als Bauteil gebildet und die Antriebswelle besteht beispielsweise aus Stahl. Die Gleitlagerbuchse ist beispielsweise aus Messing, Bronze oder Kunststoff, insbesondere einem Kunststoffcompound, gebildet, sodass dadurch die Gleitlagerbuchse eine Gleitlagerung bildet, da die Gleitlagerbuchse auf einer Gleitgegenlagerung aufliegt und die Gleitgegenlagerung insbesondere von dem Gehäuse gebildet ist. Dabei ist die Gleitgegenlagerung beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, oder Kunststoff gebildet als dem Material des Gehäuses. Der Innenraum der Schrägscheibenmaschine ist von der Hydraulikflüssigkeit gefüllt und zur Schmierung der Gleitlagerung ist lediglich eine fluidleitende Verbindung der Gleitlagerung zu dem Innenraum erforderlich. Dadurch ist in besonders einfacher Weise eine Zurverfügungstellung von Schmierflüssigkeit für die Gleitlagerung möglich.
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In einer ergänzenden Ausführungsform weist die Gleitlagerbuchse einen Stützring auf, so dass der Stützring eine axiale Gleitlagerung bildet.
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Zweckmäßig liegt die Gleitlagerbuchse an einer Gleitgegenlagerung, insbesondere an einer vom dem Gehäuse gebildeten Gleitgegenlagerung, auf.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Gleitgegenlagerung von einer Adapterplatte als Gehäuse gebildet. Die Adapterplatte ist beispielsweise mit einer Schraub- oder Pressverbindung mit dem übrigen Gehäuse verbunden, insbesondere fluiddicht.
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In einer ergänzenden Variante sind an einer Rückhaltescheibe Gleitschuhe und Lagerkugeln befestigt und mit einer Druckfeder sind unter Druckkraft die Gleitschuhe und/oder die Rückhaltescheibe mittelbar oder unmittelbar auf eine Auflagefläche der Schwenkwiege gedrückt und die Druckfeder ist in einer axialen Bohrung an dem fiktiven zweiten Teil der Zylindertrommel und/oder Antriebswelle angeordnet. Der Drückmechanismus zum Aufbringen einer Druckkraft auf die Rückhaltescheibe bzw. die Gleitschuhe ist dadurch besonders einfach aufgebaut und durch die Anordnung der Druckfeder in einer axialen Bohrung an der Antriebswelle bzw. der Zylindertrommel kann dadurch zusätzlich Bauraum eingespart werden, sodass dadurch die Schrägscheibenmaschine in ihrer Ausdehnung kompakter aufgebaut ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Wiegenlagerung für die Schwenkwiege als eine Wiegen-Gleitlagerung ohne eine hydrostatische Entlastung ausgebildet. Aufgrund der großen Lagerfläche der Wiegen-Gleitlagerung ist keine hydrostatische Entlastung erforderlich, sodass dadurch die hydraulische Energie zur hydrostatischen Entlastung der Wiegengleitlagerung eingespart werden kann in vorteilhafter Weise.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
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2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege und
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3 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert (1). Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest verbunden, wobei die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 zweiteilig ausgebildet sind und die Grenze zwischen der fiktiv verlängerten Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 in 1 strichliert dargestellt ist. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit aus aufgrund einer drehfesten Verbindung. 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 einem 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.
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Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane 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 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. Die Zwischenscheibe 38 liegt unmittelbar auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 auf und die Rückhaltescheibe 37 liegt auf der Zwischenscheibe 38 auf. 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 Druckfeder 41 ist teilweise in einer axialen Bohrung 43 an der fiktiv verlängerten Antriebswelle 9 angeordnet und auf der Rückhaltescheibe 37 liegt eine Druckscheibe 70 auf. Die von der Druckfeder 41 auf eine Druckplatte 69 aufgebrachte Druckkraft wird von der Druckplatte 69 auf die Druckscheibe 70 übertragen, da die Druckplatte 69 auf der Druckscheibe 70 aufliegt. Die Ausbildung der axialen Bohrung 43 an der fiktiven Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ist möglich, da die Antriebswelle 9 nicht durch die Schwenkwiege 14 geführt ist, sondern vor der Schwenkwiege 14 endet.
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Die Schwenkwiege 14 ist – wie bereits erwähnt – um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert. Am Gehäuse 4 ist eine Wiegenlagerung 20 als Gleitlagerung ausgebildet. Die Schwenkwiege 14 ist damit mittels einer Gleitlagerung an der Wiegenlagerung 20 bzw. dem Gehäuse 4 um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert. Die Wiegenlagerung 20 als Wiegen-Gleitlagerung 62 weist eine große Lagerfläche auf, weil an der Schwenkwiege 14 keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle 9 vorhanden ist. Damit kann auf eine hydrostatische Entlastung mit nachteiligem Energiebedarf der Wiegenlagerung 20 verzichtet werden, weil aufgrund der größeren Lagerfläche kleinere Druckkräfte an der Wiegen-Gleitlagerung 62 auftreten. 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 fiktiven Ebene vorhanden gemäß der Schnittbildung in 1.
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Die Schwenkeinrichtung 24 weist eine Verbindungsstelle 32 zwischen der Schwenkeinrichtung 24 und der Schwenkwiege 14 auf. Die Schwenkeinrichtung 24 weist einen Verstellkolben 29 auf, welcher in einem Verstellzylinder 30 beweglich gelagert ist. Ferner ist innerhalb des Verstellzylinders 30 eine Rückstellfeder 74 angeordnet. 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 welcher eine Lagerkugel 19 gelagert ist. Dabei ist die Lagerkugel 19 an einem Schwenkarm 16 (1 bis 2) der Schwenkwiege 14 vorhanden. Die Schwenkeinrichtung 24 ist somit mit einer Lagerkugel 19 an einem Schwenkarm 16 mit der Schwenkwiege 14 verbunden. Durch Öffnen eines Ventiles 67 der Schwenkeinrichtung 24 und Einleiten einer Hydraulikflüssigkeit unter Druck durch einen Hydraulikkanal 68 wird der Verstellkolben 29 entgegen der von einer Rückstellfeder 74 auf den Verstellkolben aufgebrachten Kraft aus dem Verstellzylinder 30 heraus bewegt. Bei einem Öffnen des Ventils 67 ohne ein Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter Druck in den Verstellzylinder 30 wird der Verstellkolben 29 von der Rückstellfeder 74 in den Verstellzylinder 30 hinein bewegt, d. h. die Schwenkwiege 14 gemäß der Darstellung in 1 um die Schwenkachse 15 im Uhrzeigersinn verschwenkt. 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.
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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. Ein axiales Ende 66 der der Zylindertrommel 5 liegt auf der Ventilscheibe 11 auf. An einer ersten Seite 64 des Gehäuses 4 bzw. einer Adapterplatte 21 des Gehäuses 4 ist eine Öffnung 63 mit der Lagerung 10 ausgebildet und eine zweite Seite 65 weist keine Aussparung oder Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf, sondern die Wiegen-Gleitlagerung 62.
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Ein fiktiver Schnitt 17 mit einer Schnittebene, welcher senkrecht auf der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 bzw. der Antriebswelle 9 steht, schneidet die Kolbenbohrungen 6 der Zylindertrommel 5. Dadurch ist die Antriebswelle 9 von dem fiktiven Schnitt 17 in einen fiktiven ersten Teil 27 und in einen fiktiven zweiten Teil 28 der Antriebswelle 9 unterteilt. Der fiktive erste Teil 27 der Antriebswelle 9 weist zu der Schwenkwiege 14 einen größeren Abstand bzw. axialen Abstand in Richtung der Rotationsachse 8 auf als der fiktive zweite Teil 28 der Antriebswelle 9. Auch die Zylindertrommel 5 ist von dem fiktiven Schnitt 17 in einen fiktiven ersten Teil und einen fiktiven zweiten Teil 73 unterteilt. Der fiktive zweite Teil 73 der Zylindertrommel 5 ist dabei der Schwenkwiege 14 zugewandt, das heißt der fiktive erste Teil der Zylindertrommel 5 weist zu der Schwenkwiege 14 einen größeren axialen Abstand auf als der fiktive zweite Teil 73 der Zylindertrommel 5. Das axiale Ende des fiktiven zweiten Teils 73 der Zylindertrommel 5 ist der Schwenkwiege 14 zugewandt und endet vor der Schwenkwiege 14 wie der fiktive zweite Teil 28 der Antriebswelle 9.
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Die Zylindertrommel 5 und die Antriebswelle 9 sind zweiteilig ausgebildet und mittels einer Kupplung 61 dahingehend miteinander verbunden, dass die Zylindertrommel 5 mit der Antriebswelle 9 nur drehfest miteinander verbunden sind. Die Zylindertrommel 5 ist dabei nur an dem axialen Ende 66 mit der Antriebswelle 9 verbunden, welches gegenüberliegend zu dem axialen Ende angeordnet ist bzw. ausgebildet ist, welches der Schwenkwiege 14 zugewandt ist. Hierzu ist an der Antriebswelle 9 ein Kupplungsstutzen 75 ausgebildet mit einem kleineren Durchmesser als die Antriebswelle 9. Die Zylindertrommel 5 ist mit eine Kupplungsbohrung 76 versehen. An dem Kupplungsstutzen 75 ist außenseitig eine Außenverzahnung 77 vorhanden und an der Kupplungsbohrung 76 eine Innenverzahnung 78. Die Außen- und Innenverzahnung 77, 78 ermöglicht eine drehfeste Verbindung zwischen der Zylindertrommel 5 und der Antriebswelle 9, wobei keine axiale Verbindung zwischen der Zylindertrommel 5 und der Antriebswelle 9 besteht, so dass der Kupplungsstutzen 75 in die Kupplungsbohrung 76 ein- und ausgeschoben werden kann. Der Kupplungsstutzen 76 ist komplementär zu der Kupplungsbohrung 76 ausgebildet, d. h. insbesondere mit dem im Wesentlichen gleichen Durchmesser, so dass an der Kupplung 61 auch Querkräfte und Biegemomente formschlüssig von der Zylindertrommel 5 auf die Antriebswelle 9 übertragen werden können und umgekehrt. Die Zylindertrommel 5 ist axial an der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 mittelbar gelagert und an der Ventilscheibe 11 unmittelbar axial gelagert.
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Eine fiktive Verlängerung des Bauteils der Antriebswelle 9 ist in 1 strichliert dargestellt und stellt links von dem fiktiven Schnitt 17 den fiktiven zweiten Teil 28 der Antriebswelle 9 dar. Der fiktive zweite Teil 28 der Antriebswelle 9 weist ein axiales Ende 33 auf und dieses axiale Ende 33 endet vor der Schwenkwiege 14 und ist der Schwenkwiege 14 zugewandt. Die Zylindertrommel 5 ist mit der Kupplung 61 mit der Antriebswelle 9 als Bauteil verbunden und nur an diesem Bauteil der Antriebswelle 9 bzw. dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 ist die Antriebswelle 9 mit nur einer Gleitlagerung 23 als Lagerung 10 gelagert. Aufgrund der Verbindung der Antriebswelle 9 mit der Zylindertrommel 5 bildet die Gleitlagerung 23 an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 auch eine radiale Lagerung 10 für die Zylindertrommel 5. An der Antriebswelle 9 ist ein Lagerring 36 ausgebildet. Auch die Zylindertrommel 5 ist von dem fiktiven Schnitt 17 in einen fiktiven ersten Teil und in einen fiktiven zweiten Teil 73 unterteilt.
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Ferner ist mit der Antriebswelle 9 aus Stahl drehfest und in axialer Richtung eine Gleitlagerbuchse 34 aus Messing, Bronze oder Kunststoff verbunden. Die Gleitlagerbuchse 34 weist einen Stützring 35 auf. Außerdem ist mit der Adapterplatte 21 als Bestandteil des Gehäuses 4 ein Lagerstutzen 71 verbunden und der Lagerstutzen 71 ist mit einem Lagerelement 72 versehen. In axialer Richtung liegt dabei der Stützring 35 an der Gleitlagerbuchse 34 auf der in 1 linken axialen Seite auf der Adapterplatte 21 auf und auf der in 1 rechts dargestellten Seite auf dem Lagerring 36. Der Lagerring 36, welcher einteilig mit der Antriebswelle 9 aus Stahl ausgebildet ist, liegt ferner auf der in 1 rechts dargestellten axialen Seite auf dem Lagerelement 72 des Lagerstutzens 71 auf. Der Lagerstutzen 71 ist aus Stahl ausgebildet und das Lagerelement 72 aus Messing, Bronze oder Kunststoff. Aufgrund des Stützrings 35 und des Lagerrings 36 ist somit die Gleitlagerung 23 auch als axiale Gleitlagerung 25 ausgebildet. Eine radiale Gleitlagerung 26 ist ausgebildet, da die Gleitlagerbuchse 34 an dem äußeren radialen Ende auf der Adapterplatte 21 aus Stahl aufliegt, sodass die Adapterplatte 21 an der Auflagefläche der Gleitlagerbuchse 34 in radialer Richtung eine Gleitgegenlagerung 42 bildet. Das Lagerelement 72 als auch der Stützring 35 der Gleitlagerbuchse 34 bildet eine axiale Gleitgegenlagerung 42 für den Lagerring 36 aus Stahl der Antriebswelle 9. Die Gleitlagerung 23 kann somit sowohl Kräfte in axialer als auch in radialer Richtung aufnehmen. Aufgrund der festen Verbindung der Antriebswelle 9 mit der Zylindertrommel 5 können dadurch von der Gleitlagerung 23 auch Biegekräfte an der Antriebswelle 9 aufgenommen werden, da auf die Zylindertrommel 5 auch radiale Kräfte senkrecht zu der Rotationsachse 8 einwirken. Das Gehäuse 4 aus Metall oder Kunststoff begrenzt fluiddicht einen Innenraum 44, welcher mit nicht dargestellter Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Innerhalb des Innenraumes 44 sind Komponenten, z. B. die Zylindertrommel 5 und die Schwenkwiege 14, der Schrägscheibenmaschine 1 angeordnet. Die Gleitlagerung 23 steht in fluidleitender Verbindung zu der Hydraulikflüssigkeit in dem Innenraum 44, so dass die Hydraulikflüssigkeit auch eine Schmierflüssigkeit für die Gleitlagerung 23 bildet.
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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.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Zylindertrommel 5 und die Antriebswelle 9 sind zweiteilig aus zwei getrennten Bauteilen hergestellt und mit der Kupplung 61 miteinander verbunden, so dass diese getrennt preiswert hergestellt werden können und bei der Montage einfach mit der Kupplung 61 miteinander verbunden werden können.
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Die Zylindertrommel 5 ist nur an einem axialen Ende 66, welches der Schwenkwiege 14 abgewandt ist, mit der Antriebswelle 9 verbunden, sodass keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle 9 durch die Schwenkwiege 14 erforderlich ist. Die Schwenkwiege 14 kann dadurch geometrisch vereinfachter und kompakter aufgebaut werden und die Wiegen-Gleitlagerung 62 benötigt keine hydrostatische Entlastung, sodass dadurch Energie eingespart werden kann. Ferner kann der Druckmechanismus mit der Druckfeder 41 einfacher aufgebaut werden und die Druckfeder 41 teilweise innerhalb der axialen Bohrung 43 angeordnet werden, sodass dadurch weniger Bauraum für den Druckmechanismus erforderlich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1013928 A2 [0004]
- CH 405934 [0005]
- DE 2733870 C2 [0006]
