DE102013203787A1

DE102013203787A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102013203787A1
Application number: DE201310203787
Authority: DE
Inventors: David Breuer; Alfons Schoetz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-11

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), wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) zum Verschwenken der 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), an den Kolbenbohrungen (6) ausgebildete Strömungsöffnungen (23) zum Aus- und Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und in die rotierenden Kolbenbohrungen (6), welche abwechselnd mit der Niederdruck- und Hochdrucköffnung (12, 13) in fluidleitender Verbindung stehen aufgrund der Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5), wobei mit der Zylindertrommel (5) ein Öffnungsbauteil (17) fest verbunden ist, so dass von dem Öffnungsbauteil (17) die Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) mit ausführbar ist und die Strömungsöffnungen (23) an dem Öffnungsbauteil (17) als einem gesonderten Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel (5) ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 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° als Schwenkwinkel, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet.
Die Schwenkwiege wird von zwei hydraulischen Schwenkeinrichtungen, die je von einem Verstellkolben und einem Verstellzylinder gebildet sind, um eine Schwenkachse verschwenkt. Die Kolbenbohrungen sind als Sacklochbohrungen ausgebildet und am Ende der Kolbenbohrungen bzw. Sacklochbohrungen mit dem größeren Abstand zu der Schwenkwiege sind Strömungsöffnungen vorhanden. Die Strömungsöffnungen weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Kolbenbohrungen und dienen zum Ein- und Ausleiten der Hydraulikflüssigkeit in die und aus den Kolbenbohrungen. Aufgrund der Ausbildung der Kolbenbohrungen als Sackloch ist eine aufwendige und teure spanabhebende Feinstbearbeitung der Kolbenbohrungen als Sacklochbohrungen und der Strömungsöffnungen erforderlich.
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, 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, an den Kolbenbohrungen ausgebildete Strömungsöffnungen zum Aus- und Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und in die rotierenden Kolbenbohrungen, welche abwechselnd mit der Niederdruck- und Hochdrucköffnung in fluidleitender Verbindung stehen aufgrund der Rotationsbewegung der Zylindertrommel, wobei mit der Zylindertrommel ein Öffnungsbauteil fest verbunden ist, so dass von dem Öffnungsbauteil die Rotationsbewegung der Zylindertrommel mit ausführbar ist und die Strömungsöffnungen an dem Öffnungsbauteil als einem gesonderten Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel ausgebildet sind. Das Öffnungsbauteil als gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel ist fest mit der Zylindertrommel verbunden, sodass dadurch das Öffnungsbauteil die Rotationsbewegung der Zylindertrommel um die Rotationsachse mit ausführt. Die Kolbenbohrungen an der Zylindertrommel können dadurch als Durchgangsbohrungen mit einem konstanten Durchmesser ausgebildet werden. Dadurch ist die Herstellung der Zylindertrommel wesentlich preiswerter und einfacher. Das Öffnungsbauteil mit den Strömungsöffnungen zum Aus- und Einleiten der Hydraulikflüssigkeit in die Kolbenbohrungen kann zunächst als gesondertes Bauteil unabhängig von der Zylindertrommel preiswert hergestellt werden und wird anschließend mit der Zylindertrommel verbunden. Die Kosten für die Herstellung der Schrägscheibenmaschine sind dadurch wesentlich niedriger.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Öffnungsbauteil als ein Ring, insbesondere ein scheibenförmiger Ring, ausgebildet. Das Öffnungsbauteil ist ringförmig ausgebildet, da durch das Öffnungsbauteil auch die Antriebswelle durchgeführt ist.
In einer ergänzenden Variante ist das Öffnungsbauteil form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Zylindertrommel verbunden, insbesondere fluiddicht. Das Öffnungsbauteil ist mit der Zylindertrommel beispielsweise mittels einer Schweiß- oder Klebeverbindung verbunden. Darüber hinaus kommt auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Öffnungsbauteil und der Zylindertrommel in Betracht, beispielsweise als eine Bajonett- oder Schraubverbindung mit einem Anschlag. Dabei ist das Öffnungsbauteil fluiddicht mit der Zylindertrommel verbunden, sodass die Hydraulikflüssigkeit in den Kolbenbohrungen nur durch die Strömungsöffnungen an dem Öffnungsbauteil ein- und ausströmen kann. An dem der Schwenkwiege abgewandten Ende der Zylindertrommel münden die Kolbenbohrungen in die Strömungsöffnungen und an dem anderen Ende sind die Kolbenbohrungen von den Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen begrenzt.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Öffnungsbauteil mittels eines Presssitzes und/oder einer Schweißverbindung, insbesondere einer Laserschweißverbindung, mit der Zylindertrommel verbunden.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung besteht das Öffnungsbauteil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem anderen Werkstoff als die Zylindertrommel.
Zweckmäßig besteht das Öffnungsbauteil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Stahl, Peek, PDFE, Messing und/oder Bronze. Beispielsweise besteht die Zylindertrommel aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium und das Öffnungsbauteil besteht aus einem anderen Material oder Werkstoff. Dadurch kann das Öffnungsbauteil preiswerter hergestellt werden, beispielsweise bei einer Ausbildung des Öffnungsbauteils aus Kunststoff mittels Spritzgießen aus thermoplastischem Kunststoff oder auch als einfaches Stanzteil aus einer Metall-, insbesondere Stahlplatte. Ein Ventilbauteil liegt auf dem Öffnungsbauteil auf und hierbei tritt eine Gleitlagerung zwischen dem festen Ventilbauteil und dem rotierenden Öffnungsbauteil an der Zylindertrommel auf. Hierfür ist ein entsprechendes Material für die Gleitlagerung erforderlich, beispielsweise ist deshalb das Öffnungsbauteil aus Messing oder Bronze ausgebildet und liegt auf dem Ventilbauteil aus Stahl auf. Dabei wird das Ventilbauteil insbesondere von dem Gehäuse der Schrägscheibenmaschine gebildet, sodass dadurch für das Ventilbauteil mit der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist.
In einer ergänzenden Ausgestaltung weisen die Strömungsöffnungen einen kleineren Durchmesser, insbesondere um wenigstens 10 %, 30 % oder 50 % kleineren Durchmesser, auf als die Kolbenbohrungen. Die Strömungsöffnungen weisen einen kleineren Durchmesser, das heißt eine Ausdehnung senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel, auf als die Kolbenbohrungen. Insbesondere sind dabei die Strömungsöffnungen nierenförmig ausgebildet und stehen abwechselnd mit der Niederdrucköffnung und der Hochdrucköffnung an dem Ventilbauteil in fluidleitender Verbindung aufgrund der Rotationsbewegung des Öffnungsbauteils an der Zylindertrommel.
In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Hoch- und Niederdrucköffnung an einem feststehenden Ventilbauteil ausgebildet und das Ventilbauteil liegt auf dem Öffnungsbauteil auf, so dass zwischen dem Ventilbauteil und dem Öffnungsbauteil eine Gleitlagerung ausgebildet ist.
In einer zusätzlichen Variante ist das Ventilbauteil von einem Gehäuse der Schrägscheibenmaschine gebildet und/oder die Schrägscheibenmaschine ist mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt und/oder die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind zweiteilig ausgebildet sind. Die Zylindertrommel und die Antriebswelle sind zweiteilig ausgebildet, sodass zunächst die Zylindertrommel als Bauteil mit kleinen Abmessungen besonders einfach hergestellt werden kann und erst anschließend die Antriebswelle zumindest drehfest mit der Zylindertrommel verbunden wird. Abweichend hiervon können die Antriebswelle und die Zylindertrommel auch einteilig ausgebildet sein.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Schrägscheibenmaschine, mit den Schritten: Urformen einer Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen, zur Verfügung stellen von Kolben, einer Antriebswelle, einer Schwenkwiege, einer Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege, ein Gehäuse, spanabhebendes Bearbeiten der Zylindertrommel nach dem Urformen, Montieren der bearbeiteten Zylindertrommel, der Kolben, der Antriebswelle, der Schwenkwiege, der Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, der wenigstens eine Schwenkeinrichtung und des Gehäuses zu der Schrägscheibenmaschine, wobei ein Öffnungsbauteil mit Strömungsöffnungen als gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel zur Verfügung gestellt wird und das Öffnungsbauteil mit der Zylindertrommel fest verbunden wird, so dass die Strömungsöffnungen in die Kolbenbohrungen an der Zylindertrommel münden.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden nach dem Urformen der Zylindertrommel die Kolbenbohrungen als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen, insbesondere mit im Wesentlichen konstantem Durchmesser, an der Zylindertrommel ausgebildet. Nach dem Urformen, beispielsweise dem Gießen der Zylindertrommel aus Metall, insbesondere Stahl, liegen die Kolbenbohrungen als Durchgangsbohrungen mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser vor. Es tritt dadurch an den Kolbenbohrungen keine wesentliche Verkleinerung des Durchmessers auf, da die Strömungsöffnungen nicht an der Zylindertrommel, sondern an dem Öffnungsbauteil ausgebildet sind. Die Kolbenbohrungen sind dabei mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser ausgebildet, da beim Urformen möglicherweise ein Gratrest auftritt, welcher im axialen Endbereich der Kolbenbohrungen den Durchmesser geringfügig verkleinern kann. Ein im Wesentlichen konstanter Durchmesser ist dabei ein Durchmesser der Kolbenbohrungen, der einen Unterschied von weniger als 30, 20, 10 oder 5 % aufweist.
In einer ergänzenden Ausgestaltung wird nach dem Urformen der Zylindertrommel ein Gratrest an der Zylindertrommel, insbesondere spanabhebend, z. B. mit Fräsen, entfernt, so dass nach dem Entfernen des Gratrestes die Kolbenbohrungen als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen, insbesondere mit konstantem Durchmesser, an der Zylindertrommel ausgebildet werden. Nach dem Urformen der Zylindertrommel kann ein Gratrest an den Kolbenbohrungen, beispielsweise spanabhebend, entfernt werden, sodass die Kolbenbohrungen als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen mit einem konstanten Durchmesser ausgebildet werden. Dadurch ist eine besonders einfache spanabhebende Bearbeitung der Kolbenbohrungen möglich, da beispielsweise beim Honen das Honwerkzeug vollständig durchgehend durch die Kolbenbohrungen geführt werden kann.
In einer zusätzlichen Ausführungsform werden nach dem Urformen der Zylindertrommel und vor der Verbindung des Öffnungsbauteils mit der Zylindertrommel die Kolbenbohrungen spanabhebend, insbesondere mit Honen, bearbeitet, vorzugsweise wird ein Honwerkzeug vollständig durchgehend durch die Kolbenbohrungen bewegt, vorzugsweise wird von dem Honwerkzeug ein größerer Bearbeitungsweg in Richtung einer Längsachse der Kolbenbohrungen ausgeführt als die axiale Ausdehnung der Kolbenbohrungen ist und/oder das Öffnungsbauteil wird mit Urformen, z. B. Spritzgießen, und/oder Stanzen zur Verfügung gestellt und/oder das Öffnungsbauteil wird form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mit Schweißen, insbesondere Laserschweißen, und/oder einer Pressverbindung mit der Zylindertrommel verbunden und/oder die Zylindertrommel wird beim Urformen aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, hergestellt und/oder das Öffnungsbauteil wird dahingehend zur Verfügung gestellt, dass die Strömungsöffnungen einen kleineren Durchmesser, insbesondere um wenigstens 10 %, 30 % oder 50 % kleineren Durchmesser, aufweisen als die Kolbenbohrungen und/oder die Zylindertrommel und das Öffnungsbauteil werden aus einem unterschiedlichem Material zur Verfügung gestellt.
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 werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 eines Ventilbauteils der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege ohne Darstellung einer Zylindertrommel,
3 einen Längsschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Zylindertrommel,
4 einen Längsschnitt einer Zylindertrommel in einer erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine,
5 einen Längsschnitt der Zylindertrommel gemäß 4 mit einem an der Zylindertrommel fest befestigten Öffnungsbauteil,
6 eine Draufsicht des Öffnungsbauteils gemäß 5 und
7 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 und mit einer weiteren Lagerung 10 an dem 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 zweiteilig ausgebildet sind und die Antriebswelle 9 in eine Wellenbohrung 61 der Zylindertrommel 5 angeordnet ist. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit aus aufgrund einer drehfesten Verbindung, z. B. mit einer nicht dargestellten Außenverzahnung an der Antriebswelle 9, welche in eine nicht dargestellte Innenverzahnung an der Wellenbohrung 61 eingreift. In die Zylindertrommel 5 sind eine Vielzahl von Kolbenbohrungen 6 mit einem beliebigen Querschnitt, zum Beispiel quadratisch oder kreisförmig, eingearbeitet. Die Längsachsen 36 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. Das Gehäuse 4 begrenzt einen Innenraum 44 der Schrägscheibenmaschine 1.
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 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 ausgebildet. Die beiden Lagerabschnitte 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 zwei Schwenkgrenzwinkel 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 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 welcher 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 mit einer Hydraulikflüssigkeit unter Druck in dem Verstellzylinder 30 eine Kraft aufgebracht wird. Dabei führt nicht nur die Schwenkwiege 14, sondern auch die Rückhaltescheibe 37 und die Zwischenscheibe 38 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit der Druckfeder 41 diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
Die Zylindertrommel 5 mit den Kolbenbohrungen 6 weist an einem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5, welcher zu der Schwenkwiege 14 abgewandt ist, eine ringförmige Aussparung 43 auf. An der ringförmigen Aussparung 43 der Zylindertrommel 5 ist ein Öffnungsbauteil 17 fest befestigt. Dabei ist das Öffnungsbauteil 17 als ein Ring 33 ausgebildet (6) und an dem Ring 33 sind Strömungsöffnungen 23 eingearbeitet, welche nierenförmig sind. Dabei mündet jede Strömungsöffnung 23 an dem Öffnungsbauteil 17 jeweils in eine Kolbenbohrung 6 an der Zylindertrommel 5. Das Öffnungsbauteil 17 ist somit bezüglich der Zylindertrommel 5 dahingehend ausgerichtet, dass jede der Kolbenbohrungen 6 jeweils in eine Strömungsöffnung 23 mündet. Das Öffnungsbauteil 17 aus Messing ist mittels eines Presssitzes und Laserschweißen fest und fluiddicht mit der Zylindertrommel 5 verbunden, sodass die Hydraulikflüssigkeit in den Kolbenbohrungen 6 auch bei einem Hochdruck von beispielsweise 400 bar nur durch Strömungsöffnungen 23 aus den Kolbenbohrungen 6 ein- und ausströmen kann. Die ringförmige Ausbildung des Öffnungsbauteils 17 ebenfalls mit der Wellenbohrung 61 ist erforderlich, da die Antriebswelle 8 auch durch das Öffnungsbauteil 17 durchgeführt ist.
Auf dem rotierenden Öffnungsbauteil 17 liegt ein Ventilbauteil 11 mit einer Hochdrucköffnung 12 und einer Niederdrucköffnung 13 auf. Das Ventilbauteil 11 stellt dabei kein gesondertes Bauteil dar, sondern ist von dem Gehäuse 4 an einer zweiten Seite 65 des Gehäuses 4 gebildet. Das Gehäuse 4 besteht aus Stahl und aufgrund der Ausbildung des Öffnungsbauteils 17 aus Messing ist dadurch eine Gleitlagerung des rotierenden Öffnungsbauteils 17 an dem feststehenden Ventilbauteil 11 möglich. Abweichend von dieser Ausbildung des Ventilbauteils 11 als Bestandteil des Gehäuses 4 kann das Ventilbauteil 11 auch als ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu dem Gehäuse 4 ausgebildet sein (nicht dargestellt).
Bei der Herstellung der Schrägscheibenmaschine 1 wird zunächst die Zylindertrommel 5 durch Urformen, das heißt mittels Gießen mit Stahl in einer Urform, hergestellt und das Öffnungsbauteil 17 aus einer Messingplatte ausgestanzt. Nach dem Urformen der Zylindertrommel 5 weist diese an den axialen Enden der Kolbenbohrungen 6 Gratreste 62 auf, welche in 4 strichliert dargestellt sind. Diese Gratreste 62 werden nach dem Urformen der Zylindertrommel 5 spanabhebend mit einem Werkzeug, beispielsweise mittels Fräsen entfernt. Daran anschließend stehen die Kolbenbohrungen 6 an der Zylindertrommel 5 als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen 34 mit einem konstanten Durchmesser zur Verfügung. Zur spanabhebenden Bearbeitung der Kolbenbohrungen 6 kann dadurch ein Honwerkzeug 35 vollständig durchgehend durch die Durchgangsbohrungen 34 in Richtung der Längsachse 36 der Kolbenbohrungen 6 durch die Kolbenbohrungen 6 durchgeführt werden. Dadurch können die Kolbenbohrungen 6 besonders einfach und preiswert hergestellt werden. Nach dieser abschließenden Herstellung der Zylindertrommel 5 wird das Öffnungsbauteil 17 mittels eines Presssitzes an einer ringförmigen Aussparung 43 der Zylindertrommel 5 befestigt und anschließend mittels Laserschweißen stoffschlüssig mit der Zylindertrommel 5 verbunden. Dadurch wird das Öffnungsbauteil 17 fest und fluiddicht mit der Zylindertrommel 5 verbunden. Das scheibenförmige Öffnungsbauteil 17 ist damit fest mit der Zylindertrommel 5 verbunden und führt dadurch die Rotationsbewegung der Zylindertrommel 5 um die Rotationsachse 8 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 das Öffnungsbauteil 17 auf der von dem Gehäuse 4 gebildeten Ventilscheibe 11 auf. Die nierenförmige Hochdrucköffnung 12 und nierenförmigen Niederdrucköffnung 13 ist an dem Ventilbauteil 11 ausgebildet. Die Strömungsöffnungen 23 an dem rotierenden Öffnungsbauteil 17 und damit auch die Kolbenbohrungen 6 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 Strömungsöffnungen 23 bzw. Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Strömungsöffnungen 23 bzw. Kolbenbohrungen 6, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen. An einer ersten Seite 64 des Gehäuses 4 bzw. dem Flansch 21 des Gehäuses 4 ist eine Öffnung 63 mit der Lagerung 10 ausgebildet und die zweite Seite 65 weist eine Aussparung zur Lagerung der Antriebswelle 9 mit einer weiteren Lagerung 10 auf.
In 7 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 Strömungsöffnungen 23 sind an dem gesonderten Bauteil des Öffnungsbauteils 17 ausgebildet, sodass die Kolbenbohrungen 6 an der Zylindertrommel 5 als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen 34 mit einem konstanten Durchmesser ausgebildet sind. Die Kolbenbohrungen 6 können dadurch bei der Herstellung der Zylindertrommel 5 wesentlich einfacher und preiswerter, insbesondere spanabhebend, bearbeitet werden. Ferner ist das Öffnungsbauteil 17 aus einem Material bzw. Werkstoff hergestellt, beispielsweise Bronze oder Messing, sodass das rotierende Öffnungsbauteil 17 unmittelbar gleitgelagert werden kann an dem Ventilbauteil 11 aus Stahl, welches von dem Gehäuse 4 gebildet ist. Dadurch können die Kosten zur Herstellung der Schrägscheibenmaschine 1 zusätzlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1013928 A2 [0004]
CH 405934 [0005]
DE 2733870 C2 [0006]

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), – wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) zum Verschwenken der 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), – an den Kolbenbohrungen (6) ausgebildete Strömungsöffnungen (23) zum Aus- und Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und in die rotierenden Kolbenbohrungen (6), welche abwechselnd mit der Niederdruck- und Hochdrucköffnung (12, 13) in fluidleitender Verbindung stehen aufgrund der Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5), dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zylindertrommel (5) ein Öffnungsbauteil (17) fest verbunden ist, so dass von dem Öffnungsbauteil (17) die Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) mit ausführbar ist und die Strömungsöffnungen (23) an dem Öffnungsbauteil (17) als einem gesonderten Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel (5) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsbauteil (17) als ein Ring (33), insbesondere ein scheibenförmiger Ring (33), ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsbauteil (17) form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Zylindertrommel (5) verbunden ist, insbesondere fluiddicht.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsbauteil (17) mittels eines Presssitzes und/oder einer Schweißverbindung, insbesondere einer Laserschweißverbindung, mit der Zylindertrommel (5) verbunden ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsbauteil (17) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus einem anderen Werkstoff besteht als die Zylindertrommel (5).
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungsbauteil (17) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Stahl, Peek, PDFE, Messing und/oder Bronze besteht.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsöffnungen (23) einen kleineren Durchmesser, insbesondere um wenigstens 10%, 30% oder 50% kleineren Durchmesser, aufweisen als die Kolbenbohrungen (6).
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch- und Niederdrucköffnung (12, 13) an einem feststehenden Ventilbauteil (11) ausgebildet sind und das Ventilbauteil (11) auf dem Öffnungsbauteil (17) aufliegt, so dass zwischen dem Ventilbauteil (11) und dem Öffnungsbauteil (17) eine Gleitlagerung ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbauteil (11) von einem Gehäuse (4) der Schrägscheibenmaschine (1) gebildet ist und/oder die Schrägscheibenmaschine mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13 hergestellt ist und/oder die Zylindertrommel (5) und die Antriebswelle (9) zweiteilig ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine (1), insbesondere einer Schrägscheibenmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Urformen einer Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), – zur Verfügung stellen von Kolben (7), einer Antriebswelle (9), einer Schwenkwiege (14), einer Wiegenlagerung (20) für die Schwenkwiege (14), wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) zum Verschwenken der Schwenkwiege (14), ein Gehäuse (4), – spanabhebendes Bearbeiten der Zylindertrommel (5) nach dem Urformen, – Montieren der bearbeiteten Zylindertrommel (5), der Kolben (7), der Antriebswelle (9), der Schwenkwiege (14), der Wiegenlagerung (20) für die Schwenkwiege (14), der wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) und des Gehäuses (4) zu der Schrägscheibenmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsbauteil (17) mit Strömungsöffnungen (23) als gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der Zylindertrommel (5) zur Verfügung gestellt wird und das Öffnungsbauteil (17) mit der Zylindertrommel (5) fest verbunden wird, so dass die Strömungsöffnungen (23) in die Kolbenbohrungen (6) an der Zylindertrommel (5) münden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Urformen der Zylindertrommel (5) die Kolbenbohrungen (6) als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen (34), insbesondere mit im Wesentlichen konstantem Durchmesser, an der Zylindertrommel (5) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Urformen der Zylindertrommel (5) ein Gratrest (62) an der Zylindertrommel (5), insbesondere spanabhebend, z. B. mit Fräsen, entfernt wird, so dass nach dem Entfernen des Gratrestes (62) die Kolbenbohrungen (6) als vollständig durchgehende Durchgangsbohrungen (34), insbesondere mit konstantem Durchmesser, an der Zylindertrommel (5) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Urformen der Zylindertrommel (5) und vor der Verbindung des Öffnungsbauteils (17) mit der Zylindertrommel (5) die Kolbenbohrungen (6) spanabhebend, insbesondere mit Honen, bearbeitet werden, vorzugsweise ein Honwerkzeug (35) vollständig durchgehend durch die Kolbenbohrungen (6) bewegt wird, vorzugsweise von dem Honwerkzeug (35) ein größerer Bearbeitungsweg in Richtung einer Längsachse der Kolbenbohrungen (6) ausgeführt wird als die axiale Ausdehnung der Kolbenbohrungen (6) ist und/oder das Öffnungsbauteil (17) mit Urformen, z. B. Spritzgießen, und/oder Stanzen zur Verfügung gestellt wird und/oder das Öffnungsbauteil (17) form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mit Schweißen, insbesondere Laserschweißen, und/oder einer Pressverbindung mit der Zylindertrommel (5) verbunden wird und/oder die Zylindertrommel (5) beim Urformen aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, hergestellt wird und/oder das Öffnungsbauteil (17) dahingehend zur Verfügung gestellt wird, dass die Strömungsöffnungen (23) einen kleineren Durchmesser, insbesondere um wenigstens 10%, 30% oder 50% kleineren Durchmesser, aufweisen als die Kolbenbohrungen (5) und/oder die Zylindertrommel (5) und das Öffnungsbauteil (17) aus einem unterschiedlichem Material zur Verfügung gestellt werden.
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 Ansprüche 1 bis 9 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.