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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 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 mit einer, insbesondere unmittelbaren, Lagerung für die Zylindertrommel gelagert ist. Die Lagerung für die Zylindertrommel kann die auf die Zylindertrommel wirkenden Kräfte im Wesentlichen aufnehmen, so dass dadurch die Lagerung für die Antriebswelle an dem fiktiven ersten Teil der Antriebswelle wesentlich entlastet ist und dadurch kleiner dimensioniert werden kann. 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. Die Seite der Zylindertrommel, an welcher die Antriebswelle befestigt ist, ist dabei eine zu der Schwenkwiege gegenüberliegende Seite der Zylindertrommel, sodass dadurch die Antriebswelle nicht durch die Schwenkwiege durchgeführt ist und die Schwenkwiege auch 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.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Lagerung für die Antriebswelle nur an dem fiktiven ersten Teil der Antriebswelle als eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung ausgebildet und/oder die Lagerung für die Antriebswelle außerhalb des fiktiven Schnittes liegt.
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Zweckmäßig ist die Gleitlagerung für die Antriebswelle als radiale Gleitlagerung und axiale Gleitlagerung ausgebildet oder die Wälzlagerung für die Antriebswelle ist als radiale und axiale Wälzlagerung 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 und/oder die Lagerung für die Zylindertrommel ist als eine Wälzlagerung ausgebildet. Die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind als zwei getrennte Bauteile ausgebildet. 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. Abweichend hiervon kann die Zylindertrommel auch eine Bohrung aufweisen, innerhalb dessen die Antriebswelle angeordnet ist, sodass dadurch die Antriebswelle vollständig durch die Zylindertrommel hindurchgeführt ist und dadurch der zweite fiktive Teil der Antriebswelle von der Antriebswelle als Bauteil gebildet ist.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist an der Schwenkwiege keine Öffnung zur Durchführung der Antriebswelle ausgebildet und/oder die Zylindertrommel ist mit wenigstens drei Lagerungen, insbesondere unmittelbar, gelagert, vorzugsweise liegen die wenigstens drei Lagerungen radial außenseitig auf der Zylindertrommel auf. 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 und/oder die Lagerung für die Zylindertrommel ist von dem fiktiven Schnitt geschnitten. 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 Ausführungsform sind die Zylindertrommel und die Antriebswelle zweiteilig ausgebildet, insbesondere ist die Antriebswelle mit einer Nabenverbindung zumindest drehfest, vorzugsweise formschlüssig, insbesondere ausschließlich formschlüssig, mit der Zylindertrommel verbunden. Die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind mittels einer Nabenverbindung drehfest miteinander verbunden, indem ein Außenzahnring an der Antriebswelle in einen Innenzahnring an einer axialen Bohrung der Zylindertrommel greift, sodass die Antriebswelle und die Zylindertrommel drehfest miteinander verbunden sind. Aufgrund der Anordnung der Antriebswelle in der axialen Bohrung der Zylindertrommel können auch von der Zylindertrommel Querkräfte und Biegemomente auf die Antriebswelle übertragen werden. Abweichend hiervon kann die Zylindertrommel und die Antriebswelle auch einteilig ausgebildet sein. Bei einer einteiligen Ausbildung der Zylindertrommel und der Antriebswelle sind der fiktive erste und zweite Teil der Antriebswelle von dem gleichen Bauteil gebildet.
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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 in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Längsschnitt der Schrägscheibenmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 einen Querschnitt A-A gemäß 1 und 2 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege und
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4 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 in einem ersten Ausführungsbeispiel 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. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit aus aufgrund der 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 3 ausgerichtet. Die Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ist parallel zur und in der Zeichenebene von 1 angeordnet und senkrecht auf der Zeichenebene von 3.
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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 sphärisch zueinander 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 Zylindertrommel 5 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 dem linken axialen Ende der Zylindertrommel 5 gemäß 1 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 und 3) 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 1 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 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 Nabenverbindung 61 miteinander verbunden, so dass die Zylindertrommel 5 mit der Antriebswelle 9 drehfest verbunden ist. Hierzu weist die Zylindertrommel 5 an der vollständig durchgehenden axialen Bohrung 43 in einem ersten Abschnitt, an welchem die Antriebswelle 9 an der Zylindertrommel 5 an der axialen Bohrung 43 aufliegt, einen Innenzahnring auf in welchen ein Außenzahnring an der Antriebswelle 9 eingreift. Die Antriebswelle 9 weist an dem zweiten Abschnitt einen kleineren Durchmesser auf als an dem ersten Abschnitt. An dem zweiten Abschnitt der axialen Bohrung 43 ist zwischen der axialen Bohrung 43 an dem zweiten Abschnitt und der Antriebswelle 9 die Druckfeder 41 in einem Ring zwischen der Zylindertrommel 5 und der Antriebswelle 9 angeordnet. Der Durchmesser der axialen Bohrung 43 ist an dem ersten Abschnitt größer als an dem zweiten Abschnitt, so dass zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt eine radiale Stufe 80 an der Zylindertrommel 5 vorhanden ist. Da die Antriebswelle 9 an der radialen Außenseite an dem ersten Abschnitt der Bohrung 43 auf der Zylindertrommel aufliegt, können auch Biegemomente von der Zylindertrommel 5 auf die Antriebswelle 9 übertragen werden und umgekehrt. In axialer Richtung besteht keine Verbindung zwischen der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5. Die Zylindertrommel 5 ist in axialer Richtung von der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 mittelbar und von der Ventilscheibe 11 unmittelbar gelagert.
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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. Nur an 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 zur Übertragung eines Biegemomentes bildet die Gleitlagerung 23 an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 auch eine mittelbare Lagerung 10 für die Zylindertrommel 5. An der Antriebswelle 9 ist ein Lagerring 36 ausgebildet. An dem Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 sind außerdem drei Lagerungen 75 für die Zylindertrommel 5 angeordnet mit denen die Zylindertrommel 5 unmittelbar gelagert ist. Die Lagerungen 75 sind als Nadellager 77 ausgebildete Wälzlagerungen 76 und liegen in tangentialer Richtung gleichmäßig auf einer radialen Außenseite der Zylindertrommel 5 auf. Die Lagerungen 75 an der Zylindertrommel 5 sind in der axialen Ausrichtung in Richtung der Rotationsachse 8 damit in der Nähe der Kraftangriffspunkte an der Zylindertrommel 5 angeordnet, so dass von der Zylindertrommel 5 und der Antriebswelle 9 nur geringe Biegekräfte zu übernehmen sind und damit die Gleitlagerung 23 entlastet ist.
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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 Verbindung der Antriebswelle 9 mit der Zylindertrommel 5 können von der Gleitlagerung 23 radiale Kräfte senkrecht zu der Rotationsachse 8 an der Zylindertrommel 5 aufgenommen werden, da auf die Gleitlagerung 23 auch Biegemomente an der Antriebswelle 9 aufnehmen kann. 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. Ein Wellendichtring 78 dient zur Abdichtung der Antriebswelle 9.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1 beschrieben. Anstelle der Gleitlagerung 23 an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 ist die Antriebswelle 9 mit einer Wälzlagerung 79 nur an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 unmittelbar gelagert. Die Wälzlagerung 79, beispielsweise als ein Kugellager ausgebildet, stellt eine radiale und axiale Wälzlagerung 79 für die Antriebswelle 9 zur Verfügung. Ein Wellendichtring 78 dichtet den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum 44 der Schrägscheibenmaschine 1 an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 bzw. an der Öffnung 63 des Gehäuses 4 bezüglich der Umgebung ab, so dass keine Hydraulikflüssigkeit aus dem Innenraum 44 an der Antriebswelle 9 in die Umgebung gelangen kann. Die Zylindertrommel 5 und die Antriebswelle 9 sind einteilig ausgebildet, so dass keine Nabenverbindung 61 zwischen der Zylindertrommel 5 und der Antriebswelle 9 erforderlich ist. Eine fiktive Verlängerung der Antriebswelle 9 außerhalb der Zylindertrommel 5 ist innerhalb der Zylindertrommel 5 mit einer strichlierten Gerade dargestellt. Der fiktive zweite Teil 28 der Antriebswelle 9 mit dem axialen Ende 33 ist somit an dem Bauteil der Zylindertrommel 5 ausgebildet. Die axiale Bohrung 43 an der Zylindertrommel 5 bzw. dem fiktiven zweiten Teil 28 der Antriebswelle 9 ist an dem Bauteil der Zylindertrommel 5 nicht vollständig durchgehend, sondern nur teilweise beginnend mit dem axialen Ende 33 vorhanden.
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In 4 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 ist mit der Lagerung 75 gelagert und die Antriebswelle 9 ist mit der Gleitlagerung 23 oder der Wälzlagerung 79 nur an dem fiktiven ersten Teil 27 der Antriebswelle 9 gelagert, 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]
